大豆HMGR基因家族的鉴定与表达分析

[目的]3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)是大豆皂苷合成途径的关键酶之一。从全基因组水平鉴定大豆HMGR基因家族并进行生物信息学和表达模式分析,为研究和利用大豆HMGR基因家族生物学功能奠定基础。[方法]根据Pfam数据库中HMGR基因的保守结构域(编号PF00368),利用HMMER3.0、PFAM和SMART软件鉴定大豆基因组中的HMGR基因。采用ProtParam等软件对其基因和蛋白序列进行生物信息学分析。利用qRT-PCR方法分析GmHMGR基因在苗期根、茎、叶等不同组织中和籽粒不同发育时期的表达情况。[结果]大豆基因组中鉴定得到8个GmHMGR基因,分布于8条染色体上,编码80～608个氨基酸,相对分子质量介于8.23～64.96kD,理论等电点变化为4.89～8.24,二级结构中α螺旋和无规则卷曲所占比重较大,具有保守的基因结构和蛋白功能域。qRT-PCR分析表明,相比于其它GmHMGR基因,GmHMGR6在苗期根、茎、叶中高度表达,籽粒发育过程中GmHMGR3基因在开花后40d表达水平最高,开花后70d大豆的成熟籽粒中GmHMGR6的表达丰度最高。[结论]大豆基因组中含有8个HMGR基因,具有保守的功能结构域和基因结构。GmHMGR基因家族在苗期根、茎、叶及不同发育时期籽粒中具有多样化的组织表达模式和时空表达特征。     

短短芽孢杆菌TetR基因家族的鉴定及表达模式分析

采用生物信息学方法从生防菌短短芽孢杆菌(Brevibacillus brevis)X23全基因组水平鉴定出13个TetR家族基因,将其命名为BbTetR1、…、BbTetR13,对其基本性质、基因结构和高级结构进行分析。结果表明：短短芽孢杆菌TetR家族成员在进化上具有保守性,基因序列长度为477~681 bp,编码的蛋白由168~226 个氨基酸组成,相对分子质量为1.9×104~2.57×104,等电点为4.84~7.77;其基因家族成员可划分为3个亚族,亚族Ⅰ包含5个成员,亚族Ⅱ、亚族Ⅲ各包含4个成员;所有BbTetR蛋白均含有大量α–螺旋,且这些蛋白的空间结构呈现多样化;转录组分析结果表明,不同的BbTetR在短短芽孢杆菌不同生长时期的表达模式和表达量差异显著,BbTetR1、BbTetR5、BbTetR8和BbTetR10在短短芽孢杆菌不同生长阶段均有较高表达,推测其可能发挥更重要的调控作用。     

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。     

红花CDPK基因家族的鉴定及表达分析

钙依赖性蛋白激酶(CDPK)是植物细胞内Ca²⁺信号识别及转导的重要媒介,在植物的生长发育以及逆境响应过程中起着重要的作用。本研究通过多种生物信息学的方法和手段,对鉴定出来的30个CDPK基因进行分析鉴定,结果显示30个CtCDPK基因所编码的氨基酸分子量为47 781.96～93 251.66 ku,等电点为5.09～9.27;基因结构预测结果表明,所有CtCDPK基因均含有6～13个外显子;染色体定位结果表明,30个CtCDPK基因分别定位在10条染色体上,其中8号染色体上最多,有5个,2号、4号染色体上没有;系统发育树分析结果显示将其分为6个亚家族;表达分析结果表明CtCDPK基因在不同组织、不同发育阶段中表达模式有所差异。     

