玉米KNOX基因家族鉴定及表达分析

KNOX基因家族存在于大部分植物体中,是同源异型盒基因家族的一类,其编码的转录因子参与调控植物的模式形成、形态建成等生理活动。用含有KNOX结构域的隐马尔可夫模型文件(PF03790, PF03791)作为探针结合Hmmsearch软件,对玉米(Zea mays L.)基因组中KNOX家族成员进行了鉴定,并对其理化性质、亚细胞定位、系统进化树、基因在染色体定位、顺式作用元件和组织特异性表达模式进行了分析。通过hmmer搜索鉴定出16个玉米KNOX基因,其蛋白的氨基酸数在154～484之间,分子量在16.3～52.9 kD之间,等电点在4.33～7.74之间,其成员基因主要位于细胞核。根据玉米和拟南芥KNOX基因进化树分析,可将其分为2个进化分支。染色体定位结果表明,玉米KNOX基因家族的16个家族成员分布于9条不同染色体。1号染色体(Chr.01)分布6个成员,其中2个成员基因为串联重复基因。除ZmKNOX8和ZmKNOX9外,所有成员启动子区域都存在多个响应激素、光和逆境信号的cis-element。此外,ZmKNOX14和ZmKNOX15在嫩叶中表达量最高,可能与玉米叶细胞中次生细...     

玉米ZmCIPK42克隆及逆境胁迫后表达特异性分析

根据MaizeDGB数据库提供的CIPK序列（GRMZM2G011919）,克隆得到一个全长为1908bp的ZmCIPK42基因,其开放阅读框（ORF）为1323bp,编码一个440氨基酸残基的多肽。ZmCIPK42具有CIPK基因家族典型的激酶结构域和NAF调控结构域,其氨基酸序列与玉米CIPK15（NP₀01108478）、水稻CIP-K14（Q2QYM3.1）、小麦CIPK14（AFR90220.1）和大麦CIPK14（AEZ51505）等高等植物的CIPK氨基酸序列的同源性分别为74%、73%、73%和70%。与拟南芥CIPK家族系统进化分析表明ZmCIPK42与拟南芥CIPK2和CIPK10同源关系较近。荧光定量PCR分析发现ZmCIPK42基因在盐胁迫和热处理后表达量显著升高,脱水处理后表达水平也有所提高,ABA和冷处理后表达量变化不明显。     

水稻NRL基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

NRL (NPH3/RPT2-Like)基因家族是植物中特异存在的基因家族,根据拟南芥NRL基因家族中参与植物向光性响应的NPH3 (NONPHOTOTROPIC HYPOCOTYL 3)和RPT2 (ROOT PHOTOTROPISM 2)命名.本研究利用生物信息学方法鉴定到27个水稻NRL基因,分布在除10号染色体...     

玉米bZIP基因应答逆境胁迫的表达模式分析

为了探讨玉米bZIP基因家族成员在玉米抗逆中的作用,以玉米骨干自交系郑58为试验材料,设置200 mmol/L的NaCl溶液、20％PEG6000(Polyethylene Glycol 6000)、4℃低温和硝态氮或铵态氮缺乏胁迫试验,利用qPCR技术,对9个ZmbZIP基因应答各类逆境胁迫的响应表达模式进行了分析....     

玉米HD-ZIP I亚家族基因鉴定及表达分析

转录因子是植物响应逆境胁迫的重要调节因子,在其整个生长发育过程中发挥着重要的作用。HD-ZIP家族蛋白是植物中特有的一大类转录因子,包含4个亚家族(HD-ZIP I～IV),其中HD-ZIP I亚家族成员主要参与干旱、渗透压等极端环境和ABA及乙烯等激素处理的响应过程。本文采用隐马可夫模型(HMM)在玉米参考基因组中鉴定到17个HD-ZIP I亚家族成员,这些基因不均匀分布于玉米6条染色体上,与水稻的亲缘关系要近于拟南芥。玉米HDZIP I亚家族基因在玉米7种组织中表现出多种表达模式,具有明显的组织表达特异性。另外, HD-ZIP I亚家族基因对高盐、淹水及冷害等不同的逆境胁迫处理呈现出不同的响应模式及响应程度差异。5种不同激素处理后,玉米HD-ZIP I亚家族基因也表现出复杂的响应模式。这些结果为进一步解析玉米HD-ZIP I亚家族基因的生物学功能和作用机理提供了一定的参考价值。     

