小麦CBL基因家族鉴定及表达模式分析

类钙调磷酸酶（CBL）蛋白是植物中独特的Ca²⁺传感蛋白,对植物应对非生物胁迫具有重要作用。为探究小麦CBL基因的功能,利用生物信息学方法从小麦全基因组数据库中共鉴定出68个小麦CBL基因家族成员,并对其进行了理化性质、基因结构、进化树和共线性分析。结果表明,小麦CBL蛋白为酸性亲水性蛋白质,其对应基因分布于18条染色体上,亚细胞定位分布广泛,核中最多;蛋白结构域高度保守,都含有EF hand结构域,且同一类群中的大多数成员具有相似的motif。与水稻进行种间共线性分析发现,二者的CBL基因之间存在较多的共线性关系。以强抗寒冬小麦品种东农冬麦1号和东农冬麦2号为材料,对转录组分析显示出的8个在低温下表达差异显著的CBL进行qRT PCR分析发现,这8个基因在不同小麦品种和不同组织部位都存在明显的差异表达,分蘖节中CBL的表达量在-25 ℃时达到峰值,而叶片中CBL的表达量在-10 ℃时达到峰值,说明CBL基因在低温胁迫调节中起重要作用。     

小麦OXS3基因家族的鉴定及表达模式分析

氧化应激3蛋白(OXS3)是一种植物特异性蛋白,在植物逆境耐受性中发挥重要作用。本研究利用生物信息学方法,在全基因组水平对小麦中的OXS3基因家族成员进行了鉴定,并对所有成员进行了高温胁迫下的表达模式分析以及4个小麦OXS3基因的酵母转化验证试验。结果表明,小麦具有9个OXS3基因,分布于8条染色体上,聚类为三个亚家族,主要定位于细胞核;小麦OXS3基因家族成员的启动子区具有多个激素响应和逆境响应顺式作用元件,暗示该家族成员在植物逆境响应中可能承担重要角色。共线性分析表明OXS3基因家族在单/双子叶植物间存在较大差异。qRT-PCR分析表明,小麦OXS3家族基因在高温胁迫下均上调表达。转化酵母的耐热功能验证表明,小麦基因TaOXS3-1D、TaOXS3-2A可以提高酵母的耐热性。本研究结果为系统研究OXS3的耐热功能奠定了基础。     

低温胁迫下小麦幼穗中差异表达蛋白质的鉴定

为探究低温胁迫下小麦幼穗中胁迫响应差异表达蛋白,采用IEF/SDS-PAGE双向凝胶电泳及质谱技术,以低温敏感品种SW601和低温不敏感品种陇麦157为材料,对常温生长、0℃低温胁迫12h和72h的幼穗全蛋白进行了分析。结果表明,在pH 4~7时,SW601和陇麦157各处理幼穗蛋白图谱中均可重复检测到800~900个有效蛋白质点;低温胁迫12h、72h后,SW601和陇麦157中上调表达的蛋白点分别有120个和101个,下调表达的蛋白点分别有92个和60个。对2种胁迫处理下均差异表达且Ratio2的54个蛋白点进行质谱分析,成功鉴定出43个差异蛋白。经数据库搜索匹配和蛋白质鉴定,这43个差异蛋白分别属于胁迫应激/防御相关蛋白、光合作用蛋白、蛋白代谢相关蛋白、碳水化合物代谢相关蛋白、信号传导相关蛋白、能量产生和运输相关蛋白和未知功能蛋白等7类蛋白。其中,抗坏血酸过氧化物酶、Cu/Zn超氧化物歧化酶和胚胎后期发育富集(LEA)同源蛋白14-A等蛋白的表达量在低温不敏感材料陇麦157中变化显著,而在低温敏感材料SW601中没有表达,这可能与小麦幼穗在低温逆境下的代谢调控和低温敏感特性有一定关系。     