大麦TIFY基因家族成员鉴定及表达分析

【目的】对大麦TIFY基因家族成员进行鉴定及表达分析,为进一步探究TIFY基因家族在大麦生长发育与胁迫响应中的作用机理打下基础。【方法】基于TIFY家族蛋白的保守域特征,利用HMMER从大麦中鉴定TIFY基因家族成员,利用采用生物信息学软件对其理化性质、保守基序、特征结构域、顺式作用元件、基因结构、系统进化及表达模式进行预测分析。【结果】从大麦中鉴定出15个HvTIFYs基因（HvTIFY1～HvTIFY15）,分布于5条染色体上,且大多数基因在染色体上成簇分布。15个HvTIFYs蛋白均具有TIFY家族蛋白的特征结构域（TIFY）,根据所含保守结构域的不同,可分为ZML（4个）和JAZ亚族（11个）,且亲水性蛋白（14个）和偏碱性蛋白（11个）居多,但均定位于细胞核;二级结构相似度较高,均由α-螺旋、β-转角和无规则卷曲组成,除HvTIFY7蛋白外,其余蛋白二级结构所占比排序:无规则卷曲>α-螺旋>β-转角。HvTIFYs基因结构存在明显差异,其中,JAZ亚族11个基因的内含子数为0~6; ZML亚族4个基因的内含子数为6～7个,系统发育进化树上相邻分支的基因具有较相似的基因结构。HvTIFYs基因启动子区域富含光、激素和胁迫等顺式作用元件,种类及分布均呈多样性。5个物种的79条TIFY蛋白分为4个组,恰好与TIFY家族的4个亚族对应,其中,ZML、TIFY和JAZ亚族包含单、双子叶植物的TIFY蛋白,而PPD亚族仅含有双子叶植物的TIFY蛋白。15个HvTIFYs基因在不同组织器官中的表达量存在明显差异,其中HvTIFY1、HvTIFY2和HvTIFY8基因在8个组织中的表达量均较高,HvTIFY10和HvTIFY15基因表达量中等,HvTIFY6基因表达量较低; HvTIFY11基因不表达。15个基因在根的不同组织中对盐胁迫的敏感程度不同。【结论】从大麦中鉴定出的15个HvTIFYs基因存在一定的功能分化,具有明显的组织和时空特异性,推测其在大麦逆境响应和激素调节中具有重要调控作用。     

辣椒CaNRAMP基因家族的鉴定与表达分析

为了初步研究辣椒(Capsicum annuum L.)NRAMP家族基因在重金属镉胁迫下的表达情况,通过生物信息学方法从辣椒基因组中鉴定出NRAMP基因,并对这些基因的序列结构、系统进化树、表达谱等进行系统分析。结果表明,辣椒中含有5个具有典型NRAMP结构域的基因,根据其在染色体上的位置,分别将其命名为CaNRAMP1～CaNRAMP5,根据系统进化分析,将辣椒的NRAMP基因分为2类,Ⅰ类包含2个基因(CaNRAMP1、CaNRAMP3),分别含有10、12个内含子,Ⅱ类包含3个基因(CaNRAMP2、CaNRAMP4、CaNRAMP5),均含有3个内含子。基于基因组织表达模式的分析结果表明,CaNRAMP1在不同组织中均未检测到其表达;CaNRAMP5的表达集中在花器官,其余CaNRAMP基因均有不同的表达模式;通过逆转录定量PCR(qRT-PCR)分析发现,辣椒苗期中的叶片经过镉处理后,CaNRAMP3基因呈明显上调的趋势,参与镉胁迫反应的正向调控,其他基因则不参与镉胁迫反应的调控。研究结果为进一步分析辣椒NRAMP基因家族的功能奠定了基础。     

茶树TLP家族基因鉴定及其对高温干旱和炭疽菌侵染的响应

类甜蛋白(TLP)家族基因在植物抵御逆境胁迫过程中发挥着重要作用.本研究利用生物信息学方法对茶树TLP家族基因进行分析和预测,并通过qRT-PCR检测了其在炭疽菌侵染和高温干旱胁迫下的表达水平.从茶树基因组中共鉴定出31个TLP基因,命名为CsTLP1～CsTLP31.系统进化分析表明,31个TLP基因分成10个类群,其中,类群5中的成员最多,且集中在13、14号染色体上.结合基因的表达特征可知,类群5和类群6中的较多成员在逆境胁迫下呈现差异表达.qRT-PCR验证表明：在炭疽菌侵染胁迫下,CsTLP20、CsTLP21、CsTLP23、CsTLP27的表达量与对照相比显著上调;在高温干旱胁迫下,10个TLP基因的表达量与对照相比存在显著差异,其中,CsTLP20、CsTLP21、CsTLP22、CsTLP23、CsTLP28的表达量显著上调,CsTLP7、CsTLP16、CsTLP27的表达量显著下调,CsTLP15、CsTLP26的表达量在部分时间点显著上调.综合来看,CsTLP20、CsTLP21、CsTLP23的表达量在炭疽菌侵染和高温干旱胁迫下均显著上调,表明它们是TLP家族...     