甘薯全基因组SBP-box基因家族鉴定及表达分析

SBP (SQUAMOSA promoter binding proteins)家族是植物特有的一类转录因子家族,广泛存在于绿色植物中,调控植物生长发育、信号转导及响应非生物胁迫等多种生理过程。已有多种植物SBP-box基因相继被报道。为探究SBP-box基因在甘薯中的分布情况及对甘薯生长发育的影响,本研究从甘薯全基因组鉴定出30个SBP-box基因,依次命名为IbSPL1～IbSPL30,并分析了其基因结构、蛋白质结构和理化性质、系统进化关系、串联重复、启动子顺式作用元件分布和组织特异表达情况等。结果表明大部分甘薯SBP-box蛋白理化性质、结构有一定分化,甘薯SBP-box蛋白与拟南芥同源进化关系较近,不同亚家族间具有不同数量和类型的motif分布;甘薯SBP-box基因在染色体上分布较为均匀,除3条染色体外,其余12条染色体均有1～4个SBP-box基因分布,共线性分析发现甘薯SBP-box基因可能来源于多次片段重复事件;通过启动子区域顺式作用元件分析和不同组织、不同处理下的差异表达分析,发现16个基因与甘薯地上部分的生长发育相关,7个基因与干旱胁迫响应相关。本研究从各个角度分析...     

梨PbrCCD基因家族鉴定与表达分析

为了对梨PbrCCD基因家族的功能进行深入研究,本研究利用生物信息学方法对梨PbrCCD基因家族进行鉴定,并对其家族成员的理化性质,基因结构,保守基序,表达模式等进行分析。结果表明：在梨中共鉴定到22个PbrCCD基因家族成员,均包含CCD基因的RPE65保守结构域,编码氨基酸在183～617,分子量大小在20.49～69.10 kD,不稳定系数为25.54～46.58,等电点为5.00～8.01,脂肪族氨基酸指数为67.16～87.31,亲水性为-0.445～-0.193,表明PbrCCD基因家族成员均为亲水性蛋白。亚细胞定位预测结果表明PbrCCD家族成员均定位在细胞质和线粒体上。二级结构分析表明,β-折叠的比例最低、无规则的比例最高。系统进化树分析将PbrCCD基因家族分成6组亚家族(CCD1, CCD4, CCD7, CCD8, CCD-like和NCED)。同一亚家族的成员基因结构较为相似,并预测了motif 7和motif 10两个保守基序元件。通过对砀山酥梨果实不同发育期的表达分析发现PbrCCD1a和PbrNCED5与果实的生长发育存在重要的关系。本研究初步分析梨Pbr...     

胡椒CPK基因家族鉴定与表达分析

钙依赖蛋白激酶(CPK)可作为Ca²⁺的感受器和效应器,在结合Ca²⁺后通过解除自抑制而激活自身激酶活性,并通过磷酸化靶蛋白实现信号转导。为了筛选鉴定胡椒CPK基因家族,探讨其基因进化及表达模式,本研究依据已公布胡椒基因组信息,利用生物信息学方法对胡椒CPK基因家族进行鉴定,共鉴定获得30个CPK基因,命名为PnCPK1～PnCPK30,并对该家族基因进行染色体定位、系统进化、基因结构、保守基序、基因复制事件和表达分析。结果显示,大多数PnCPK基因含有6～8个内含子,30个PnCPK基因不均等地分布在18条染色体上,共有21对复制基因对,串联重复仅2对,Ka/Ks结果说明,胡椒CPK基因家族在进化选择中主要受纯化选择影响;为进一步分析胡椒和其他植物的同源进化关系,构建了胡椒与拟南芥、水稻的CPK进化树,胡椒CPK家族可分为4个亚族,GroupⅡ和GroupⅢ较保守;基于转录组数据结果显示,PnCPK家族各成员表达差异较明显,多数PnCPK成员在各组织中表达量差异不大,荧光定量PCR结果推测PnCPK4、PnCPK10和PnCPK16可能参与...     