小麦HD2基因家族的全基因组鉴定及热胁迫下的表达模式分析

组蛋白去乙酰化酶(histonedeacetylase,HDAC)负责去除组蛋白上的乙酰基团,在生物体的生长发育和非生物胁迫响应方面具有重要作用。本研究根据其他植物中HD2基因家族序列,利用生物信息学方法对小麦中的HD2基因进行鉴定,并对其基本生物学特性和调控网络等进行分析。结果表明,有12个小麦HD2基因被鉴定,并根据蛋白质序列C端是否含有锌指结构将其分为Group1和Group2两个亚家族;这些基因的编码蛋白均定位于细胞核内。利用WheatExp数据和RNA-seq数据对小麦HD2基因在不同组织和不同逆境胁迫下的表达模式进行分析,结果表明,小麦HD2基因在不同组织和不同逆境下均存在差异表达。同时,利用qRT-PCR技术对其在小麦12个生长发育时期的叶片中响应热胁迫的表达模式进行分析,结果表明,其在小麦挑旗期和抽穗期表达量明显上升。     

小麦Mn SOD基因的克隆及其在盐胁迫下的表达分析

为了探索小麦Mn-SOD基因的克隆及表达,根据GenBank上公布的序列(AF092524)设计引物,利用Reverse-transeriptase Polymerase Chain Reaction(RT-PCR)技术克隆了小麦Mn-SOD基因的cDNA全长,并发现该基因主要在根中表达,在其他组织中的表达量比较低.通过不同浓度的NaCl溶液处理,发现该基因在小麦的根中可以被诱导调控表达.随着NaCl浓度的提高,该基因的表达量持续增强;但是NaCl的浓度超过0.20 mol·L-1时,其表达量反而下降.     

油棕C2H2基因家族鉴定及低温胁迫下的表达分析

C2H2型锌指蛋白是最常见的锌指蛋白之一,广泛存在于真核生物中,在植物的生长发育、盐、低温、干旱胁迫等非生物胁迫响应中扮演重要作用。本研究以拟南芥C2H2氨基酸序列作为探针,在油棕基因组数据库中进行本地BLASTP比对和保守结构域预测分析,筛选出油棕C2H2型锌指蛋白家族成员,利用生物信息学手段对基因家族成员的理化性质、进化关系、染色体位置、基因结构、保守基序和启动子顺式元件进行分析,并利用转录组数据和荧光定量PCR方法分析EgC2H2基因家族成员在低温胁迫下的表达情况。结果显示：从油棕基因组中共鉴定出73个C2H2型锌指蛋白家族成员,EgC2H2家族成员氨基酸的数目为128～556个,分子量为14176.73～58983.30Da,等电点为4.99～9.62,不稳定系数为38.84～86.01,亲水性为–1.154～-0.226,亚细胞定位显示C2H2基因家族所有成员均定位于细胞核;系统进化树分析显示EgC2H2家族成员可以分为4个亚家族,EgC2H2家族成员多数归类于第Ⅰ亚家族和第Ⅱ亚家族,且同一亚家族成员的结构域具有较高的一致性;染色体定位结果显示,EgC2H2家族成员不均匀地分...     

玉米泛素活化酶基因家族鉴定及表达模式分析

通过生物信息学分析,从B73玉米全基因组中鉴定出4个泛素活化酶基因,分别命名为Zm UBA1~Zm UBA4。4个Zm UBA基因编码氨基酸数目在1 030~1 056 aa,编码蛋白分子量在114.63~117.39 k D,等电点在5.18~5.80,且均含有5个内含子。蛋白二级结构预测,4个基因编码的蛋白主要以α–螺旋和不规则卷曲为主,亚细胞定位预测4个基因均定位于细胞核中。荧光定量PCR结果表明,Zm UBA1基因在根、茎、叶、雄穗和雌穗中呈现组成性表达,Zm UBA2和Zm UBA4基因在雄穗表达量最高,Zm UBA3在叶片表达量最高,呈现组织特异性表达。Zm UBA3在盐和低温胁迫上调表达,Zm UBA4在盐胁迫时下调表达,说明Zm UBA3基因可能参与玉米低温和盐胁迫的应答,Zm UBA4可能参与玉米盐胁迫应答。     