黄瓜DIR家族基因的全基因组鉴定及其表达分析

【目的】基于黄瓜基因组信息和转录组测序大数据,利用生物信息学手段,对黄瓜中DIR基因家族进行鉴定,并分析其在不同组织器官和胁迫响应过程中的表达模式,为后续深入研究黄瓜DIR基因的生物学功能奠定重要基础。【方法】基于已报道的DIR基因HMM模型文件,利用HMMER软件包的hmmsearch程序从黄瓜蛋白数据库中筛选出可能的DIR基因ID,并利用在线工具Pfam和SMART进行验证,最终确定黄瓜DIR家族基因。利用ExPASy、TBtools、GSDS、MEME、MEGA、MCScanX和Circos等工具分析黄瓜DIR基因家族成员的理化特征、染色体定位、基因结构、系统进化树和共线性。基于黄瓜在不同组织和胁迫响应下的转录组测序大数据,利用黄瓜V3版本基因组信息进行转录组分析,检索黄瓜DIR基因在不同转录组测序分析中的表达情况,利用TBtools软件绘制表达热图,分析黄瓜DIR基因在不同组织和胁迫响应过程中的表达模式。【结果】在黄瓜中鉴定到23个DIR家族基因,分布于7条染色体上,编码氨基酸个数在78—684,分子量8.70—73.82 kD;系统进化分析将黄瓜DIR基因家族划分为3个亚族,...     

辣椒WOX基因家族的鉴定及表达分析

利用辣椒的全基因组数据从辣椒中鉴定出了10个WOX基因,并按照其在染色体上的分布顺序命名为CaWOX1、CaWOX2、 CaWOX3、…、CaWOX10,对它们的理化性质、染色体定位、与番茄的进化关系、蛋白保守基序、组织表达水平及在高温(42 ℃)、低温(10 ℃)胁迫下的表达水平进行分析。结果表明：辣椒WOX基因家族各成员的理化性质差异较大,10个家族成员编码的氨基酸长度为127~318 aa,蛋白相对分子质量为14 740~36 070,开放阅读框长度为384~957 bp,蛋白理论等电点(PI)为5.66~10.01;在染色体上的分布较为均匀,大部分分布在染色体的两端;系统进化树分析表明,辣椒WOX基因家族可分为现代、中间、古代3支,与番茄进化关系一致;蛋白保守基序显示,除CaWOX3外,其余蛋白都含有Motif1与Motif2,且二者总是紧密相连出现;组织表达水平分析表明,除了部分CaWOXs具有特异性表达模式外,大部分成员在组织中不表达或弱表达;高温、低温处理能够刺激或抑制WOX基因家族成员的表达。     

椰子ALDH基因家族的鉴定及生物信息学分析

为了鉴定椰子的ALDH基因家族,分析其基因结构、保守结构域、系统发育树以及其表达模式,通过下载OsALDH基因家族的蛋白质序列,并与椰子的蛋白质的数据库进行比对,鉴定出12个CnALDH基因,分属于9个亚族。结果表明,ALDH编码的氨基酸等电点为5.35～8.68,多数分布在叶绿体中。表达谱分析结果显示,除CnALDH12＿A1和CnALDH22＿A1外,其他的CnALDH基因家族成员均在叶片中有高水平表达。而CnALDH10＿A8在不同组织以及不同时期展现组成性表达,推测该基因参与椰子的一些基础性功能,是不可或缺的基因。     

茶树NPR基因家族成员鉴定与表达分析及冷诱导CsNPR3的基因克隆

冷胁迫是影响茶树(Camellia sinensis)产量和品质的主要非生物胁迫。病程相关基因非表达子(non-expresser of pathogenesis-related genes, NPRs)是植物抗病途径中的主要免疫调节蛋白。目前,茶树中NPR基因家族及其在冷响应中的作用研究相对较少。该研究首先利用生物信息学分析,在茶树基因组中筛选鉴定出3个定位于不同的染色体的NPR基因,命名为CsNPR1、CsNPR2和CsNPR3(GenBank No.ON794747)。这些基因均包含家族保守的BTB/POZ、Ankyrin重复结构域以及多个半胱氨酸残基。进化分析发现,茶树的NPR家族成员的数量虽然与其他物种存在差异,但进化中表现出很强的保守性,与拟南芥及其他物种的分类结果相同。基因结构分析表明,茶树NPR家族与拟南芥具有相似的内含子-外显子结构。利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术,探明CsNPR1、CsNPR2和CsNPR3的组织表达模式以及对冷刺激和水杨酸(SA)的响应情况。进一步克隆被冷信号和SA信号同时诱导表达的CsNPR3,比对发现该蛋白氨基酸序列存在着品种差异...     

