胡萝卜YUCCA基因家族鉴定及生物信息学分析

胡萝卜是重要的根菜类蔬菜之一,根部性状影响最终的产量和品质.YUCCA基因通过介导生长素调控植物根部发育,是生长素合成途径中的关键基因.利用生物信息学方法对胡萝卜YUCCA基因家族成员进行鉴定,对其理化性质、染色体定位、系统进化树、蛋白质的二级和三级结构以及保守基序进行分析.结果表明,在胡萝卜的5条染色体上共鉴定到了14个YUCCA基因家族成员,其大部分基因含有3～4个外显子;该家族编码的蛋白质为富含碱性氨基酸的亲水性蛋白质,氨基酸数量为290～424个,其蛋白质结构主要以α-螺旋和无规则卷曲构成,通过构建系统进化树可将其分为3个亚族,且亚细胞定位结果显示,YUCCA基因家族蛋白质大部分被定位在细胞质中.这为YUCCA基因家族在调控胡萝卜根发育和膨大机制研究奠定了理论基础.     

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。     

玉米YUCCA家族基因的特征分析

YUCCA基因编码生长素合成相关酶,参与植物多种生长发育过程。本研究通过GSDS软件预测玉米YUCCA(ZmYUC)基因的外显子/内含子结构,通过MEME软件获得ZmYUC基因的保守基序,并根据基因复制标准找出ZmYUC基因的复制方式,为全面了解玉米YUC基因的特征提供有用信息。     

二色补血草LbARP基因的克隆及其表达分析

从二色补血草(Limonium bicolor)cDNA文库中分离出一个生长素抑制蛋白基因LbARP(GenBank登录号为KF886022).该基因全长698 bp,含有3个外显子和2个内含子,开放读码框(ORF)387 bp,共编码128个氨基酸,推测蛋白质分子量为13.84 kDa,理论等电点为9.69.多序列比对结果显示,该基因编码的氨基酸序列与其他植物的ARP蛋白序列相似性达到50％以上,具有生长素抑制基因家族的保守结构域.荧光定量PCR结果表明,LbARP基因能够对NaCl、ABA、CuSO4、CdCl2及ZnCl2等非生物胁迫作出应答.     

高粱生长素反应因子(ARF)基因的全基因组分析与进化研究

生长素在植物发育中的各个阶段都起着重要作用,而生长素反应因子(auxin response factors,ARF)特异性的调节生长素反应基因的表达,是植物细胞中重要的一类转录因子家族.在拟南芥、玉米、水稻等模式作物中先后克隆了一些ARF基因,但是高粱作为一种重要的经济作物,这方面的研究未见报道.随着高粱全基因组序列的公布,利用基因组序列分析ARF基因的数目、结构、进化具有重要的意义.利用公布的高粱全基因组数据,利用DNATOOLS、BLAST、MEGA4.0以及Genomepixelizer等生物信息学软件对高粱(Sorghum bicolor)生长素反应因子ARF基因的数量、物理位置、系统进化树、氨基酸序列及保守基序(motif)的保守性等进行分析. 结果表明, 在高粱全基因组中共有26个ARF基因,26个ARF基因根据其进化关系分为A、B、C 3类; 通过对全基因组内ARF基因进行物理位置和基因家族分析,发现高粱基因组中ARF基因存在明显的基因复制现象, 基因的复制对高粱基因组中ARF基因数量扩张起到了重要的作用.     

烟草WS38生长素结合蛋白基因cDNA的克隆及序列分析

以烟草WS38为材料,根据GenBank中登录的烟草生长素结合蛋白(ABP1)氨基酸序列设计引物,通过RT-PCR克隆了烟草WS38ABP1基因cDNA分子编码区,序列全长为564bp,可编码1条188个氨基酸的多肽.利用ClustalX软件对该序列翻译获得的多肽序列与报道的烟草生长素结合蛋白氨基酸序列比较,两者同源性为98.4%,存在2个氨基酸的差异,但差异氨基酸对ABP1结构和功能影响微弱.认为克隆的cDNA序列即为烟草WS38ABP1cDNA,不同品种烟草ABP1基因存在的核苷酸单位点多态性(SNP)造成了两者氨基酸序列的差异.     