小麦 G6PDH基因的生物信息学分析及其低温胁迫下苗期的表达特征

葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)是戊糖磷酸途径(PPP)的关键酶,可为小麦(Triticum aestivum)的生物合成提供NADPH以及一些中间代谢产物,并且在小麦生长发育及响应胁迫方面也发挥重要作用。本研究对基因组数据库中获得的12条小麦G6PDH蛋白序列及其基因序列进行一系列生物信息学分析,结果表明,12条小麦G6PDH蛋白分别定位于细胞质及质体中,且均为亲水、不稳定蛋白。从系统发生树的进化和亲缘关系上可以看出,12条小麦G6PDH蛋白分别属于胞质和质体亚型。不同亚型的G6PDH蛋白保守Motif的种类和数量有所不同,不同亚型的基因结构也具有明显差别。qRT-PCR结果表明,低温胁迫下,3种亚型(胞质亚型、质体P1和P2亚型)的小麦TaG6PDH基因均被不同程度地诱导表达,并且均随着温度的降低而升高,预示着G6PDH在小麦抗寒方面发挥正向调节作用。     

小麦 DA1基因家族成员的鉴定及其表达谱分析

泛素受体DA1在控制种子和器官大小上发挥着重要作用。本研究以中国春小麦为材料,采用生物信息学的方法对小麦 DA1基因家族成员进行了全基因组鉴定和分析,共鉴定到12个小麦 DA1同源基因（ TaDA1s）,分别位于2B、2D、4A、4B、4D、5A、5B和5D染色体上,亚细胞定位预测结果表明其位于细胞核中。系统进化分析发现, TaDA1s可分为 TaDA1、 TaDAR1和 TaDAR2三类。除TaDA1-2D1编码的蛋白只含有DA1-like结构域外,其他成员编码的蛋白均含有DA1-like、UIM和LIM结构域。启动子序列分析发现, TaDA1s的启动子区含有较多的响应激素、逆境以及与生长发育相关的顺式作用元件。通过公共的转录组数据和qRT-PCR试验验证, 发现 TaDA1s在不同组织中都有表达,在籽粒发育过程中,不同的小麦 DA1基因呈现不同的表达模式,暗示存在基因功能分化现象;脱落酸（ABA）能够抑制 TaDA1s的表达;在低温和盐胁迫条件下, TaDA1s基因表达有明显的差异。酵母双杂交和荧光素酶互补试验发现,TaDA1-2B、TaDAR1-5A和TaGW2存在转录自激活现象,且TaDAR1-5A与TaGW2有微弱的互作效应。本研究结果为进一步探究 DA1基因家族在小麦中的生物学功能奠定了基础。     

小麦丙氨酸-乙醛酸转氨酶基因（ TaAGT2）的克隆、生物信息学预测及表达分析

光呼吸是植物细胞H_2O_2的重要来源,也是维持细胞氧化还原的重要成分,影响植物对生物和非生物逆境的应答,因此,挖掘与光呼吸有关的基因对提高植物的抗逆性具有重要意义。本研究以耐旱小麦品种青麦6号转录组数据为基础,通过RACE技术克隆得到小麦 AGT2基因的全长cDNA,将其命名为 TaAGT2,并对其进行了生物信息学预测及表达模式分析。结果表明, TaAGT2开放阅读框长1 434bp,编码477个氨基酸。该蛋白属于亲水性稳定蛋白,定位于线粒体中,二级结构以α-螺旋(42.14%)和无规则卷曲(32.91%)为主。 TaAGT2基因包含AAT-I基因族保守区域,与二穗短柄草 AGT2的相似性高达97%。通过qRT-PCR对基因 TaAGT2在不同组织中(根、茎和叶)及4种非生物胁迫(低温、ABA、干旱、高盐)下的表达特性进行分析,结果表明, TaAGT2在根、茎和叶中均有表达,茎中的表达显著高于根和叶,在不同胁迫条件下上调表达,表明该基因可能参与调控植物的抗逆反应。     

小麦LACS基因家族的全基因组鉴定与表达分析

长链酰基辅酶A合成酶(long-chain acyl-coenzymeA synthetase, LACS)在脂肪酸代谢、角质层角质和蜡的合成中发挥着重要作用。为研究小麦中LACS基因的特征,以中国春为材料,进行全基因组鉴定和分析。结果共鉴定出148个小麦LACS基因(TaLACS),不均匀分布于21条染色体上,且有成簇分布的现象,编码蛋白大部分为中性、亲水的水溶性蛋白,性质稳定。系统进化分析结果显示,148个TaLACS基因聚为6组,有55对旁系同源基因。表达谱分析表明,TaLACS基因在不同组织和逆境胁迫下存在明显的差异表达,说明TaLACS基因具有组织特异性,在抗低温、干旱和赤霉病过程中TaLACS基因发挥重要作用。该家族中含有响应低温、干旱和脱落酸元件的基因分别占34.9%、46.0%和85.8%,揭示TaLACS基因参与生物胁迫和非生物胁迫过程。     

