玉米COBRA家族成员全基因组鉴定与表达模式分析

COBRA基因编码糖基磷脂酰肌醇锚定的植物特异性蛋白,在初生和次生细胞壁的纤维素生物合成中发挥重要作用.通过生物信息学方法,从玉米基因组中发现了9个COBRA家族基因,并对其基因结构、系统发育和表达模式等进行了分析.结果表明,9个COBRA家族基因都含有CCVS保守结构域,并且均定位于细胞膜上.系统进化分析结果显示,该...     

谷子SBP蛋白基因家族的鉴定及表达分析

为了深入分析SBP基因家族在谷子中的功能作用,本研究在谷子全基因组水平,通过NCBI blast及HMMER search等生物信息学方法进行了谷子SBP基因家族鉴定,分析了SBP蛋白理化性质及系统发育,利用RT-qPCR分析了谷子SBP基因在PEG和ABA胁迫下的表达情况。结果表明,谷子SBP基因家族有19个成员,位于9条染色体上,编码的氨基酸序列长度为199～1 118 aa。谷子SBP蛋白系统发育树结果显示,该蛋白家族可分为两大类:第一类分为六个亚类,第二类仅有一个SBP蛋白。谷子SBP蛋白家族成员的外显子数从2～11个不等,且均为亲水性蛋白。亚细胞定位预测结果显示,除SBP7外,所有的SBP蛋白在细胞核中均有信号。谷子SBP蛋白与拟南芥SBP蛋白在进化关系上较远,而与高粱、水稻SBP蛋白进化关系较近。谷子SBP基因家族启动子区域的顺式作用元件主要为植物激素、干旱、光照及病原菌、创伤类的响应元件。RT-qPCR分析结果显示,PEG和ABA胁迫诱导下,SBP基因在叶和茎中的表达均上调,表达量增幅表现为:叶>茎。PEG胁迫后SBP基因的表达增长量显著高于外源ABA诱导;其中,S...     

小麦全基因组表达序列基因家族鉴定分类

小麦全基因组表达序列基因家族鉴定分类是将已经测出的小麦的全基因组蛋白序列提取至Pfam进行结构域查找分析,对基因家族进行分类,从而对小麦的所有基因表达序列分类整理,以便于进一步对小麦进行研究。通过基因家族的鉴定分类,对小麦的研究将更加系统化和精确化,有助于以后进一步筛选,并对它们做出更详尽的功能分析,为小麦的遗传改良提供一个借鉴。与此同时,也为研究小麦中某一特定基因家族的作用奠定基础。     

拟南芥泛素家族的全基因组分析

泛素家族是一类含有保守性泛素结构域的蛋白质统称,主要通过ATP依赖性的泛素-蛋白水解酶复合体通路选择性降解细胞蛋白的各种生理活动。本研究基于HMM模型,已知泛素氨基酸序列作为训练集,搜索拟南芥信息资源数据库并鉴定AtUBQ家族成员,然后对这些基因编码的蛋白质序列进行基因结构分析、染色体定位、多序列联配、系统发育树构建和组织差异表达分析。结果表明,AtUBQ家族中共有13个推定的AtUBQ基因,命名为AtUBQ01~AtUBQ13,均属无内含子基因且结构基本相同,非均匀分布于拟南芥5条染色体;AtUBQ家族可划分为A、B和C3个亚家族,其中76.92%的基因编码蛋白质属于A亚家族;EST搜索发现除AtUBQ02和AtUBQ07基因无EST数据支持外,余下的AtUBQ基因在拟南芥根、芽和叶等7个组织中呈现差异表达,仅见AtUBQ08和AtUBQ10基因在上述7个组织中均表达,而AtUBQ03基因仅表达于叶中。本研究结果可为进一步开展该家族的生物学功能和分子进化机制的研究提供基础资料。     

玉米DGAT基因家族的全基因组分析

为了进一步了解玉米中DGAT基因家族,本文利用生物信息学方法对玉米DGAT基因家族进行了鉴定和分类,并对其系统进化、基因结构以及表达模式进行了分析.结果表明:玉米中7个DGAT基因可以分成ZmDGAT1、ZmDGAT2和ZmDGAT3 3个亚组,分布在第4、5、6、9和10这5条染色体上,不同亚组的基因结构和跨膜区有明显差别,其表达也有一定差异,其中ZmDGAT1主要在胚乳中表达,ZmDGAT2表达范围较广,而ZmDGAT3的表达主要集中在叶片.研究明确了玉米中DGAT基因家族的基因结构和表达情况,为了解DGAT基因功能以及进一步提高植物油分含量提供了理论基础.     