烟草NtAGPase基因家族的鉴定及功能解析

淀粉是重要的碳水化合物,其组成和性质直接影响着烟叶的经济价值。ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)是淀粉合成途径的关键性限速酶,但有关其基因特征、酶活性和代谢调控等在烟草中还未见详细报道。以拟南芥AtAGPase蛋白序列为索引序列,对烟草NtAGPase基因家族进行全基因组鉴定,通过Blast P比对及结构域分析,鉴定出烟草NtAGPase基因家族包含3个大亚基基因(NtLSU1、NtLSU2、NtLSU3)和一个小亚基基因(NtSSU);利用生物信息学工具对其编码蛋白序列进行解析。结果显示,Nt AGPase蛋白分子质量在57.03～58.43 ku,等电点在6.58～8.52;NtLSUs和NtSSU均定位于叶绿体上,属于质体型亚基;NtLSUs基因含有14～15个外显子,NtSSU基因仅含有9个外显子。三级结构预测结果显示,烟草Nt AGPase酶蛋白为异源四聚体,NtAGPase基因家族启动子区域含有多种与光、激素和逆境反应相关的响应元件,预示着其在光合作用、生长发育和逆境响应等过程中行使重要功能。系统进化树分析表明,烟草Nt AGPase蛋白与茄科植物马铃薯亲缘关系更近,而与模式植物拟南芥亲缘关系较远。研究结果可为进一步阐明烟草NtAGPase基因家族的功能及作用机制奠定基础。     

百香果YUCCA基因家族鉴定与表达分析

【目的】黄素单加氧酶（YUCCA）基因是吲哚-3-乙酸（Indole-3-acetic acid, IAA）生物合成的主要限速酶基因之一,在植物生长发育中起着重要调控作用。本研究利用生物信息学方法对百香果（Passiflora edulis Sims.）YUCCA基因家族成员进行鉴定,以期揭示百香果YUCCA家族基因在激素响应中的功能,同时为YUCCA家族基因在其他物种中的生物信息学研究提供参考。【方法】利用生物信息学方法分析百香果YUCCA基因编码蛋白质的理化性质和保守结构域,基因的染色体定位、基因结构、系统进化树、顺式作用元件等;利用qRT-PCR探究部分成员在植物生长调节剂IAA处理下的表达情况。【结果】百香果基因组中共鉴定出29个YUCCA家族成员,不均匀分布于8条染色体,基因长度（552～9 210 bp）存在明显差异,含有1～8个内含子,同时具有8个保守基序。通过系统进化树分析,发现百香果YUCCA基因家族可划分为3类,聚在同一分类中的百香果YUCCA基因具有高度的保守性,同时发现百香果的YUCCA基因与苜蓿（Medicago sativa L.）、拟南芥（Arabidop...     

毛竹生长素响应因子基因家族的鉴定及其在竹笋发育中的表达

以已知拟南芥和水稻生长素响应因子(ARF)蛋白质序列对毛竹基因组数据库进行比对分析显示,毛竹基因组编码39个ARF转录因子;通过生物信息学软件对毛竹ARF基因家族进行分析显示,毛竹ARF基因家族具有进化上的保守性;采用RT-PCR技术研究毛竹竹笋形成过程中ARF基因家族的动态变化,结果显示,在竹笋形成过程中ARF18和11-2基因分别在笋芽萌动和笋体形成过程中发挥调控作用,而ARF6-2基因参与竹笋发育的各个阶段.     

烟草(云烟87)NBS-LRR类同源抗病基因克隆及分析

[目的]克隆并分析烟草NBS-LRR类抗病基因的同源序列(RGAs),为采用同源克隆技术挖掘烟草抗病基因提供理论参考.[方法]从基于NBS-LRR类抗病基因保守序列设计的简并引物中筛选扩增效果较好的引物用于扩增烟草RGAs,采用DNAMAN 6.0翻译成氨基酸序列,并与已知的其他植物抗病基因进行聚类分析.[结果]克隆获得6条与参比抗病基因具有高度同源性的烟草RGAs,大小在500 bp左右,但仅有4条RGAs具有连续的开放阅读框(ORF)及编码NBS功能结构域的核苷酸序列,命名为TRGA-87-1~TRGA-87-4.这4个烟草RGAs编码的氨基酸序列均含有NBS类抗病蛋白的多个典型保守基序,与已知的多种植物抗病基因编码的氨基酸序列均具有较高的相似性,其中,与烟草相关抗病基因编码的氨基酸序列相似性最高,为97.00%~100.00%,与其他植物的抗病基因编码氨基酸序列相似性为29.00%~53.00%,这些序列可分为3个亚类,其中TRGA-87-2与烟草N和亚麻L6聚为一类(TRGAⅠ),属于TIR-NBS-LRR类;TRGA-87-3和TRGA-87-4与水稻Xa-1和番茄Mi聚为一类(TRGAⅡ),属于non-TIR-NBS-LRR类,TRGA-87-1与拟南芥RPM1聚成一类(TRGAⅢ),属于non-TIR-NBS-LRR类.[结论]同源扩增技术可用于烟草中抗病基因的克隆、功能分析及定位等研究.     

