番茄(Solanum lycopersicum)SlGLR基因家族的生物信息学分析

本研究通过对番茄高质量全基因组序列同源搜索分析,找到番茄中共有13个SlGLRs家族成员。并利用生物信息学方法详细分析了该家族所有成员的基因结构、蛋白结构域、进化关系。结果显示:番茄SlGLR家族的13个成员均含有5～7个外显子,各个成员都包含IPR001828、IPR001320和IPR001638这三个结构域,整个家族可分为三个亚家族,且Sl GLRⅡ亚家族各成员,除了SlGLR2.6以外均成簇分布在6号染色体上。不同激素处理下的表达分析显示该家族不同成员对不同激素处理的响应不同;组织表达分析表明SlGLR3.2在番茄的果实中特异高表达,暗示其在果实发育中可能起着重要作用。为了进一步分析其功能,我们对SlGLR3.2的理化性质、亲水性/疏水性、跨膜区、亚细胞定位、蛋白二级结构进行了详细分析。结果表明SlGLR3.2为亲水性膜蛋白,含有三个跨膜区,二级结构主要由α-螺旋、延伸链、β-转角、无规则卷曲组成。本研究将为进一步研究番茄SlGLRs基因家族的功能提供参考依据。     

陆地棉抗坏血酸过氧化物酶基因家族全基因组生物信息学分析

【目的】抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbate peroxidase,APX)是过氧化物酶家族中的1类成员,可以清除活性氧。APX家族的生物信息学分析有助于更好地了解该家族基因。【方法】利用生物信息学方法,从中国农业科学院棉花研究所提供的陆地棉序列中鉴定出14条APX基因家族序列,并对这14个成员的染色体定位、亚细胞定位、进化关系、理化性质、信号肽、保守基序以及其编码蛋白的结构特征进行了预测分析,并初步分析了部分基因的表达。【结果】APX基因分布广泛,分散在不同的染色体上;且大部分APX蛋白定位在细胞质,是亲水性脂溶蛋白;有3个保守基序,保守性较强;基因起源和进化比较复杂;二级结构的主要元件为α-螺旋和无规则卷曲。根据表达分析推测,第1亚组和第2亚组的基因在棉纤维发育的不同时期起作用。【结论】这些结果有望为APX家族成员的结构与功能挖掘提供参考。     

马铃薯扩展蛋白基因家族的鉴定与表达分析

为了分析马铃薯扩展蛋白基因家族的进化与功能,鉴定了马铃薯的扩展蛋白基因家族,分析了其基因结构特征、系统发育及表达模式等。结果表明,马铃薯基因组包含33个扩展蛋白基因,包括A(21)、B(5)、LA(1)和LB(6)4个亚家族,分布在马铃薯11条染色体上。扩展蛋白氨基酸长度为194~488 aa,编码蛋白质具有保守的结构域,蛋白质亚细胞定位预测结果表明所有蛋白均定位于细胞外。基因结构分析表明,马铃薯扩展蛋白家族有23个基因(69.7%)含有2~3个内含子。基因表达分析发现,该家族基因在马铃薯根、茎、匍匐茎、果实及块茎发育过程中表达丰度较高,并且其表达受到高温、盐、激素及病害等逆境的调控。     

甘蔗新基因ShHXT4克隆亚细胞定位及表达特征

以甘蔗品种新台糖22号为材料,利用同源克隆技术从甘蔗中分离出ShHXT4基因,以GADPH基因为内参,并采用实时定量RT-PCR分析该基因在甘蔗组织中的表达,同时构建亚细胞定位载体,通过农杆菌侵染洋葱表皮的方法对ShHXT4编码的蛋白进行亚细胞定位。研究分析发现该基因CDS序列长度为1 632 bp,编码540个氨基酸,蛋白的等电点(p I)为9.16,理论分子量为56.64 k D,命名为ShHXT4,基因编码多肽链中包含信号肽和12次跨膜结构域,且亚细胞定位于质膜,编码一种转运蛋白。洋葱表皮瞬时表达该基因GFP融合载体表明,ShHXT4定位于细胞膜,组织表达分析显示ShHXT4基因在根、茎和叶中均有表达,叶片中的表达量较高,暗示ShHXT4基因可能在甘蔗叶片糖分转运过程中扮演重要角色,研究结果为进一步研究ShHXT4基因的功能及应用提供帮助。     