玉米生长素响应因子基因家族全基因组鉴定及表达分析

生长素响应因子(ARF)在植物中可以特异性结合在应答基因的启动子区域,调控植物的生长发育。为了进一步了解玉米ARF基因家族的数量、基本特征、进化关系及响应非生物胁迫和激素的表达模式,本研究在全基因组水平,通过生物信息学方法鉴定玉米ARF基因家族,分析了蛋白理化性质及系统发育,利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)分析了4个ZmARFs基因的时空表达模式及高温、干旱、盐和脱落酸(ABA)处理下的表达情况。结果表明,玉米36个ARFs基因随机非均匀分布在9条染色体上,编码氨基酸长度、分子量、等电点及二级结构存在很大的差异。高粱、水稻、拟南芥和玉米的蛋白复合进化树显示共分为Ⅰ~Ⅳ四大类,玉米与高粱ARF蛋白亲缘关系最近,而与拟南芥ARF蛋白亲缘关系最远,且玉米中发生基因内和基因间复制现象。启动子顺式作用元件主要是干旱、低温、氧化和激素类响应元件。RT-qPCR结果显示,ZmARF1、ZmARF6、ZmARF13和ZmARF22基因均在雄穗分支和胚中表达量较高,在花粉中表达量较低;4个基因(除ZmARF22)在高温、干旱、盐和ABA诱导时均显著上调表达。亚细胞定位表明上述4个基因编码的蛋白质均定位于细胞核。本研究结果为揭示玉米ARF蛋白功能和挖掘玉米的抗逆基因提供了理论基础,为抗逆育种提供了分子资源。     

丹参SmLEA家族基因的鉴定和表达分析

胚胎发育晚期丰富蛋白(late embryogenesis abundant protein,LEA)普遍存在于植物,该家族基因在非生物胁迫下大量积累以保护植物正常生长发育,是逆境胁迫研究的热点。丹参(Salvia miltiorrhiza)作为我国传统大宗药材,产量和品质易受逆境影响。为进一步开展对丹参抗逆基因的发掘研究,本研究基于丹参基因组和转录组数据库,利用生物信息学方法对Sm LEA家族基因进行鉴定和蛋白理化性质分析,利用MEGA 5.0、MEME、GSDS2.0、BDGP等生物信息学软件分别构建系统进化树,分析Sm LEA保守基序,基因结构和启动子区等,利用q RT-PCR和公布的RNA-seq数据库对基因表达量进行初步研究。共鉴定出23条Sm LEA基因,分为7组;Sm LEA家族基因理论等电点在4.51~10.3之间,大多属于高度亲水蛋白,分布于各个亚细胞区室;不同组间Motif存在一定差异;基因内含子较少;q RT-PCR结果显示,Sm LEA家族基因在丹参根、茎、叶、顶芽都有表达,根、茎表达量相对较高;多数Sm LEA基因在丹参幼苗受到盐、脱水、损伤、高温和低温处理后表达量都有所上调;RNA-Seq数据分析表明,Sm LEA基因对茉莉酸甲酯(methyl Jasmonate,Me JA)响应比水杨酸(salicylic acid,SA)响应更明显。Sm LEA家族基因结构保守,启动子区含大量非生物胁迫响应顺式作用元件,基因大多响应盐、脱水、损伤、高温、低温胁迫处理和Me JA、SA激素处理,推测该家族基因在非生物胁迫中发挥重要作用。本研究对Sm LEA家族基因序列、理化性质、组织表达特异性以及不同胁迫处理下的表达量进行了分析,为丹参Sm LEA家族基因的深入研究提供基础数据。     

谷子硫解酶基因家族鉴定及表达模式分析

硫解酶(thiolase)是脂肪酸代谢的关键酶,在植物次生代谢合成、生长发育以及抵抗非生物胁迫中均发挥重要作用.为探究谷子硫解酶基因家族的基本特征,本研究利用生物信息学方法,对谷子硫解酶基因家族成员进行了鉴定,对蛋白理化性质及系统进化、基因结构、染色体位置、启动子、基因进化进行了分析;采用转录组测序进行了根、茎、叶、穗...     