高粱淀粉合成酶基因家族鉴定与表达分析

对高粱淀粉合成酶基因家族的理化性质、系统进化树、基因结构、蛋白结构和顺式作用元件进行研究,通过转录组数据对该家族基因进行表达模式分析,运用生物信息学的方法在高粱全基因组中鉴定出11个淀粉合成酶基因,包括颗粒结合型淀粉合成酶和可溶性淀粉合成酶两类。结果表明,SbGBSSⅠ在胚乳中高表达;SbSSⅠ、SbGBSSⅡ和SbSSⅢb在开花14 d的根、茎、叶和幼苗中高表达,其中在叶片中的表达量最高;SbSSⅠ、SbGBSSⅡ、SbSSⅢb在花序展开的三个时期中高表达。     

马铃薯NCED基因家族全基因组鉴定与表达分析

脱落酸(ABA)在植物响应生物胁迫和非生物胁迫过程中具有重要调节作用。9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)是ABA合成限速酶,位于ABA生物合成通路上游。为明确马铃薯NCED基因家族成员以及NCED基因表达特性,本研究在全基因组水平鉴定马铃薯NCED基因家族成员,并通过染色体定位、理化性质表征、系统发育树构建、基因结构分析以及启动子顺式作用元件鉴定对该基因家族成员进行系统研究。基于马铃薯参考基因组,共鉴定到10个马铃薯NCED基因,染色体定位分析显示这些基因分布在4条染色体上;基因理化性质分析表明,该基因家族蛋白分子量介于50～70 kD之间,等电点介于5.48～8.71之间;启动子序列分析显示该基因家族具有大量与多种植物激素相关的顺式作用元件;最后通过实时荧光定量PCR明确接种茄链格孢(Alternaria solani)后马铃薯NCED基因家族的表达模式。本研究为深入挖掘NCED基因家族在马铃薯与茄链格孢互作中的作用提供了理论基础。     

榴莲PEPC基因家族全基因组鉴定及表达分析

本研究从榴莲全基因组中鉴定榴莲PEPC基因,并分析了它们在‘猫山王’榴莲不同组织(根,茎,叶和果肉)与3个不同品种(‘猫山王’,‘金枕头’和‘普玛尼’)果肉中的表达情况。结果共获得6个榴莲Dz PEPC家族成员,其蛋白理化特征较为相似,且所有榴莲PEPC蛋白亚细胞定位预测均可能存在于细胞质中。染色体定位显示榴莲PEPC位于5条不同的染色体。联合榴莲、水稻、菠萝、拟南芥的PEPC蛋白共同进行系统进化分析,结果显示共可分为2个亚组,Dz PEPC1、Dz PEPC3、Dz PEPC4和Dz PEPC5为PTPC亚族(植物型),Dz PEPC2和Dz PEPC6为BTPC亚族(细菌型),且发现榴莲PTBC和BTPC分离时间早于单子叶植物和双子叶植物的分离时间,两者基因结构和蛋白序列差异大,但仍具有一定的保守性。顺式作用元件分析显示,DzPEPC含有数量较多的光响应元件和激素响应元件。转录组表达分析发现,DzPEPCs在不同榴莲组织中的表达具有偏好性,可能参与榴莲的多个生物学过程(包含光合和非光合过程),并初步推测DzPEPC4与榴莲果肉发育过程相关。本研究可为进一步探究DzPEPC家族在榴莲中的生物学功能提供参考。     

欧李AP2基因家族的鉴定与表达分析

本研究以欧李全基因组和转录组数据为基础,对欧李AP2家族基因进行鉴定。结果表明：AP2家族基因在欧李中有17个成员,都具有两个AP2结构域。氨基酸数在356～854之间,分子量在40 092.00～93 434.48 k D之间,等电点为4.81～9.37之间,无规则地分布在5条染色体上。二级结构多为无规则卷曲。根据亚细胞定位显示：ChAP2-7存在于细胞质中,ChAP2-3、ChAP2-6、ChAP2-11和ChAP2-15存在于细胞核中。聚类分析将其分为三大类：AP2、euANT、basal ANT,其中,ChAP2-14与At5g67180,ChAP2-16与At2g28550,ChAP2-10与At3g54320等亲缘关系最近。综合来看,AP2家族的17个基因在不同的组织和不同的品种间表达差异较大。AP2-4和AP2-6在不同组织均有表达,AP2-2,AP2-3等基因在不同组织均不表达。AP2-4和AP2-6在‘农大4号’果实中表达较高,在‘农大5号’果实中几乎不表达。本研究结果为进一步研究欧李AP2基因家族的生物学功能与利用提供参考。     