小麦PHO基因家族全基因组鉴定及表达分析

PHO基因家族主要参与磷酸盐的转运,在植物生长发育中起重要作用。为研究小麦PHO基因家族成员的潜在功能,本研究从小麦全基因组中鉴定PHO基因家族成员,并利用生物信息学手段对其基因结构特征、蛋白结构域、系统进化、顺式作用元件及表达特性进行分析。结果在小麦全基因组中共鉴定到12个PHO基因家族成员,所有成员均含有SPX和EXS结构域。系统进化、保守结构域和基因结构分析发现,小麦PHO蛋白与拟南芥PHO1-H1蛋白以及水稻PHO1蛋白亲缘关系较近;除TaPHO7、TaPHO10、TaPHO11和TaPHO12蛋白缺少部分基序外,其余小麦PHO蛋白均具有完整基序,且同一亚组内的成员具有相似的蛋白保守结构域和基因结构,说明PHO亚家族成员间高度保守。顺式作用元件分析发现,小麦PHO基因启动子区域含有与磷调控相关的激素诱导、光响应、低温响应等元件。基于RNA＿seq数据的组织特异性分析发现,大部分PHO基因在根中的表达量较高。qRT-PCR分析发现,低磷胁迫处理下磷高效小麦品种小偃54地下部分(根) TaPHO7和 TaPHO8基因的表达量显著高于对照。     

小麦逆境胁迫基因TaSKIP的克隆、定位及初步表达分析

非生物逆境是小麦生长、发育及产量形成的主要限制因子之一。为揭示小麦抗逆胁迫响应机制,并为培育转基因抗逆种质奠定基础,本研究利用同源克隆的方法从普通六倍体小麦中国春中克隆出TaSKIP基因并进行序列分析及基因定位,同时对TaSKIP基因在PEG6000胁迫下的表达模式进行分析。结果表明,共克隆得到3个TaSKIP基因,其中2个基因被定位于6A和6D染色体上。序列分析表明,TaSKIP-6A编码区长为1 827bp,编码608个氨基酸,TaSKIP-B和TaSKIP-6D编码区长均为1 824bp,编码607个氨基酸。氨基酸序列比对分析表明,小麦TaSKIP蛋白与水稻、玉米和大麦等禾本科植物SKIP蛋白的同源性均大于88%,而且含有相同的SKIP/SNW结构域。实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,qRTPCR)检测结果表明,TaSKIP在模拟干旱胁迫条件下表达量上调,暗示该基因在小麦非生物逆境胁迫响应中起重要作用。     

小麦TCP基因家族的全基因组鉴定和对热胁迫的响应

TCP是植物发育调控的重要转录因子。为了挖掘小麦TCP基因的功能,本研究利用生物信息学方法和qRT-PCR技术,对小麦TCP基因家族进行全基因组鉴定和在热胁迫下的表达分析。全基因组鉴定结果表明,普通小麦品种中国春中存在58个非冗余的TaTCP基因。根据与AtTCPs和OsTCPs的系统发育分析,在小麦中分别有26个PCF、20个CIN和12个CYC/TB1聚类。进一步预测TaTCP基因在达尔文进化下的压力选择,发现除了TaTCP16-A相对于乌拉尔图小麦中直系同源基因是正向选择,其他基因都是纯化选择的过程。利用在线RNA-seq数据分析TaTCPs基因在5种组织器官中与冷、热和干旱胁迫下的表达图谱,结果显示,小麦TCP基因在不同的组织和胁迫中存在差异表达。最后,通过qRT-PCR技术检测12个不同发育阶段的小麦叶片在短期热胁迫下TaTCP5部分同源基因的表达水平,结果表明,在35℃下处理1h,TaTCP5-D的相对表达量在拔节期、拔节后期、孕穗前期和抽穗期都有明显的上调,这些结果为进一步研究TaTCP基因的功能奠定了良好的基础。     