黄瓜、甜瓜和西瓜MLO基因家族的比较基因组学分析

MLO基因是植物特有的一类基因家族,在调控植物抵抗生物和非生物胁迫方面起着重要作用。为了揭示葫芦科作物MLO基因的遗传变异及系统发育关系,本文以黄瓜、甜瓜和西瓜基因组数据为基础,利用生物信息学方法对其MLO基因家族进行鉴定与分析。结果发现,黄瓜、甜瓜和西瓜基因组中共含有42个MLO基因家族成员,每一个物种均含有14个成员,且保守性强;系统发育关系揭示了这些成员在黄瓜、甜瓜和西瓜基因组中并不呈现一一对应关系,表明MLO型基因在这3种植物分化之后分别发生了扩展和丢失;进一步将其与模式植物拟南芥、番茄、豌豆MLO型白粉病基因进行聚类分析:一方面,借助于拟南芥MLO基因的分类标准,揭示了在黄瓜、甜瓜和西瓜基因组中也存在双子叶植物MLO型白粉病基因的特异区组,他们各自至少包含3个候选的白粉病基因,序列比对进一步发现这些基因均具有MLO型白粉病基因的典型结构特征,如7个跨膜结构域、钙调蛋白结合区以及两个缩氨酸区域(I和II);另一方面,大部分区组中包含的MLO基因均来源于拟南芥和黄瓜、甜瓜和西瓜MLO基因家族的成员,表明了MLO基因家族在拟南芥和葫芦科作物分化之前就已经存在。EST表达分析表明MLO基因广泛地参与到黄瓜、甜瓜和西瓜器官的营养生长和生殖生长。研究结果为揭示黄瓜、甜瓜和西瓜MLO基因的进化关系、功能及克隆表达分析奠定了基础。     

黄瓜全基因组SnRK2基因的鉴定和序列特征分析

植物SnRK2基因在逆境应答和ABA信号转导及生长发育过程中具有重要功能。但是有关黄瓜(cucumis satovus L.)SnRK2全基因组水平的研究鲜见报道。本文利用生物信息学的方法从黄瓜基因组中鉴定出9个SnRK2基因,并对这些基因的染色体分布、内含子-外显子结构、系统进化、顺式调控元件等进行了系统分析。结果显示,黄瓜的SnRK2基因不均匀地的分布在基因组中,它们的外显子多数为9,编码区序列长度在909-1140bp之间。它们在遗传上分为3个不同的类群,预测编码的蛋白都具有激酶的典型结构。而且,在SnRK2基因上游调控序列中都含有多个不同激素和逆境应答顺式元件,预示它们在逆境应答和激素信号转导过程中具有一定功能。本文为进一步研究黄瓜SnRK2基因在逆境和激素应答中的功能奠定了基础。     

黄瓜全基因组转录因子MADS-box家族基因的序列特征分析

MADS-box家族基因是一类编码转录因子的基因,因其在调控植物生长发育方面的重要功能而成为作物遗传育种研究的热点。采用生物信息学方法,对黄瓜全基因组MADS-box基因进行序列特征分析,包括CsMADS基因的数量、染色体定位、保守基序的分布及系统进化树分析。结果表明,黄瓜基因组中共有41个CsMADSs基因,除7个分布于Scaffold外,其他34个CsMADSs基因分布于黄瓜7条染色体上,但在染色体上的分布不是均匀的;41个CsMADSs都具有保守的MADS结构域,分布于9个MADS亚家族,而且大部分的CsMADSs基因属于SEP和MEF2-like分支。该研究结果不仅有助于MADS-box转录因子信号转导途径的解析,而且可为进一步研究该家族基因的功能提供信息参考。     