小麦TaPAT1-2D基因的克隆与表达分析

GRAS(GIBBERELLIN-INSENSITIVE, repressor of ga1-3 and SCARECROW)基因家族作为重要的植物转录因子在调控植物生长发育、抵抗逆境胁迫的各种信号转导途径中发挥重要作用。为进一步挖掘该家族小麦抗赤霉病相关基因,从禾谷镰刀菌诱导的小麦转录组测序数据筛选出差异表达基因TaPAT1-2D(TraesCS2D02G198200.1),克隆该基因的全长序列,并对其进行生物信息学和表达模式分析,以及亚细胞定位和酵母转录激活活性研究。生物信息学分析结果表明：TaPAT1-2D序列全长1 668 bp,编码555个氨基酸,分子量约为61.34 ku; TaPAT1-2D蛋白含有典型GRAS功能结构域,在进化关系上与水稻OsCIGR2(LOC＿Os07g39470.1)关系较近;TaPAT1-2D启动子区包含茉莉酸甲酯、脱落酸、生长素等植物激素响应元件与光应答元件等。实时荧光定量PCR结果显示,接种禾谷镰刀菌孢子液72 h后,TaPAT1-2D基因在4个不同赤霉病抗性小麦品种中的相对表达水平明显上调,表明该基因参与赤霉病的响应过程。农杆菌介导的烟草中瞬...     

长春花黄素单加氧酶基因的克隆与组织表达分析

利用RACE方法克隆到长春花中编码黄素单加氧酶的基因(YUCCA),YUCCA(YUC)是植物生长素吲哚乙酸(IAA)合成通路上的关键酶。长春花YUC(CrYUC,GeneBank登陆号KF827426)cDNA序列全长1 863bp,包括编码405个氨基酸的1 218bp开放阅读框、5’非编码区、3’非编码区和poly A尾巴;其相应的DNA中有3个内含子。生物信息学分析结果显示:预测CrYUC的分子量为45.3kDa,等电点为9.01;有16个磷酸化活性位点;与其他物种的YUC有较高相似度。初步表达分析发现:YUC在长春花的叶片、花、根及茎中均有表达,且茎及叶片中表达量高于花及根中表达量。     

α-淀粉酶基因的进化分析

了解植物α-淀粉酶基因的起源,对于理解其在植物中的功能具有重要意义.基于GenBank数据库中植物淀粉酶的核苷酸序列及氨基酸序列,采用生物信息学方法如序列比对和进化树构建对其进行分析,结果发现用2种方法构建的系统发生树较为相似,推测它们之间的进化关系较为一致.同时序列比对结果显示,有2个高度保守的序列区,是α-淀粉酶基因所特有.本研究推测植物α-淀粉酶基因家族起源于一个共同的祖先基因,后又分化为Amy、AmyB家族.     

烟草和拟南芥表皮毛中特异表达iaaM后的遗传效应

利用色氨酸单加氧酶基因iaaM与拟南芥表皮毛特异表达GL2基因启动子重组后,构建了在植物表皮毛细胞中特异表达iaaM基因的重组基因载体;采用根癌农杆菌叶盘转化法将重组基因转化到烟草WS38(对照)中,筛选和鉴定出了6株转化烟草植株;将该重组基因以根癌农杆菌花序浸渍法转至拟南芥(Colombia ecotype,对照),筛选出9株拟南芥转化植株,并对稳定转化的转基因植株表皮毛进行观察。结果表明:转基因烟草表皮毛较对照植株显著增长,其长度最长为对照的2.2倍,但转基因拟南芥表皮毛长度与对照间无显著差异。对烟草幼叶进行生长素浓度检测,转iaaM基因烟草吲哚乙酸含量显著提高,说明iaaM在烟草表皮毛细胞中表达,使其合成和积累更多的生长素;转基因拟南芥和烟草表皮毛密度均较对照显著增加,证明植物表皮毛发育模式中GL2表达的特异性受细胞内生长素的影响。     

怀地黄液泡质子泵焦磷酸水解酶基因的克隆与生物信息学分析

为了克隆地黄功能基因,根据NCBI GenBank核酸数据库中5种已知植物生长素诱导的器官膨大基因(ARGOS)碱基序列的保守区,利用CLUSTAL 2.1和DNAMAN 4.0软件设计简并引物,采用RT-PCR技术扩增出一个cDNA片段,测序表明,获得基因cDNA片段序列长度为495bp。经过NCBI数据库BLAST分析,发现它与莲花、蓖麻、烟草、苜蓿、葡萄、碧桃、灰绿藜7种植物的液泡膜质子泵焦磷酸水解酶基因同源性很高,在83%～86%,因此获得的基因是地黄液泡膜质子泵焦磷酸水解酶基因。     