水稻DUF760基因家族的全基因组鉴定与表达谱分析

为了探索DUF760基因家族在水稻生长发育中的潜在功能,对水稻DUF760基因家族进行了全基因组鉴定、分类、启动子序列分析和表达谱分析。通过生物信息学技术在水稻和拟南芥中分别鉴定了6,8个DUF760家族成员。系统进化树分析将这些家族成员分成2个亚家族,二者在蛋白保守基序和基因结构上也存在一些特征差别。水稻DUF760家族基因启动子区域存在多个响应逆境胁迫和植物激素的顺式作用元件,ABRE(脱落酸响应)元件存在于家族所有成员的启动子序列中,OsDUF760-1启动子区域拥有9个脱落酸(ABA)相关的响应元件。在ABA处理水稻后,OsDUF760-1的转录表达水平显著下调,而OsDUF760-3显著上调,二者在干旱胁迫处理水稻后的表达变化模式与ABA处理水稻后的表达变化模式一致,说明这2个基因可能通过ABA信号途径参与水稻干旱胁迫响应,并且扮演不同的角色。除对ABA和干旱胁迫处理具有较强响应外,水稻DUF760家族成员还对JA(茉莉素)、低温及稻瘟菌处理具有较强的响应表达变化。     

蓖麻CNGC基因家族鉴定与冷胁迫下的表达模式分析

环核苷酸门控通道蛋白(cyclic nucleotide-gated channel proteins,CNGCs)是介导低价阳离子转运的重要蛋白,在植物信号传递、生长发育与非生物胁迫响应等方面发挥重要作用.本研究利用序列比对法在蓖麻基因组水平进行CNGC家族成员鉴定;利用生物信息学手段对蓖麻CNGC家族成员的基因结构、保守基序、特征结构域、聚类方式、顺式作用元件及染色体定位信息进行分析.研究成功鉴定到17个蓖麻CNGC基因家族成员,定位于16个未完整拼接的染色体片段上;除RcCNGC13外,其他蛋白序列均包含高度保守的环核苷酸结合结构域CNBD,但RcCNGC4RcCNGC6RcCNGC13RcCNGC14均存在明显的基序缺失;部分RcCNGCs启动子区均含有MYB、MYC与ABRE、ARE元件,推测其响应逆境胁迫.聚类分析将蓖麻CNGC成员分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组,推测不同类型CNGC蛋白存在功能差异.转录组数据分析发现仅有RcCNGC14受冷胁迫显著上调表达,暗示该基因参与调控蓖麻的冷适应性.本研究首次在蓖麻全基因组水平对CNGC基因家族进行鉴定,并分析其冷胁迫下的表达模式,为进一步创制蓖麻抗冷新种质提供重要的候选基因.     

蓖麻RcHSF基因家族鉴定与冷胁迫下的表达模式分析

为明确蓖麻HSF基因家族的结构特征与冷胁迫下的表达模式,利用序列比对法实现蓖麻HSF基因家族成员的全基因组鉴定,通过生物信息学手段对基因家族成员的序列结构、理化性质、染色体定位、启动子顺式作用元件、蛋白保守结构域、系统进化关系以及聚类方式进行分析,并结合RNA-Seq与qRT-PCR对RcHSFs的表达水平进行验证。结果表明,蓖麻基因组中含有19个RcHSF基因家族成员;基因分析发现RcHSFs分别含有1～3个外显子,定位在17个染色体片段上且呈不均匀分布,其中大多数RcHSFs均含有AAGAA-motif、MYB与MYC元件,暗示其响应植物激素与逆境胁迫;蛋白分析表明,RcHSFs按照基序类型与排布方式被聚为A、B、C 3类,推测不同类型HSF的蛋白功能存在差异,尽管所有成员均存在不同程度的motif缺失,但结构域高度保守;RNA-Seq分析发现仅RcHSF4与RcHSF10受冷胁迫诱导表达,与qRT-PCR验证结果一致。结果为RcHSFs基因的克隆与功能研究提供重要的理论基础,为蓖麻抗冷新种质资源的建立提供候选基因。     