玉米新型氧甲基转移酶基因的全基因组鉴定、进化与表达研究

利用生物信息学分析方法挖掘玉米(Zea mays)不同组织间差异表达的基因,揭示玉米生长发育过程的分子机理,本研究从NCBI数据库中下载获得玉米自交系Mo17和B73根和芽的转录组数据,发现了5个在根中高表达的氧甲基转移酶(O-methyltransferase,OMT)基因,在B73全基因组中鉴定到另外的23个拷贝.对玉米的28个氧甲基转移酶基因的结构、保守模体以及进化分析表明,其不同于咖啡酸氧甲基转移酶(caffeic acid O-methyltransferase,COMT)基因和咖啡酰辅酶A氧甲基转移酶(caffeoyl coenzyme A 3-O-methyltransferase,CCoAOMT)基因,是一类新型的氧甲基转移酶基因家族.这类基因家族含有5个进化分支,其中有两个进化分支分别包含苯并噁嗪类基因7(benzoxazinless 7,Bx7)和Bx10,参与苯并噁嗪类物质的生物合成,表明该类基因在玉米的抗病虫反应中发挥着重要作用.染色体结构与进化分析表明,这类新型氧甲基转移酶基因家族的扩增大多是通过串联重复和片段复制来实现的.对这些基因在玉米的巢式关联定位(nested association mapping,NAM)群体亲本中的表达模式分析表明,其表达模式十分复杂.该研究结果为进一步了解COMT基因的生物学功能及其利用提供了理论依据和参考,并对研究该基因家族的催化机制及其表达调控模式具有重要的指导意义.     

玉米HSP70基因家族的全基因组鉴定与分析

热激蛋白70(HSP70)是生物体应答各种胁迫反应产生的一类蛋白,广泛存在于生物体中,在几乎所有的活细胞中都起着重要的作用。为全面解析玉米基因组HSP70基因信息,利用从Pfam数据库中下载的隐马氏模型文件PF00012在Gramene数据库进行基因搜索,并利用多种生物软件或在线工具对所鉴定的基因进行生物信息学分析。结果表明,试验共鉴定得到35个玉米HSP70基因,分别命名为Zm HSP70-1~Zm HSP70-35。这些基因不均衡地分布在玉米的10条染色体上,其中5号染色体上分布最多(6个),9号染色体上分布最少(1个)。进化树分析显示35个基因聚为6组,且同组基因具有相似的基因结构,其基序数量、类型和顺序也是相似的。物种间进化树分析不同物种的86个基因,存在8对直系同源基因和17对旁系同源基因,直系同源基因中7对存在于玉米和水稻之间,仅1对存在于水稻和拟南芥之间,说明起源于共同祖先基因的直系同源基因对虽在单/双子叶植物差异分离前就存在,但玉米与水稻间的进化关系要比与拟南芥间更为亲近。表达谱分析表明,大多数Zm HSP70基因属组成型表达,但表达模式和表达量不同。本研究结果为进一步研究玉米HSP70家族基因的功能奠定了理论基础。     

葡萄BBX基因家族的鉴定与表达分析

BBX转录因子家族参与植物幼苗的光形态建成、开花、光周期调控及避荫反应等,在高等植物的生长发育过程中起到重要作用。为了解葡萄中BBX基因家族功能,本研究利用生物信息学方法对葡萄BBX基因家族成员的数量、结构、启动子、氨基酸特性、染色体定位及基因进化进行分析。结果表明,葡萄BBX家族有25个成员,以酸性蛋白为主;亚细胞定位表明,有4个分泌途径信号肽,VvBBX2、VvBBX5、VvBBX7、VvBBX20;有2个叶绿体转运肽,VvBBX23、VvBBX24;有1个线粒体靶向肽VvBBX1。染色体定位分析发现,25个VvBBXs基因主要分布在1、3、4、5、7、9、11、12、14、18、19共11条染色体上;系统发育进化分析发现葡萄BBX家族成员分为5个亚家族;葡萄与拟南芥的同源性分析发现,葡萄BBX蛋白家族有很强的保守性;在葡萄BBX基因启动子序列中含有光相应元件、激素类响应元件、低温响应元件等多种顺式作用元件。葡萄BBX基因家族在不同发育时期不同葡萄组织中的表达谱显示,该基因家族具有一定时空表达特异性;不同光照条件下,葡萄BBX基因的相对表达量有显著变化,这表明葡萄BBX基因家族与光形态建成及光合作用有着密切的关系。本研究结果为葡萄BBX基因家族的进一步功能分析提供了重要研究基础。     