甘草NRAMP基因家族的鉴定和生物信息学分析

为研究甘草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,从甘草全基因组数据库中筛选并鉴定甘草NRAMP家族基因序列,并对该家族成员做进化分析、基因结构分析、保守结构域和保守基序分析、二级结构和三维结构分析。结果显示,从甘草基因组中共鉴定出11个NRAMP基因家族成员,通过进化分析发现,亲缘关系近的NRAMP家族成员基因结构和保守基序都更为相似,甘草和大豆的NRAMP家族成员间亲缘关系更接近。甘草大部分NRAMP家族成员的氨基酸数量差异不大,介于300～549个,且亚细胞定位在细胞膜上,而2个分子质量较大的成员GurNRAMP7和GurNRAMP8亚细胞定位在叶绿体上,各个成员的跨膜结构数量不尽相同。各个基因在染色体上的分布较为分散,只有NRAMP9、NRAMP10、NRAMP11定位在同一条染色体上。α-螺旋是甘草NRAMP家族成员中最主要的二级结构,但各个成员含有的α-螺旋数量不完全一样。     

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,该家族可以分为2个亚族,每个亚族内的基因具有相似的基因结构和理化性质。基因表达分析结果表明,所有COBRA家族成员响应多种非生物胁迫,且当植株受到紫外照射处理时,ZmCOBL1～ZmCOBL3和ZmCOBL7～ZmCOBL9这6个基因均表现出上调应答。     

大白菜YUCCA基因家族的鉴定与生物信息学分析

生长素(IAA)是一种重要的植物内源激素,YUCCA基因作为IAA生物合成的限速酶编码基因,在植物生长发育过程中起着重要的调控作用。为深入研究大白菜YUCCA基因家族的功能,利用生物信息学分析对大白菜中YUCCA基因家族成员进行全基因组水平鉴定,并对其基因组信息、蛋白质生理生化特征、基因结构、保守结构域、系统进化树等方面进行研究。结果表明,在大白菜基因组中共鉴定出19个YUCCA基因,可以聚类到2个大的分支,CladeⅠ和CladeⅡ;YUCCA基因在大白菜10条染色体上呈不均匀分布,并有1对基因以串联重复现象在染色体上分布;基因结构分析表明大白菜YUCCA基因一般含有0～3个数量不等的内含子;对大白菜YUCCA蛋白质氨基酸序列多重比对的分析表明大白菜YUCCA蛋白质存在高度保守的FAD结合位点(一致序列为GAGPxG)和NADPH结合位点(一致序列为GxGNSG);通过MEME软件对大白菜YUCCA蛋白质模体(motif)的预测还发现12个比较保守的motif。上述研究结果为大白菜YUCCA基因功能的研究奠定了一定的基础。     

大白菜GID1家族基因鉴定及表达模式分析

GID1蛋白是赤霉素信号转导过程中的重要受体,在调控植物生长发育过程中发挥重要作用。本研究采用生物信息学分析方法对大白菜基因组中GID1家族基因进行鉴定,并对该基因结构、染色体分布、系统进化以及表达模式等进行分析。结果表明,大白菜基因组中含有5个GID1家族成员,分别位于4、5、6、7、9号染色体上,各成员都只含有1个内含子。系统进化结果显示,单子叶和双子叶植物的GID1蛋白明显处于两个不同分支,大白菜GID1家族成员与拟南芥GID1具有更近的亲缘关系。通过表达模式以及启动子顺式响应元件分析发现,大白菜GID1基因不仅参与生长发育调控还可能参与对不同环境因子的响应过程。     

花生KNOX基因家族的全基因组鉴定及组织表达分析

为研究花生KNOX基因家族在生长发育以及非生物胁迫响应中的功能,本研究采用生物信息学手段在栽培种花生基因组水平上对KNOX基因家族成员进行鉴定,并对其理化性质、基因结构、蛋白质保守结构域、系统进化、启动子顺式作用元件以及组织与逆境下的表达模式进行分析。结果显示：花生基因组中共有26个KNOX基因家族成员,分布在17条染色体上,绝大多数编码酸性蛋白,均为亲水性蛋白,并全部定位于细胞核。系统发育分析可将花生KNOX家族分为ClassⅠ和ClassⅡ两个亚家族,并进一步分为4个亚组。启动子分析发现一些与生长发育、激素和胁迫响应相关的顺式作用调控元件。全生育期组织表达分析结果显示,ClassⅠ类基因表达组织特异性明显,主要在花、营养茎尖、生殖茎尖、果针等组织中高表达;ClassⅡ类基因时空表达更广泛。在7种非生物胁迫处理下,部分基因表达量变化较大,其中5个基因响应特定胁迫,RT-qPCR验证了2个特异性响应PEG胁迫的基因。本研究为进一步探究花生KNOX基因在生长发育、逆境响应中的功能奠定了基础。     