水稻LRR-RLK基因LP7的克隆及表达分析

LRR-RLK是类受体蛋白激酶RLK家族中最大的亚家族,在调控植物非生物胁迫等方面具有重要作用。为解析水稻LRR-RLK成员LP7(LOC_Os05g24010)在耐低磷胁迫中的作用,从水稻品种日本晴中克隆了LP7全长序列,分析其编码蛋白的氨基酸序列,研究其组织表达模式、亚细胞定位及低磷胁迫下的表达变化。结果表明,LP7基因全长2 832 bp,编码943个氨基酸,LP7蛋白具有典型的LRR-RLK成员特征,LP7蛋白与玉米中的同源蛋白NP_001131018同源性比较高,同源性高达77%。组织表达模式分析表明,LP7基因在根、茎、叶等组织中均表达,在叶中表达量最高。亚细胞定位结果表明,LP7蛋白定位于细胞膜上。实时荧光定量PCR分析表明,LP7基因受低磷胁迫诱导表达,其表达量较正常培养条件下增加15倍。初步推测该基因可能在水稻响应低磷胁迫中具有重要作用。     

白芨蔗糖转运蛋白基因BsSUT2的克隆和表达分析

蔗糖转运蛋白(SUTs)在介导蔗糖由源到库器官的长距离运输、植物生长发育以及抵抗逆境胁迫中发挥重要作用,研究白芨蔗糖转运蛋白BsSUT2的序列信息与表达模式,为揭示其蛋白结构及基因功能提供依据。基于白芨转录组数据,采用RT-PCR技术获得白芨Bs SUT2基因CDS全长,通过生物信息学软件分析Bs SUT2编码蛋白的分子特征,并对BsSUT2进行氨基酸序列比对与系统进化树分析;采用实时荧光定量PCR技术检测BsSUT2基因的组织表达模式。结果表明,克隆获得的BsSUT2基因CDS全长为1 584 bp,编码527个氨基酸。BsSUT2蛋白包含12个跨膜结构域,亚细胞定位预测表明BsSUT2蛋白定位于质膜,与铁皮石斛和小兰屿蝴蝶兰SUT2基因编码蛋白序列一致性高,隶属于SUT4亚族。Bs SUT2基因的表达具有组织特异性,其转录本在白芨幼苗的假鳞茎中表达量最高。推测BsSUT2基因在白芨生长发育和蔗糖的分配中发挥重要作用。本研究对白芨BsSUT2基因的序列特征与组织表达模式进行分析,为阐明Bs SUT2基因在蔗糖运输与分配、生长发育和逆境胁迫中的功能提供实验数据支持。     

甘蔗割手密种NAC转录因子ATAF亚家族鉴定及栽培品种ScNAC2基因的功能分析

NAC (NAM, ATAF和CUC)是陆生植物特有的转录因子家族,包含18个亚家族,其中ATAF亚家族成员广泛参与生物和非生物胁迫应答过程。本研究基于甘蔗割手密种基因组数据和栽培品种ROC22的cDNA文库,首先,通过比较基因组学方法,对ATAF亚家族成员进行鉴定、蛋白多序列比对、系统进化分析及启动子区域顺式作用元件预测;其次,从甘蔗栽培品种克隆获得割手密种ATAF亚家族成员SsNAC2的同源基因ScNAC2,在生物信息学分析基础上,采用qRT-PCR技术分析该基因的组织特异性表达模式,及其在不同外源胁迫下的表达特性;最后,对ScNAC2基因的编码蛋白进行亚细胞定位和转录激活活性试验。结果表明,一共鉴定到6个ATAF亚家族成员,开放读阅读框在889～1017bp之间,相对分子量介于32.067～35.819kD之间,理论等电点分布在5.09～8.92之间,所有成员的编码蛋白被预测均定位于细胞核上。这些基因的Ka/Ks比值均小于1,表明纯化选择在进化过程中起重要作用。蛋白的氨基酸序列比对显示,ATAF亚家族成员都含NAM保守结构域(由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ亚结构域组成)。系统进化分析揭示,...     