毛竹NF-Y家族基因的鉴定与表达分析

为阐明毛竹NF-Y家族基因的结构、进化关系和表达情况,本研究利用水稻和拟南芥NF-Y家族的蛋白序列,通过Blast比对分析,鉴定出33个毛竹NF-Y家族基因。基于植物NF-Y亚家族成员的氨基酸序列特征,毛竹33个NF-Y家族成员分为3个亚家族,分别命名为Ph NF-YA、Ph NF-YB和Ph NFYC。构建毛竹、二穗短柄草、粟、水稻和拟南芥NF-Y家族系统发育树,结果表明,毛竹各NF-Y亚家族成员的进化趋势不同,与Ph NF-YA亚家族相比,Ph NF-YB和Ph NF-YC在进化上较为保守,毛竹在NF-YA亚家族上可能出现了扩增,而在NF-YB和NF-YC两个亚家族上可能出现了成员丢失现象。通过Cufflinks等软件对毛竹7个组织材料的转录本深度测序数据分析,发现有些NF-Y家族基因在各器官中普遍表达,如Ph NF-YA7、Ph NF-YA3和Ph NF-YB8在根茎叶中均有表达;有些NF-Y家族基因则在特定器官表达,如Ph NF-YA1、Ph NF-Y2、Ph NF-YA4和Ph NF-YA10在竹笋幼根表达。实时荧光定量RT-PCR分析毛竹NF-Y家族基因在毛竹笋各个组织的表达情况,结果表明,毛竹NF-Y家族基因在不同的节间组织中差异表达。本研究结果为进一步深入探究毛竹NF-Y家族基因功能奠定了理论基础。     

番茄GRX基因家族的鉴定及表达分析

GRX基因家族是从原核生物到真核生物中普遍存在的一类巯基-二硫键氧化还原酶,在植物的生长发育、器官构建及逆境胁迫和激素信号应答中均发挥重要作用.本研究在番茄基因组范围内,利用生物信息学方法对番茄的GRX基因组家族的成员、分布及结构和功能等进行分析.预测结果显示,番茄GRX家族包含55个蛋白质,分为4个亚族,其中植物特有的CC亚族成员最多,有35个,其他GRX基因成员与拟南芥GRX家族具有相似分类.在番茄GRX结构域中包含12个重要的基序,主要分布在序列的N端,相同亚族中的GRX成员蛋白序列的氨基酸保守域构成基本一致,且各亚族成员的氨基酸保守域组成特异,表明这些基序的存在对GRX蛋白功能的执行是必需的.利用实时荧光定量PCR对番茄GRX基因的组织表达和胁迫响应分析,结果表明,GRX基因具有组织特异性表达差异,CC型在根和花中表达较高,在果实中表达较低;在盐、SA、ABA、高温和低温胁迫条件下,22个番茄GRX基因的表达模式被阐明;其中部分基因的表达水平被显著地诱导增加或者降低,很可能参与了调控番茄逆境胁迫条件下的防御应答反应.本研究结果将为番茄GRX家族基因的深入研究提供依据,为进一步解析GRX基因功能奠定基础.     