小麦G6PDH基因家族的鉴定与表达分析

葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)是磷酸戊糖途径中的关键限速酶,在植物生长发育及非生物胁迫响应中发挥重要作用。本研究利用生物信息学对小麦 G6PDH基因家族成员进行鉴定,并对该家族基因编码蛋白的理化性质、进化关系、亚细胞定位、基因复制事件以及在不同组织和不同胁迫下的表达模式进行分析。结果表明,在小麦基因组中共鉴定到14个 G6PDH基因家族成员,分布在小麦2A、2B、2D、4A、4B、4D、6A、6B和6D染色体上,其中5个基因编码的蛋白为胞质型,9个为质体型。亚细胞定位预测表明,胞质型G6PDH蛋白主要定位于细胞质上,而质体型G6PDH蛋白主要定位于叶绿体上。根据系统进化和保守结构域特征,可将14个小麦G6PDH蛋白分为Cy、P0、P1和P2四个亚组。共线性分析表明,小麦 G6PDH基因家族成员存在17对片段重复基因。RNA-seq分析结果表明,小麦 G6PDH基因家族成员在不同组织中存在明显的表达差异,其中 TaG6PDH1-2A/2B/2D基因在根中的表达量最高; TaG6PDH2-2A和 TaG6PDH2-2B基因在干旱胁迫后1 h以及热胁迫后6 h均上调表达。进一步利用qRT-PCR检测6个小麦 G6PDH基因在干旱和盐胁迫下的表达模式,发现分别有5个基因在小麦根中均上调表达,推测小麦 G6PDH基因在非生物胁迫响应过程中发挥着重要功能。     

小麦冷休克蛋白基因TaCSP的克隆及表达分析

为深入研究小麦冷休克蛋白(cold shock proteins,CSPs)基因,根据大肠杆菌(E.coli)CSPs蛋白保守氨基酸序列,借助生物信息学技术检索小麦EST序列,采用同源序列法拼接了小麦3个冷休克蛋白基因,并以小麦叶片总RNA为模板,采用RT-PCR对其进行扩增;同时,采用荧光定量PCR对3个基因的组织表达特性以及ABA、低温、高温、干旱和盐胁迫条件下的表达模式进行了研究。结果表明,小麦3个冷休克蛋白基因TaCSP1、TaCSP2和TaCSP3全长分别为290、374和377bp,各编码69、69、80个氨基酸残基。序列分析表明,TaCSP1、TaCSP2和TaCSP3之间氨基酸相似性为72.9%~84.3%,与大肠杆菌来源CSPs的相似性为40.0%~79.7%。荧光定量PCR表达谱分析显示,TaCSPs在抽穗期小麦的根、茎、叶和幼穗中均能表达。胁迫分析表明,3个冷休克蛋白基因在小麦幼根中的表达,在低温和ABA处理下,表现为早期诱导、后期抑制,在高温、干旱和盐胁迫下,则表现为早期抑制、后期有所恢复。克隆获得的小麦3个冷休克蛋白基因在根组织中强烈表达,并受ABA和冷胁迫诱导,推测其在小麦抵御逆境胁迫过程中发挥重要作用。     

香蕉GAPDH基因家族的生物信息学及转录表达分析

从香蕉基因组数据库和NCBI数据库中检索香蕉GAPDH基因家族的所有成员,并采用生物信息学方法对其进行亚细胞定位、进化树分析和保守结构域预测。克隆测序发现,巴西蕉内的GAPDH基因家族成员序列与小果野蕉基因组数据库中提供的序列基本一致,同源性超过98%。转录表达分析表明,GAPDH基因家族成员在巴西蕉不同器官的表达模式多样:MaGAPCP1,MaGAPC6/8/10/11成组成型表达,其余的基因则在各组织器官间成差异型表达,且差异型表达的基因在不同组织器官中表达模式也不相同,组成型表达的基因在不同组织器官中表达模式虽相同,但表达量有差异。GAPDH基因家族成员在表达模式上的多样化,可能暗示其功能的多样化,这种多样化可能是在进化过程中为适应环境而出现的功能分化或冗余。结果为进一步研究GAPDH基因家族成员在香蕉生长、发育,非生物胁迫,果实后熟等重要生物学过程中的功能奠定基础。