黄瓜扩展蛋白基因家族的鉴定与生物信息学分析

扩展蛋白(expansins)是植物细胞壁的重要组成部分,能够引起细胞壁组分间松驰和细胞壁柔韧性增加,在植物的许多生长发育过程中发挥作用。为了揭示黄瓜扩展蛋白基因家族的功能,本研究利用全基因组测序数据鉴定黄瓜扩展蛋白基因家族,分析其结构特征及系统发育关系。黄瓜基因组测序数据分析显示,黄瓜扩展蛋白基因家族包含35个成员,包括A(21)、B(3)、LA(9)和LB(2)4个亚家族,分布在黄瓜7条染色体上。扩展蛋白氨基酸长度范围为206-295,编码蛋白质具有保守的结构域,蛋白质亚细胞定位预测结果表明所有蛋白均定位于细胞外。基因结构分析表明,黄瓜扩展蛋白四个亚家族的平均内含子数目分别为A类1.8个,B类2.7个,LA类3.8个和LB类3.5个。基因表达分析发现,该家族基因在黄瓜雌雄花蕾及果实发育过程中表达丰度较高。本研究分析了黄瓜扩展蛋白基因家族的基本信息,可为深入研究其扩展蛋白基因的分子进化与生物学功能奠定基础。     

辣椒CaBRI1基因克隆与功能分析

为了解辣椒CaBRI1基因结构特征及功能,本研究以辣椒自交系6421为实验材料,克隆CaBRI1基因,对其进行生物信息学分析、亚细胞定位、表达模式分析,并采用病毒沉默(VIGS)初步验证该基因在辣椒中的功能。结果表明,CaBRI1编码区序列长3 642 bp,编码1 213个氨基酸;CaBRI1蛋白包含6个亮氨酸重复与1个磷酸激酶结构域,具有2个跨膜区域,N端跨膜螺旋可能为信号肽。洋葱表皮细胞GFP瞬时表达结果显示CaBRI1定位于细胞膜。RT-qPCR分析表明,6421同一发育时期不同组织中CaBRI1表达量存在显著差异,且都为茎尖中表达量最高。VIGS沉默6421中CaBRI1后,沉默植株发育迟缓、株高变矮,CaBRI1表达量显著下降。本研究结果可为进一步阐明CaBRI1在辣椒中的生物学功能提供参考。     

生物信息学鉴定分析茄子脂肪酸去饱和酶(FAD)基因家族

脂肪酸去饱和酶(FAD)广泛分布于生物体内,其主要功能是在脂肪酸的生物合成过程中,从碳链中去除氢,从而产生碳碳双键。利用拟南芥FAD家族基因和茄子基因组数据,对茄子基因中可能含有的FAD基因进行鉴定和生物信息学分析。共鉴定出茄子FAD基因家族成员38个,其中FAB亚家族成员5个。对家族成员进行蛋白理化性质分析、系统进化分析和保守结构域分析,发现各亚家族成员间具有较为相似的保守基因序列和蛋白特性;基因结构分析表明,FAD家族成员间存在着不同的基因结构,但聚为一类的亚家族基因具有进化的保守性;染色体定位显示茄子FAD家族成员主要分布在5号染色体、6号染色体和4号染色体上。亚细胞定位预测茄子FAD家族成员主要分布在内质网、叶绿体和质膜上,FAB亚家族则全部定位在叶绿体上。     

