栽培型与野生型辣椒HAK/KUP/KT基因家族的进化分析

HAK/KUP/KT家族是一类重要的钾转运蛋白家族。利用生物信息学手段对栽培型及墨西哥野生型辣椒全基因组范围内的HAK/KUP/KT基因成员进行鉴定及分析,比较两者在数目、复制类型及组织表达模式等方面的差异。发现2种辣椒中HAK/KUP/KT家族成员分别为24和22个,且在染色体上呈不均衡分布。基因复制类型分析发现,HAK/KUP/KT家族成员中存在片段重复和串联重复,且纯化选择是该家族进化的主要动力。组织表达分析显示,辣椒HAK/KUP/KT基因间的表达模式存在差异,暗示辣椒HAK/KUP/KT家族成员在功能上的多样性,并为后续发掘有益的钾转运基因提供了重要的理论依据。     

甘蓝型油菜钾离子转运载体HAK/KUP/KT家族的全基因组鉴定与分析

钾离子转运载体HAK/KUP/KT(high-affinity K~+/K~+uptake permease/K~+ transporter)家族成员在植物对钾(K)的吸收和转运以及植物生长发育、耐盐性和渗透势的调节中起着重要作用。本研究以甘蓝型油菜(Brassica napus L.)为材料,共鉴定出45个HAK/KUP/KT基因,分别命名为BnHAK1～BnHAK45,并对油菜中的HAK/KUP/KT基因家族进行基因结构、进化和表达以及染色体定位分析。结果表明,甘蓝型油菜中的HAK/KUP/KT基因家族在染色体上呈现不均匀分布,其中在A01号染色体上分布最多,有5个BnHAKs基因。根据不同物种HAK/KUP/KT蛋白构建系统进化树,将其分为2个组群,其中双子叶植物中的拟南芥、甘蓝、白菜和甘蓝型油菜基因的保守性更强,亲缘关系更近。在表达量分析中,尽管HAK/KUP/KT基因家族的表达模式各不相同,但是总体而言,它们在根中的表达量最高,在角果中的表达量最低,这说明不同HAK/KUP/KT基因家族成员的分工是不同的。BnHAK4、BnHAK9基因在叶中特异性高表达,BnHAK11、BnHAK18和BnHAK23在根中特异性高表达,BnHAK7和BnHAK17在花中的表达量最高,说明该基因家族的表达具有组织特异性。本研究为进一步揭示甘蓝型油菜HAK/KUP/KT基因家族的功能机制提供了相应的参考依据。     

小麦KUP/HAK/KT基因家族的全基因组鉴定、系统进化和表达模式分析

为深入发掘小麦KUP/HAK/KT基因的功能,利用小麦最新基因组数据,通过生物信息学手段,对小麦KUP/HAK/KT基因家族进行基因组水平的鉴定,并对其系统进化及表达模式进行分析.鉴定结果表明,本研究在小麦中鉴定到98个KUP/HAK/KT基因,根据系统进化分析结果,可将其分为Cluster Ⅰ、ClusterⅡ、Cl...     

毛果杨全基因组磷酸根转运蛋白家族成员序列分析

磷酸根转运蛋白是一类主动转运磷酸根的重要载体蛋白.主要探讨毛果杨Populus trichocarpa全基因组中磷酸根转运蛋白(phosphate transporter)家族成员的系统发生和部分成员的理化性质、结构特点及亚细胞定位.以从毛果杨全基因组数据库中搜索并筛选得到的目标蛋白序列为基础,利用相关生物信息学软件对其进行系统发育分析,并利用一系列在线服务器对部分成员的理化参数、亲/疏水性、跨膜域、二级结构、三级结构和亚细胞定位进行了重点分析.结果表明,在毛果杨全基因组中共发现了31个磷酸根转运蛋白家族成员,根据其序列相似性,可分为4个亚家族,即PtrPHT1,PtrPHT2,PtrPHO1和PtrPHO2;PHT亚家族内的序列相似性高于PHO,并且高度保守;它们均为疏水性的全α型蛋白质,PHTs一般具有12个跨膜域,多于PHOs;不同亚家族成员的亚细胞定位不尽相同.因此,毛果杨磷酸根转运蛋白不同亚家族间分开较早,它们在杨树磷素代谢中可能起着不同的作用,共同维持并调控杨树体内的磷素平衡.     