茶树Whirly基因家族的鉴定与表达分析

【目的】对茶树Whirly基因家族成员进行鉴定及表达分析,为进一步探究Whirly基因家族在茶树生长发育和逆境响应的作用机理提供参考。【方法】以茶树品种北茶36、龙井43和大面白的叶片为材料,基于Whirly基因家族的保守结构特征,从茶树基因组鉴定CsWhys基因家族成员,利用生物信息学软件对其进行可视化分析,并对组织特异性和时空表达模式分析。【结果】从舒茶早茶树基因组中鉴定获得2个CsWhy基因,命名为CsWhy1(XP_028085682.1)和CsWhy2(XP_028102803.1)。系统进化树分析结果显示CsWhy1和CsWhy2蛋白分别与已知的定位于叶绿体和线粒体的Whirly蛋白聚为一类。CsWhys基因启动子区域富含激素、胁迫和MYB转录因子结合位点等顺式作用元件,种类呈多样性。组织表达特性分析显示,CsWhy1在茶树叶片和芽中具有较高的表达丰度;CsWhy2则在茶树不同组织中均具有较高的表达丰度。时空表达模式分析结果发现,CsWhys的表达在不同时间点受低温、干旱、ABA、GA和H₂O₂处理诱导上调。冷驯化条件下,CsWhy1在抗寒品种龙井43和不抗寒品种大面白中呈现相反的表达模式,而CsWhy2在2个品种中均下调表达。【结论】茶树基因组中2个CsWhys基因具有Whirly基因家族的典型特征,茶树CsWhys基因的表达具有明显的组织特异性,推测CsWhys基因家族在茶树芽叶生长和抗逆过程中起发挥了重要调控作用。     

银杏ERF转录因子家族的全基因组学鉴定及表达模式分析

以银杏基因组数据库为基础,通过序列比对,并经过鉴定筛选,共获得112个ERF转录因子家族成员,对其进行生物信息学及表达模式分析。结果显示：银杏112个ERF成员在系统进化树上分为10个亚家族;基因结构分析表明,大部分ERF家族基因结构简单,仅少量基因含有1～4个内含子;基因表达分析显示,39个ERF基因在雄蕊中表达量较高,20个基因在幼苗中表达量较高,40个基因在胚中表达量较高;部分基因在雄蕊、胚和幼苗中具有相同的表达模式,说明其可能具有类似的功能。     

桃AAAP基因家族的鉴定与分析

为了解桃AAAP基因家族成员的特征和功能,基于桃基因组,对桃AAAP基因家族成员进行理化性质、系统进化树、基因结构和保守基序以及染色体定位和共线性分析.结果表明,桃中共鉴定到AAAP家族成员101个,氨基酸序列范围在166～593个范围内,亚细胞定位表明AAAP成员全部定位在细胞内膜上;系统进化树分析显示桃AAAP成员...     

苹果全基因组PAL基因家族成员的鉴定及表达分析

根据金冠苹果参考基因组,利用BLAST在线网站鉴定得到苹果基因组中共8个PAL基因,所有MdPAL蛋白都含有MIO保守结构域(Ala-Gly-Ser)。分组鉴定和进化树分析结果显示,MdPAL蛋白可以被分为3组,分子量在47.713~81.748 ku,等电点在5.44~6.39,进化关系较近的成员拥有相似的基因结构和蛋白保守基序分布。利用GEO数据库和实时荧光定量PCR的方法检测苹果长富2号品种中PAL基因在不同组织器官及5个不同果实发育阶段的表达情况。不同组织器官表达结果表明,MdPAL2、MdPAL3/4/6/7、MdPAL8在叶中表达最高,而MdPAL1和MdPAL5在花中表达最高,表达模式存在多样性。不同果实发育阶段表达结果发现,MdPAL表达规律不同,所有MdPAL在幼果发育期或果实成熟期显著升高(除MdPAL1外),暗示其在果实发育和成熟过程具有重要作用。