西瓜FBA基因的鉴定及其对不同逆境的响应模式分析

果糖1,6-二磷酸醛缩酶(FBA)是植物体内的一种参与糖酵解、糖异生和卡尔文循环的关键酶。FBA基因已被证实在植物生长发育及多种生物和非生物胁迫响应过程中发挥重要的作用,但目前对西瓜中FBA基因的研究却几乎空白。本研究采用生物信息学手段在西瓜基因组中共鉴定到5个Cl FBA基因,并对它们的保守结构域、基因结构、染色体位置、进化关系、亚细胞定位、基因复制事件、启动子顺式作用元件等进行预测和分析。根据进化和亚细胞定位分析,西瓜FBA蛋白主要分为两类,分别主要定位在叶绿体和细胞质中。此外,我们还利用荧光定量PCR对Cl FBA基因的时空表达模式进行分析,发现大部分西瓜Cl FBA基因在茎和果实中优势表达。同时对西瓜Cl FBA基因在不同生物和非生物逆境处理后的响应模式进行分析,鉴定到一批不同胁迫响应的Cl FBA基因,为西瓜的抗病和抗逆育种提供了重要的分子基础。     

甘草生长素反应因子(ARF)基因家族的鉴定及表达分析

本研究旨在鉴定甘草ARF基因家族并分析其在非生物胁迫下的表达模式。以乌拉尔甘草(Glycyrrhiza uralensis Fisch.)为研究对象,利用生物信息学方法对ARF基因家族进行鉴定,并对其蛋白质理化性质、保守结构域、基因结构、进化关系、顺式作用元件和表达模式分析。鉴定得到10个甘草ARF基因。其蛋白氨基酸序列长度在301~945 aa之间,分子量约为33.07~104.37kDa,等电点为5.93~8.50。亚细胞定位分析显示甘草ARF蛋白均位于细胞核。保守结构域分析显示GuARF蛋白大多包含B3、Auxin_resp和Aux/IAA结构域。基因结构发现外显子数量从6个到22个不等。在甘草ARF基因启动子区还存在5类不同的顺式调控元件。系统进化分析表明甘草ARF蛋白分为3类。转录组数据分析显示,10个GuARF基因在非生物胁迫下具有一定表达特异性。上述结果显示甘草ARF基因家族可能参与多种生物过程,这为进一步研究植物对非生物胁迫的生理和分子反应提供了有价值的信息。     

石榴CBF基因家族的鉴定及响应冷胁迫的表达模式

冷胁迫是限制石榴生产的主要非生物胁迫之一。C-repeat binding factors (CBFs)是一种可被快速诱导的关键信号基因,在植物的低温应答中起着至关重要的作用。然而,CBF家族在石榴中尚未阐明,该家族在低温诱导条件下的表达模式尚不清楚。本研究在石榴基因组中鉴定了7个Pg CBF家族基因,并分析了它们的蛋白保守结构域、蛋白理化性质、基因结构、系统进化、启动子顺式作用元件以及低温诱导条件下的表达模式。结果表明,7个Pg CBF蛋白均具有AP2/ERF结构域;7个PgCBF基因分布在1号(5个)和4号(2个)染色体;系统进化分析发现,7个Pg CBF蛋白分为3个亚类;启动子顺式作用元件分析发现,石榴CBF可能参与激素响应、非生物胁迫响应过程。冷胁迫处理下,除PgCBF4外,其余6个PgCBF基因均被显著诱导,表明PgCBF基因参与响应冷胁迫生物学过程,本研究为后续深入开展石榴抗性分子设计育种研究提供一定理论基础。     