彩色棉多药和有毒化合物输出蛋白MATE家族基因的鉴定及表达分析

植物多药和有毒化合物输出家族(multidrug and toxic compound extrusion, MATE)是一类可转运阳离子染料、氨基葡糖、多种抗生素与药物等次生代谢产物的转运蛋白家族。本研究利用生物信息学手段从陆地棉基因组数据库中鉴定了MATE家族基因, 并从基因的系统进化关系、染色体分布、基因结构和表达模式等方面对该基因家族特征进行了比较分析。共鉴定出91个陆地棉MATE基因, 命名为GhMATE1~GhMATE91。陆地棉MATE蛋白与拟南芥MATE蛋白均可分为A、B、C、D、E、F和G 7个亚家族, 其中84个GhMATE蛋白具有12个典型的跨膜结构域。染色体定位显示, GhMATE家族成员定位在不同的25条染色体上, 共形成5个基因簇。qRT-PCR分析发现, GhMATE家族基因在棉花各组织中均有表达, 但表达模式各不相同, 其中GhMATE13和GhMATE23在棕色棉纤维中的表达量明显高于在白色棉中, 表明它们可能与棕色棉纤维的颜色形成相关。本研究为进一步解析棉花MATE家族基因的功能和作用机制积累了有价值的资料。     

大豆GmGLRs基因全基因组鉴定与表达分析

为明确大豆GmGLRs基因家族的结构特征以及不同组织的表达模式,利用生物信息学的方法,从全基因组水平鉴定了大豆GmGLRs基因家族,并对其染色体定位、系统进化关系、基因结构、跨膜结构域及组织表达模式进行分析。结果表明,在大豆基因组(Wm82.a2.v1)全基因组信息中共鉴定出17个GmGLRs基因。基因定位显示,这些基因不均匀的分布在10条染色体上,有5条染色体各分布1个GmGLRs基因,有3条染色体各分布2个GmGLRs基因,有2条染色体各分布3个GmGLRs基因。系统进化树分析将这些基因分为2个亚族,有2个GmGLRs基因在一个亚族,其他15个GmGLRs基因在另一个亚族,这些基因在系统进化关系上成对出现,表现出很高的同源性。基因结构分析表明,这些基因基本上都具有6个外显子,只有1个基因有7个外显子。此外,大豆GmGLRs基因的CDS序列长度差异不大,最长的CDS长度是2 844 bp,最短的CDS长度是2 409 bp,平均长度为2 748 bp。跨膜结构域预测结果表明,10个GmGLRs蛋白有3个跨膜结构域,4个GmGLRs蛋白有4个跨膜结构域,2个GmGLRs蛋白有5个跨膜结构域,1个GmGLR蛋白有2个跨膜结构域。组织表达模式研究显示,这些基因没有表现出组织特异性的差异,但是在表达丰度上存在显著差异,高、中、低丰度表达基因数分别为8,5,4个。结果为大豆GmGLRs基因的克隆和功能研究提供了理论基础。     

大豆GmNramp3a基因克隆及表达分析

本研究利用RT-PCR技术从大豆中克隆了一个Nramp基因家族成员GmNramp3a,并对其基因序列和蛋白结构、亚细胞定位以及表达模式进行了详细分析。生物信息学分析结果表明,GmNramp3a基因开放阅读框(open reading frame, ORF)长度为1 557 bp,由4个外显子组成;Gm Nramp3a蛋白包含11个跨膜结构域(trans-membrane domain, TMD);进化树分析的结果显示Gm Nramp3a蛋白和模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)的AtNramp2的同源性较高。通过拟南芥原生质体瞬时表达亚细胞定位分析表明,Gm Nramp3a蛋白主要定位于液泡膜。采用实时荧光定量PCR对GmNramp3a在大豆不同组织部位的表达量进行分析,结果表明GmNramp3a在茎、根、花和叶几个部位都能表达,尤其在茎和花中的表达量较高。本研究结果可为将来深入分析Gm Nramp3a的生物学功能提供理论基础。     