陆地棉REM基因家族全基因组鉴定及表达分析

[目的]REM(Reproductive meristem)基因家族编码一类转录因子在植物生长发育过程中发挥重要作用,但在棉花中未见报道.[方法]基于陆地棉基因组数据和公共数据库中的转录组数据,运用生物信息学方法对陆地棉REM基因家族成员进行系统鉴定,并对该基因家族的理化性质、基因结构、组织表达特异性以及胁迫条件下的表...     

玉米生长素响应因子家族基因的表达模式分析

生长素响应因子(auxin response factor,ARF)是一类重要的转录因子,通过特异性地结合生长素响应元件调节下游靶基因的转录,参与诸多植物生长发育过程的调控。玉米中有许多ARF家族基因,但其表达模式有待深入研究。本研究分析了玉米ARF家族基因在不同组织器官中的表达,发现除ARF10、ARF16和ARF34组成型表达外,其余32个ARF基因的表达水平在生殖器官中要明显高于营养器官。对ARF基因启动子区的顺式作用元件分析显示,28个ARF基因的启动子区含有逆境胁迫相关顺式元件,实时定量PCR分析结果显示,多个ARF基因分别响应冷、热、盐和渗透胁迫。研究结果不仅暗示了ARF家族基因在玉米生殖生长和非生物逆境胁迫响应中的重要性,也为全面解析ARF基因在玉米中的生物学功能提供有用信息。     

玉米干旱诱导表达基因ZmCKS2的克隆与表达分析

在本实验室前期研究的干旱胁迫相关的抑制差减文库(SSH)中,发现一个玉米干旱胁迫诱导表达的EST序列,与拟南芥AtCKS2和AtCKS1基因有较高的同源性。应用生物信息学手段和同源克隆的方法,分离得到该基因,命名为ZmCKS2。序列分析表明该基因开放阅读框区267bp,编码88个氨基酸。ZmCKS2蛋白含有真核生物中高度保守的CKS(cyclin-dependent kinase regulatory subunit)结构域。应用在线分析软件预测该基因上游2kb序列表明,该序列具有启动子的核心序列和增强子序列,同时还具有与干旱等多种逆境胁迫相关的调控序列。应用实时荧光定量PCR分析表明该基因在幼穗中表达量最高,且受干旱和MeJA诱导上调表达,受低温和外源ABA诱导下调表达。     

大豆逆境诱导基因GmPRP的克隆与表达

通过对大豆吉林32未成熟胚表达谱的分析,利用RT-PCR技术从大豆中克隆了一个新的脯氨酸富集蛋白基因,命名为GmPRP。GmPRP的开放阅读框长396 bp, 其分子量13.79 kD,具有131个氨基酸残基,等电点8.96,其DNA序列无内含子。GmPRP蛋白序列N端含有一段信号肽,中间为脯氨酸富集区,C端为半胱氨酸富集区。该蛋白与四季豆和木豆的PRP同源性最高, 具有较近的亲缘关系。GmPRP的683 bp启动子序列含有10种与逆境相关的顺式作用元件,分别为ABRE-like、G-box、W-box、GT-1、MYB、MYC、BIHD10s、DPBF、SEBF和WRKY。实时荧光定量PCR分析表明, 该基因表达量在大豆的根和叶中最高,在茎和胚中其次,在花中最低,且受干旱、高盐、低温、机械伤害及SA(水杨酸)、ETH(乙烯)、ABA(脱落酸)、MeJA (茉莉酸甲酯)的诱导上调表达。     

杜仲U-box基因家族鉴定及分析

植物U-box蛋白是编码含有U-box结构域的基因家族,其编码蛋白大多是泛素系统中特异性识别底物的泛素连接酶E 3,在植物的生长发育、生物及非生物胁迫中起着广泛的调控作用.目前对杜仲的U-box基因了解较少,本研究通过生物信息学和荧光定量PCR技术,对杜仲U-box基因进行鉴定和表达分析.结果表明,杜仲基因组中含有40...