毛果杨CBF/DREB1基因家族生物信息学分析

【目的】为了对毛果杨CBF基因家族进行系统分析,利用毛果杨基因组数据库,通过生物信息学的方法,鉴定毛果杨CBF基因家族的染色体定位、编码蛋白和磷酸化位点预测。【方法】通过序列比对进行进化和分类分析。【结果】毛果杨含有6个CBF基因,均不含内显子,分布于毛果杨的5条染色体上。【结论】MEME保守基序分析显示,杨树CBF蛋白均含有2个保守的基序,他们共同构成AP2结构域。磷酸化位点预测分析表明毛果杨CBF蛋白均含有大量的磷酸化位点。以上结果将为今后揭示毛果杨CBF蛋白的功能提供重要的线索。     

毛果杨全基因组铵转运蛋白家族成员及其序列分析

【目的】探讨毛果杨(Populus trichocarpa)全基因组中铵转运蛋白(AMTs)家族成员的系统发育及部分成员的理化性质、结构和亚细胞定位。【方法】以从毛果杨全基因组数据库中搜索并筛选得到的目标蛋白序列为基础,应用软件CLUSTALX 2.0、GeneDOC和MEGA4,对AMTs家族成员的系统发育进行了分析,并重点分析了AMT1亚家族成员PtrAMT1-1、PtrAMT1-6和AMT2亚家族成员PtrAMT2-1、PtrAMT4-5的保守基序、理化参数、亲/疏水性、跨膜域、三级结构及亚细胞定位。【结果】在毛果杨基因组数据库中发现了19个AMTs,8个属于AMT1亚家族,11个属于AMT2亚家族;AMT1和AMT2亚家族内的蛋白序列保守性强,而亚家族之间的差异较大;AMT1与AMT2间的共同基序较少;AMTs是一类位于膜上运输NH4+的蛋白家族,有10~11个跨膜域,亚家族内蛋白三维结构相似,不同AMTs成员的亚细胞定位不同。【结论】在毛果杨中,AMT1与AMT2亚家族分开较早,各AMTs在杨树氮素代谢中起着不同的作用,共同维持并调控着杨树体内的氮素平衡。     

杨树AP2/ERF转录因子家族生物信息学分析

AP2/ERF基因家族是植物所特有的一类转录因子,该转录因子参与多种生物学过程,包括植物生长、花发育、果实发育、种子发育、损伤、病菌防御、高盐、干旱等环境胁迫响应等。从毛果杨基因组数据库中查找210个毛果杨AP2/ERF家族基因,根据其编码氨基酸序列的相似性和AP2/ERF结构域的数量可分为4类,分别为AP2、ERF、DREB和RAV亚家族及其他(Potri.002G246100)。利用生物信息学方法分析了毛果杨210条AP2/ERF蛋白序列的系统发生、基因组定位、氨基酸组成、理化性质及二级和三级结构等。研究结果可为杨树AP2/ERF家族基因的功能分析提供参考依据。     

林烟草KUP/HAK/KT钾转运体基因NsHAK11的亚细胞定位与表达

【目的】应用生物信息学方法,分离和克隆烟草钾转运体KUP/HAK/KT家族新基因,对其进行亚细胞定位和表达分析,为开展烟草KUP/HAK/KT钾转运体的研究提供借鉴。【方法】通过生物信息学方法,搜索林烟草（Nicotiana sylvestris）和绒毛状烟草（N.tomentosiformis）基因组数据库,预测两种烟草中的钾转运体KUP/HAK/KT家族成员,构建系统进化树。根据所获结果,从林烟草中获得一个新的烟草KUP/HAK/KT家族基因。采用Wolf PSORT对蛋白的亚细胞定位进行预测,并利用农杆菌浸润法注射本生烟（N.benthamiana）叶片后激光共聚焦显微镜下观察,依据融合荧光蛋白在细胞内产生荧光的位置确定蛋白的亚细胞定位,用以验证预测结果;采用PLACE网站对基因的表达模式进行预测,并用荧光定量PCR分别研究其在盛花期林烟草不同器官的表达差异及低温、高温和低钾胁迫下苗期林烟草叶片中NsHAK11的表达变化,用以验证预测结果。【结果】预测出林烟草和绒毛状烟草KUP/HAK/KT钾转运体家族均含有19个成员,进化上分为4个Cluster（簇）。根据预测序列结果,从林烟草中克隆得到一个ClusterⅢ中的基因,其编码蛋白与拟南芥（Arabidopsis thaliana）中AtKUP11的相似性最高,因此,将其命名为NsHAK11,其编码蛋白与已获得的2个烟草NrHAK1和NtHAK1的相似性仅为48%和49%,所以NsHAK11是一个新的烟草KUP/HAK/KT基因。Wolf PSORT预测显示NsHAK11主要定位于细胞质膜中。亚细胞定位试验中NsHAK11与GFP和DsRed2两种报告蛋白融合的定位结果均表明NsHAK11定位于细胞质膜中,与预测结果相符。利用PLACE网站对NsHAK11启动子分析得到,NsHAK11可表达与定位于根、花和胚芽组织中,受到低温、高温、干旱和激素等因素的影响。实时荧光定量PCR分析结果与预测结果基本一致：NsHAK11在盛花期林烟草各组织器官中均有表达,但表达水平存在强弱差异,其在主根中的表达量最高,在侧根中的表达量次之,而在叶片中的表达量最低;NsHAK11在苗期林烟草叶片中受低温、高温和低钾胁迫时呈现不同类型的上调表达,其中,低温处理时NsHAK11的表达上调程度最大且响应时间最早,高温处理时其表达上调程度次之,但在前期会出现明显抑制,低钾处理时其表达量可上调表达,但并不显著。【结论】获得了一个烟草KUP/HAK/KT基因家族新成员NsHAK11,其编码蛋白为主要定位于细胞质膜中的钾转运体,该蛋白广泛存在于各组织器官中,参与叶片响应低温、高温和低钾胁迫的应对机制。     