甘薯蔗糖转运蛋白基因IbSUT3的克隆及功能分析

蔗糖作为光合产物的主要运输形式,其跨膜运输主要由蔗糖转运蛋白介导。本研究采用RACE技术,仍甘薯[Ipomoeabatatas (L.)Lam.]中兊隆得到甘薯蔗糖转运蛋白基因IbSUT3(GenBank登录号为MN233361)。IbSUT3基因全长1607 bp,开放阅读框为1518 bp,编码505个氨基酸。IbSUT3蛋白预测分子量为53.82 kD,等电点(pI)为9.19,含有12个跨膜结构域。序列比对表明, IbSUT3属于Group Ⅰ亚族,与其他物种的SUTs蛋白高度相似,但与Group Ⅳ亚族的蔗糖转运蛋白在进化上具有明显差别。利用酵母表达体系SUSY7/ura3证明IbSUT3编码有功能的蔗糖转运蛋白。亚细胞定位収现, IbSUT3蛋白定位在烟草原生质体膜上。实时荧光定量PCR结果表明, IbSUT3基因在甘薯不同组织中均有表达,但在叶片中表达最高;非生物胁迫(低温、高盐、干旱)和外源脱落酸均可诱导IbSUT3基因在叶片中的表达,表明该基因响应多种非生物胁迫,参与植物对脱落酸的响应。     

枣LAC基因家族的鉴定与表达分析

对枣LAC基因家族成员进行鉴定,并进行生物信息学和表达模式分析,为进一步研究枣LAC基因家族成员的功能提供参考依据。从枣(Ziziphus jujuba Mill.)基因组中鉴定得到36个ZjLAC基因,编码439～621个氨基酸,分子量大小在49.09～69.86 kD之间,等电点为4.97～9.77,大多数为亲水性蛋白。亚细胞定位预测发现,47.22%的ZjLAC蛋白位于细胞外。ZjLAC基因家族成员不均匀地分布在枣的9条染色体上,其中定位到Chr.11上的成员最多有8个。系统发育分析将ZjLAC基因家族成员分成6组(Ⅰ～Ⅵ)。对枣LAC基因表达模式分析结果表明,8个成员在"壶瓶枣"果实发育过程中表达量较高,结合系统发育分析,推测这些基因可能在枣逆境胁迫和类黄酮代谢过程中发挥着重要作用。本研究为ZjLAC家族基因的功能研究奠定了理论基础。     

黄瓜GRAS家族全基因组鉴定与表达分析

GRAS转录因子参与调节植物生长发育和胁迫响应等多种生物学过程。黄瓜(Cucumis sativus L.)是重要的蔬菜经济作物,关于GRAS基因家族的研究在黄瓜中鲜有报道。为了解析GRAS基因的功能,本研究利用生物信息学技术鉴定了黄瓜GRAS基因家族成员,并分析了其家族成员的理化性质、基因和编码蛋白质的结构、基因间的进化关系和表达模式。结果表明:黄瓜GRAS家族包含37个成员,多数CsGRAS编码蛋白为中性或偏酸性蛋白,由单外显子基因编码;系统发育分析将黄瓜GRAS成员分为16个亚家族,每个亚家族具有不同的保守结构域和功能;37个GRAS基因不均匀地分布在黄瓜7条染色体上,含有1对串联重复基因和3对片段重复基因;基因表达模式分析显示,CsGRAS基因具有组织表达特异性,揭示了其在黄瓜不同组织器官发育中的潜在功能。本研究结果为探明黄瓜中GRAS基因的功能提供了数据支持。     