烟草早花相关基因的生物学信息学分析

普通烟草早花相关基因在生物胁迫和非生物胁迫过程中调控烟草开花发挥着重要作用,目前关于烟草早花相关基因和蛋白质的研究尚少。本研究利用生物信息学的方法,对普通烟草与番茄、辣椒、拟南芥和水稻等植物中早花相关ELF基因进行多序列比对、系统进化树构建、蛋白二级和三级结构以及组织表达特征分析。结果表明,9条烟草早花相关的ELF蛋白质均无跨膜结构和信号肽序列,为亲水性蛋白,且属于膜外蛋白,无跨膜结构域和信号肽序列,为非分泌性蛋白；普通烟草ELF蛋白二级结构中α- 螺旋的比例为61.82%,结构域主要由β- 转角连接2个α- 螺旋组成。烟草ELF基因在进化过程中保守性相对较强,结构变化不大,与辣椒植物同源关系较近。NtELF42、NtELF43、NtELF44和 NtELF46具有的磷酸化位点较多,推测在开花过程中可能具有信号转导的作用,调控花芽组织分化等功能。烟草ELF基因具有组织表达特异性,暗示了这些蛋白参与了不同的组织的生长发育阶段。     

普通烟草CDPK基因家族的克隆及表达分析

 【目的】从烟草中分离更多CDPK基因,分析该基因家族的序列特征、进化关系和表达谱,为全面揭示其功能奠定基础。【方法】采用RT-PCR、RACE和生物信息学的方法,分离普通烟草CDPK基因;采用MEGA4.0软件构建系统进化树;利用RT-PCR研究普通烟草全长基因的表达谱。【结果】分离到普通烟草CDPK基因8个,其中3个可以找到完整的开放读码框;系统进化树分析显示,烟草属11个全长CDPK基因位于4个亚家族,预测的2对普通烟草和拟南芥的直系同源基因在功能上可能非常保守;3个普通烟草全长基因虽然在所有的组织中都能检测到,但是它们的表达谱在不同的组织间存在明显差异。【结论】分离到8个未报道的普通烟草CDPK基因,结合已有的报道,目前在普通烟草中获得了15个CDPK基因,为在基因组范围内研究普通烟草CDPK基因家族的功能奠定了基础。     

苎麻生长素结合蛋白BnABP1与GFP融合在烟草中的表达

运用已克隆的苎麻生长素结合蛋白BnABP1基因cDNA及植物表达载体pCAMBIA1300 GFP,构建了35S启动子控制的苎麻BnABP1基因编码区段与绿色荧光蛋白(GFP)基因融合表达重组体(pCAMBIA1300 GFP BnABP1)。通过根癌农杆菌介导法将其转化烟草WS38,经抗性筛选和PCR检测获得了转基因烟草。对转基因烟草细胞进行荧光显微镜观察,发现在细胞质膜和内膜系统上都有较强烈的荧光信号,进一步证明苎麻生长素结合蛋白ABP1已结合在细胞的膜系统上。     

烟草LEA3基因的克隆及序列分析

为从烟草中克隆到与植物抗逆相关的胚胎晚期丰富蛋白(LEA)基因,以番茄LEA3基因为探针,通过电子克隆的方法从烟草栽培品种K326中克隆到2个第3组LEA基因(NtLEA3-1和NtLEA3-2),并对其进行了序列分析.结果表明:2个LEA3基因的cDNA序列均包含完整的开放读码框,分别编码167和166个氨基酸,具有8个LEA3基元序列.亲水性分析表明NtLEA3-1和NtLEA3-2蛋白富含亲水氨基酸,是一种高度亲水性的蛋白,其蛋白二级结构中均以α-螺旋构象为主.NtLEA3-1和NtLEA3-2的氨基酸序列与番茄的一致性最高为79％,与其他已经发现的LEA3蛋白的一致性在42％～62％之间,表明NtLEA3-1和NtLEA3-2是2个新的烟草LEA3基因.     

烟草糖苷水解酶GH3基因家族鉴定与表达分析

糖苷水解酶GH3基因家族在植物的糖代谢和生长发育中起着重要作用,而烟草GH3基因家族目前尚未见相关鉴定和分析研究报道。本研究采用生物信息学方法在烟草基因组中鉴定GH3家族基因,并对其在不同组织中及逆境条件下的表达模式进行了分析。结果表明,在普通烟草K326的基因组中共鉴定出35个GH3基因,其中23个被定位在14条染色体上,存在6对共线性基因;GH3家族蛋白均为热稳定性蛋白,其基因上游启动子区均包含多个激素和胁迫响应元件。转录组数据表明,GH3家族基因大多数在烟苗茎尖高表达,少部分在根和茎中高表达,表达量受光照时间影响;烟苗受到干旱胁迫后GH3家族成员都有不同程度的响应。挑选4个NtGH3基因进行qRT-PCR分析,结果表明, NtGH3-5、NtGH3-19、NtGH3-22、NtGH3-26可能参与响应低温以及ABA处理。这可为深入了解烟草GH3基因家族及其功能提供依据。