杨树扩展蛋白基因家族的生物信息学分析

扩展蛋白是植物细胞壁的重要组成部分,广泛存在于植物基因组中,具有疏松细胞壁组分、增加细胞壁柔韧 性的作用,在植物的生长发育及抗性等多个方面起着重要的作用。全基因组序列分析显示,杨树中的扩展蛋白基 因家族包含36 个成员,分属于EXPA、EXPB、EXLB 和EXLA 4 个亚家族。系统生物信息学分析表明,杨树扩展蛋白 基因具有保守的序列特征和稳定的蛋白结构,包括9 种不同的内含子起源模式以及6 个高频密码子。基因表达分 析显示,该家族基因在杨树木材形成相关的组织/ 器官中表达丰度较高,对林木生殖发育也起着重要的作用。研究 结果展示了杨树扩展蛋白基因家族的基本信息和特点,为深入研究杨树扩展蛋白基因的功能搭建平台。      

香蕉钾转运体HAK/KUP/KT家族鉴定及其在果实发育和低钾胁迫下的表达分析

钾是香蕉生长发育中需求量最大的营养元素,对果实产量、品质和贮藏性都有重要的影响。从香蕉基因组中鉴定出24个HAK/KUP/KT(MaKUP)基因,并对其理化性质、染色体定位、基因结构、保守功能域、进化关系、组织表达和低钾胁迫下的表达特征进行分析。结果表明,MaKUP编码的肽链平均有772个氨基酸,分子量为63.54～93.82 ku,等电点为5.44～9.30,蛋白不稳定指数为32.69～44.29,脂肪族指数为105.34～116.90,总平均亲水性为0.352～0.549,含有8～11个外显子,可分为4个亚族;表达分析发现15个MaKUP基因家族成员在香蕉不同发育时期的果实中高表达,6个MaKUP基因家族成员在低钾胁迫中上调表达,表明MaKUP在香蕉果实发育和钾吸收中具有重要的作用。     

毛果杨全基因组硝酸根转运蛋白家族(NRT2s)序列分析

以拟南芥(Arabidopsis thaliana)和莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardttii)高亲和性硝酸根转运蛋白(NRT2s)为对照,对毛果杨(Populus trichocarpa)NRT2s家族成员进行序列比对、系统发育分析、基因结构分析、理化性质预测、疏水性与跨膜区预测、结构域检测等生物信息学分析。结果表明:毛果杨基因组包含6个NRT2s家族成员并可分为3个亚家族。其中PtNRT2.1、PtNRT2.2和PtNRT2.3属于亚家族I;PtNRT2.4和PtNRT2.5属于亚家族II;PtNRT2.6属于亚家族III。亚家族I保守程度最高,亚家族II和III可能由亚家族I进化而来。所有的NRT2s都具有高度相似的结构域、功能区和基因结构,在不同物种中的进化较为保守。不同的NRT2s成员定位于不同的亚细胞结构中,其具体功能可能存在差异,并共同参与调控杨树的硝态氮平衡。     