果梅NAC基因家族的鉴定及组织表达分析

为挖掘果梅中NAC基因成员,探讨其组织表达特异性,本研究采用生物信息学方法鉴定了果梅NAC基因家族,并对其理化性质、染色体分布、亚细胞定位、保守基序、蛋白结构和亚族分类进行预测分析。结果表明,果梅NAC基因家族包含106个NAC基因成员,根据系统发育特征将其分为12个亚族。PmNAC基因在果梅的8条染色体上呈现不均匀分布,多编码酸性氨基酸;大部分NAC蛋白为亲水蛋白,其二级结构多以无规则卷曲为主要构成元件,且三级结构相似;亚细胞定位预测显示,果梅NAC蛋白为典型的核蛋白。选取12个NAC基因家族成员,利用实时荧光定量PCR技术进行组织表达分析,结果表明,12个果梅NAC基因在不同组织中均有表达,但表达差异明显。其中3个基因(PmNAC54、PmNAC32、PmNAC68)在果皮中表达最高,4个基因(PmNAC60、PmNAC95、PmNAC51、PmNAC2)在果肉中表达最高,3个基因(PmNAC31、PmNAC62、PmNAC48)在嫩茎中表达最高,其余2个基因(PmNAC61和PmNAC71)分别在果胚和花芽中具有最高的表达,表达特征的差异表明它们可能具有不同的生物学功能。本研究结果为果梅NAC蛋白的进一步功能分析奠定了一定的理论基础。     

高粱AGO蛋白家族基因鉴定及表达分析

Argonaute (AGO)蛋白是RNA介导的沉默复合物RISC的核心成分,在小RNA、Dicer?like酶等的协同下共同激发RNA沉默反应。为阐明高粱中AGO蛋白的功能,本研究采用生物信息学的方法首次在高粱全基因组水平鉴定15个SbAGOs,分别定位于高粱的7条染色体上,根据氨基酸序列将其划分为三个亚家族。亚家族Ⅲ中SbAGO7和SbAGO3都含有3个外显子,亚家族Ⅱ中SbAGO4和SbAGO6都具有22个外显子,成员最多的亚家族Ⅰ中基因外显子数量介于19~24之间。其中,亚家族Ⅰ中SbAGO1-1和SbAGO1-3、SbAGO1-3和SbAGO1-4、SbAGO5-2和SbAGO5-4发生过基因复制事件,可能存在功能冗余现象。NCBI表达谱数据库分析发现,SbAGO1-1、SbAGO1-2、SbAGO1-3和SbAGO4在高粱不同组织器官和生长发育阶段均有较高表达,其中SbAGO1-1和SbAGO1-2、SbAGO1-3和SbAGO4表达时期和表达量基本一致,可能在调控高粱生长发育方面发挥协同作用。高温、干旱及高温与干旱复合逆境表达谱芯片数据分析发现,高温处理引起5个SbAGOs基因差异表达,干旱处理SbAGOs表达变化不明显,复合逆境引起7个SbAGOs基因差异表达;2个处理共同差异表达基因为SbAGO1-3、SbAGO1-1、SbAGO5-2和SbAGO3,表达量变化趋势相近。其中SbAGO1-1、SbAGO1-2、SbAGO1-3和SbAGO5-6下调表达,SbAGO3、SbAGO5-2、SbAGO1-4和SbAGO10上调表达。本研究结果为揭示SbAGO蛋白功能和发掘高粱的抗逆育种靶向基因资源提供了一定的理论依据。     

蓖麻WOX转录因子家族成员的全基因组分析及逆境胁迫响应

WOX是植物中特有的一类转录因子,参与植物发育和应激反应。为探究蓖麻基因组WOX转录因子信息,本研究通过生物信息学方法鉴定出11个蓖麻WOX转录因子家族成员,并对其系统发育、基因结构、保守基序及理化性质等基本信息进行鉴定与分析。结果显示,11个WOX成员被分为三个进化支,在古代进化支、中间进化支和现在进化支分别有2、2和7个成员,同一进化支成员的外显子、基因结构具有相似性,但理化性质差异较大。利用RT-qPCR检测根、茎、叶不同组织中5个蓖麻RcWOXs基因在干旱与盐胁迫下表达情况,结果表明,RcWOXs在不同组织中的表达具有特异性;除RcWOX10受干旱胁迫抑制外,RcWOX2、RcWOX4、RcWOX8和RcWOX9在干旱和盐胁迫下均被诱导表达,表明RcWOX转录因子在蓖麻逆境胁迫中起调控作用。本研究结果为进一步探究蓖麻WOX转录因子家族在逆境胁迫中的功能提供了一定的理论参考。