菜用大豆质膜水通道蛋白的干旱表达谱及亚细胞定位分析

PIPs(plasmamembrane intrinsic proteins)是质膜内在蛋白,属于水通道蛋白的一个亚类,因其广泛参与植物逆境胁迫应答过程而备受关注。本研究对大豆GmPIPs基因进行了全基因组分析,主要包括成员鉴定、蛋白特性、保守结构域、进化关系、顺式作用元件、组织表达特性、干旱表达谱以及亚细胞定位分析。结果表明:从全基因组水平共鉴定到22个GmPIPs。多序列比对显示所有GmPIPs基因编码的氨基酸均含有高度保守的特征结构域:6个跨膜螺旋(TM-TM6)和2个氨基酸元件NPA盒(Asp-Pro-Ala box)。进化分析显示大豆GmPIPs主要划分为2个亚家族。顺式作用元件分析显示多数GmPIPs基因上游启动子区含有逆境和激素应答元件。组织表达分析显示多数GmPIPs基因在各个组织中广泛表达。QRT-PCR分析发现在根中高表达的8个GmPIPs候选基因均受干旱胁迫的诱导表达。其中,GmPIP2;6干旱应答最为明显。进一步的亚细胞定位显示GmPIP2;6蛋白定位在细胞膜上。以上研究结果为后续GmPIPs基因抗旱功能的研究及生产利用提供了理论依据。     

棉花AGO蛋白家族基因鉴定及表达分析

AGO蛋白在所有由小RNA介导的RNA沉默通路中发挥重要作用。在植物中,它广泛参与维持基因组的稳定、调控组织的发育、对逆境的应答以及对入侵的转基因和植物病毒的免疫。对AGO基因家族成员的研究有利于研究其功能。为揭示棉花中AGO家族的功能,本研究利用全基因组信息在陆地棉基因组中鉴定了27个AGO蛋白,并对这些家族成员的特性进行了进化分析,这些AGO蛋白被分为3类,蛋白长度介于731~1462 aa之间,第一、三亚家族蛋白编码区较多,第二亚家族蛋白编码区较少。27个基因分布在16条染色体上。8个基因在所有组织中的表达量较高,棉花AGO基因与拟南芥AGO基因在组织中的表达模式极为相似。本研究为进一步研究棉花中AGO蛋白的功能提供了指导意义。     

水稻DUF966基因家族的生物信息学分析

DUF966基因家族是一类未知功能的基因家族,它们在水稻生长发育和逆境胁迫应答反应中可能起重要作用,为了研究这些基因的生物学功能,初步揭示它们对水稻生长发育和抗逆性的调控作用,本研究通过生物信息学方法,分析了水稻DUF966家族基因特征、系统进化、芯片表达谱、跨膜结构域、信号肽以及亚细胞定位。结果表明,水稻DUF966基因家族包含7个成员,几乎都具有转录活性,它们编码的蛋白质只包含1~2个保守的未知功能结构域(DUF966结构域);进化分析表明,该家族可分为4个亚群,其中Os DSR2、Os DSR4、Os DSR5和Os DSR6同属一个亚群,可能具有相似的生物学功能;芯片表达谱分析表明,该家族基因主要在幼苗、花序和茎中呈中、低度表达,Os DSR3和Os DSR7基因受盐和低温胁迫的诱导表达,其它基因受不同非生物胁迫的抑制表达,该家族多数基因还能被白叶枯病菌侵染诱导表达;蛋白预测表明,该家族蛋白不含跨膜结构域和信号肽序列,能够被定位在细胞质中。本研究为系统开展水稻DUF966基因家族的生物学功能研究提供了依据。     

陆地棉KFB基因家族全基因组鉴定与表达分析

【目的】KFB(Kelch containing F-box protein)是普遍存在于各种生物体中含有F-box结构域的一类家族蛋白,参与众多生物过程。本研究旨在开展陆地棉KFB家族基因鉴定和表达分析。【方法】利用生物信息学方法从陆地棉(TM-1)基因组中鉴定KFB家族成员,与已知的拟南芥、水稻、大豆等KFB蛋白序列构建系统进化树;进一步针对第Ⅱ亚族进行基因结构、染色体定位和表达分析。【结果】从陆地棉基因组共鉴定出150个KFB家族成员,进化分析表明这些基因可分为7个亚族。陆地棉KFB第Ⅱ亚族24个基因分布在14条染色体上,有9对直系同源基因;该亚族基因结构简单,半数基因只有1个外显子;qRT-PCR结果表明,该亚族基因具有较为广泛的组织表达模式,但在不同组织的表达存在差异。【结论】这些结果显示陆地棉KFB第Ⅱ亚族基因在进化过程中出现了功能分化。