植物KUP/HAK/KT家族钾转运体研究进展

钾是植物必不可缺的大量元素,作为细胞内的主要溶质,参与植物的生长发育过程。植物通过钾通道和钾转运体两种方式吸收钾营养。钾转运体包括4个家族,其中KUP/HAK/KT家族成员最多,且研究最为深入。其成员是广泛存在于植物细胞质膜和液泡膜上的一种跨膜蛋白,多具有高亲和性钾吸收功能的转运体。KUP/HAK/KT转运体不仅在植物对K+的吸收与转运过程中发挥作用,也参与调节植物的生长发育。综述了植物KUP/HAK/KT家族的分类、组织定位、功能和表达调控等方面的研究进展,以期为研究植物的钾营养吸收机制提供理论参考。     

杨树NRAMP基因家族全基因组鉴定与生物信息学分析

为研究杨树自然抗性相关巨噬细胞蛋白(NRAMP)家族成员的结构和功能,利用生物信息学方法,从杨树全基因组数据库中筛选并鉴定NRAMP家族基因序列,并对该家族成员的理化性质、二级结构、基因结构、保守基序、染色体定位、进化树和组织表达量进行分析。结果表明：从杨树基因组中共鉴定出6个NRAMP基因家族成员,编码的氨基酸数量差异较大,为503～1 310,亚细胞定位表明其均在质膜上,各个成员跨膜结构数量在10～12。PNT31315的二级结构以无规则卷曲为主,其他家族成员主要的二级结构为α-螺旋。进化树分析表明,杨树NRAMP家族基因全部聚类于第3类,且与玉米、高粱、甘蔗和水稻皆有相似基因,不存在物种特异性。染色体定位分析表明,该家族各基因在染色体上分散分布,只有PNT48459和PNT49289两个基因分布在一个染色体上,且不存在串联重复和片段复制基因。蛋白功能预测结果显示,PNT48459和PNT52668可能与植物金属耐受蛋白结合参与金属离子的吸收与转运,PNT31315可能参与植物激素信号转导。PNT48459、PNT37313和PNT31315在主根中的表达量较高,推测其参与重金属吸...     

商陆PaHAK1与拟南芥HAK/KUP/KT家族基因的比较分析

为探明商陆高亲和性K+转运体基因(Pa HAK1)的结构、功能及商陆耐低钾的原因,分析比较了商陆Pa HAK1和拟南芥HAK/KUP/KT家族基因中15个基因编码的高亲和性钾离子转运体氨基酸序列、蛋白质结构及其理化性质。结果表明:HAK基因家族编码蛋白均定位于细胞膜上,含有多个跨膜结构且跨膜结构域是蛋白质的保守结构域;Pa HAK1与At KUP3的跨膜结构十分相似,低钾胁迫下Pa HAK1和At KUP3的高表达与其高亲和钾转运吸收功能密切相关。系统进化树分析结果表明,Pa HAK1与拟南芥HAK基因家族中At KUP8亲缘关系最近,其氨基酸序列相似度为76.98%,推测Pa HAK1还可能通过维持细胞内高水平钾量在水分胁迫下发挥重要的调节作用。     

毛果杨ZHD家族全基因组水平鉴定及在干旱胁迫下的表达分析

  目的  对毛果杨Populus trichocarpa ZHD (PtrZHD)家族进行生物信息学以及干旱胁迫下表达特性分析,为研究PtrZHD在干旱胁迫中的功能提供参考。  方法  利用生物信息学方法从全基因组水平鉴定出毛果杨ZHD家族全部成员,并对其进化、理化性质、基因结构、保守基序、启动子顺式作用元件和表达特性进行分析。  结果  毛果杨ZHD家族包括21个成员,可分为7个亚家族;有8对同源基因,且非同义替换率(K_a)/同义替换率(K_s)值远小于1。该家族成员理化性质存在差异,但其结构较为保守,均含有Motif 1;启动子区含有数量不等的激素和非生物胁迫响应元件,不同基因之间响应元件的种类存在差异。在毛果杨PtrZHDs中,分别有1、7和13个基因在根、茎和叶组织中具有偏好性表达特征;PtrZHD家族成员对干旱胁迫的响应具有组织和时间表达特异性,在根、茎和叶部组织中各成员的表达量不同,但随着干旱胁迫时间的增加均呈先上升后下降的趋势。  结论  PtrZHD家族基因对干旱胁迫有不同程度的响应,可调控毛果杨对干旱胁迫的应答。图6表2参27     

毛果杨全基因组ANK基因的鉴定及表达分析

锚蛋白重复序列(ankyrin repeats)是普遍存在于生物体中的介导蛋白与蛋白相互作用的一种结构域。具有这种结构域的蛋白参与转录的启动、细胞周期的调控、细胞骨架系统的形成及离子的运输和信号转导。利用生物信息学方法,以杨树最新基因及蛋白序列为基础,通过对毛果杨全基因组中ANK基因的鉴定,获得较为完整的ANK家族信息。同时,对该家族成员的分类、进化、定位、结构和表达进行全面分析,为下一步研究ANK基因的功能提供重要的生物信息依据。     

毛果杨全基因组ANK基因的鉴定及表达分析

锚蛋白重复序列(ankyrin repeats)是普遍存在于生物体中的介导蛋白与蛋白相互作用的一种结构域。具有这种结构域的蛋白参与转录的启动、细胞周期的调控、细胞骨架系统的形成及离子的运输和信号转导。利用生物信息学方法,以杨树最新基因及蛋白序列为基础,通过对毛果杨全基因组中ANK基因的鉴定,获得较为完整的ANK家族信息。同时,对该家族成员的分类、进化、定位、结构和表达进行全面分析,为下一步研究ANK基因的功能提供重要的生物信息依据。     

黄瓜R2R3-MYB亚家族鉴定及生物信息学分析

【目的】深入研究黄瓜Cucumis sativus R2R3-MYB亚家族成员的相关功能。【方法】利用生物信息学手段分析黄瓜全基因组,鉴定R2R3-MYB亚家族成员,对其系统进化关系、蛋白理化性质、染色体定位、基因结构、保守基序、顺式作用元件、蛋白质互作进行分析。【结果】黄瓜全基因组中含99个具有典型结构域的R2R3-MYB转录因子,蛋白序列含195～552个氨基酸,有保守基序及氨基酸位点;基因在染色体上分布不均匀;大部分亚家族成员蛋白质的不稳定指数大于40,属于不稳定蛋白。顺式作用调控元件分析发现：大部分基因启动子区所含元件与激素调节、MYB结合位点、胁迫密切相关。【结论】通过黄瓜全基因组鉴定,获得黄瓜基因组99个R2R3-MYB家族成员,分为30个亚组,映射于7条染色体上,该家族成员的上游启动子区含逆境相关作用元件。图7表1参36     

杨树磷酸肌醇特异性磷脂酶C基因家族鉴定与分析

为了对已测序杨树Populus trichocarpa Torr.Gray中磷酸肌醇特异性磷脂酶C(phosphoinositidespecific phospholipase C,PI-PLC)家族基因进行系统分析,利用杨树基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定杨树PI-PLC家族基因的基因结构、染色体定位和编码蛋白,通过蛋白序列比对进行进化和分类分析。结果表明,杨树中含有7个PI-PLC家族基因,含有8~10个外显子,分布于杨树的4条染色体上。MEME和Pfam保守结构域分析显示,杨树PI-PLC蛋白均含有4个保守的EF、X、Y和C2结构域。蛋白质进化树分析结果表明PI-PLC可分为2个亚家族。     

辣椒CUL家族基因的鉴定与表达分析

CUL家族成员在植物体内发挥着重要作用,但关于辣椒CUL基因家族的全基因组鉴定及其在非生物胁迫下的表达模式分析报道较少。本研究对辣椒CUL基因家族进行了全基因组鉴定和表达分析。结果表明,共有12个CaCUL家族基因被系统鉴定,编码序列(CDS)全长为777～2 952 bp,非均匀地分布在6条染色体上,系统进化树将CUL基因分为4个亚家族。保守结构域分析结果表明,所有CUL蛋白均含有Cullin结构域,除此之外,有8个成员含有Cullin-Nedd8结构域,CaCUL1.6蛋白含有NB-ARC结构域。亚细胞定位预测发现CaCUL均定位于细胞质、细胞核。CaCUL基因的启动子中有多种与激素和胁迫响应等相关的顺式作用元件。基因表达模式分析结果表明,在不同生长阶段的不同组织中CUL参与了辣椒植株的生长和发育;在非生物胁迫中,大部分CUL基因都具有应激反应。本研究为进一步解析CaCUL家族基因在辣椒生长发育和非生物胁迫应答中的作用机理奠定了基础。