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。     

水稻CNGCs家族的鉴定及非生物胁迫诱导表达模式分析

为了解水稻CNGCs家族成员的基因结构、进化特征、亚细胞定位、启动子顺式作用元件和生物学功能,本研究利用生物信息学的手段对水稻CNGCs家族进行鉴定,运用RT-qPCR的方法分析OsCNGCs在非生物胁迫下的诱导表达模式。结果表明,水稻共有16个CNGCs,分布在1、2、3、4、5、6、9和12号染色体上。进化树分析显示OsCNGCs可分为4个大组(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ),而Ⅳ组可以细分为Ⅳ-A和Ⅳ-B 2个亚组。OsCNGCs启动子区域存在多种顺式调控元件,包括各种类型的光响应元件、厌氧诱导响应元件、逆境相关转录因子结合元件、防御和逆境响应元件、低温响应元件以及各种植物激素响应元件等,暗示OsCNGCs在响应多种激素和非生物胁迫中可能存在重要调控作用。多种非生物胁迫诱导表达分析表明,大多数OsCNGCs基因表现出明显的差异表达。本研究为解析CNGCs家族基因在水稻应对非生物胁迫中的功能提供了参考。     

甘蓝型油菜BnCNGC基因家族鉴定及其在核盘菌侵染和PEG处理下的表达特性分析

CNGC是植物中普遍存在的环核苷酸门控通道,对植物的逆境响应有重要作用。系统分析甘蓝型油菜BnCNGC基因家族成员全基因组分布、结构、进化及其响应不同逆境胁迫的表达特性,对于阐明其生物学功能具有重要意义。本研究利用拟南芥和甘蓝CNGC蛋白保守结构域及特异基序氨基酸序列在全基因组水平鉴定了甘蓝型油菜BnCNGC家族成员,分析其基因结构、染色体定位、蛋白理化性质、蛋白保守结构域、系统进化及启动子顺式作用元件等。利用转录组数据,筛选甘蓝型油菜逆境响应候选BnCNGC成员,并采用实时荧光定量PCR分析其在核盘菌、PEG模拟干旱胁迫下的表达模式。结果显示,共鉴定到49个甘蓝型油菜BnCNGC成员,分布于除A08、C06的17对染色体上,含有5～10个内含子,其上游1500 bp包含大量逆境胁迫响应元件。BnCNGC家族成员编码的蛋白质含413～801个氨基酸,相对分子量(MW)范围47.62～110.58kD,等电点(pI)范围6.10～9.88。系统进化分析表明,BnCNGC分为Group Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ四类。转录组数据分析表明, BnCNGC9、BnCNGC27和BnCNGC48均参与逆境胁...     

辣椒14-3-3蛋白基因家族全基因组鉴定与表达特征分析

14-3-3蛋白(GRF)基因家族通过与靶蛋白相互作用,广泛参与植物激素信号转导和生理代谢过程,在植株生长发育和逆境响应中发挥重要作用。本研究以辣椒(Capsicum annuum)为材料,利用生物信息学研究方法,鉴定得到15个辣椒14-3-3基因家族成员,命名为CaGRF1～CaGRF15。系统分析了CaGRF基因家族成员的结构、进化关系、启动子顺式作用元件、组织及冷胁迫表达,并对CaGRF蛋白互作网络进行预测。结果表明,根据进化关系CaGRF家族成员被分为ε类和非ε类,ε类CaGRF含有更多外显子和内含子;启动子序列分析发现CaGRF启动子中有多个响应激素、胁迫、光的顺式作用元件;表达分析表明CaGRF各成员在辣椒各组织和冷胁迫响应中特异性表达;蛋白互作网络预测发现CaGRF可能与氮代谢、质子转运、转录调控相关蛋白互作。本研究为深入研究辣椒14-3-3家族成员功能及调控途径提供了参考。     

大麦HvCPP转录因子家族的全基因组鉴定与分析

CPP (Cystiene-rich polycomb-like protein)转录因子是植物中一类较小的基因家族,在植物生长发育、激素信号转导和逆境胁迫响应中发挥调控作用。本研究通过对大麦基因组的系统分析,鉴定出7个HvCPP转录因子成员,且蛋白序列均包含2个典型的CXC结构域。系统进化分析表明大麦HvCPP分为2个大类和4个亚类,与水稻OsCPP进化关系较近。HvCPP转录因子家族成员亚细胞定位均在细胞核中。HvCPP基因启动子区域存在大量的生长发育相关元件、不同激素信号响应元件和逆境胁迫响应元件。转录组数据表明,HvCPP转录因子家族成员在大麦不同发育阶段的不同组织器官中存在特异性表达,不同成员在大麦相同组织器官中的表达水平差异显著。本研究表明大麦HvCPP转录因子家族可能在大麦生长发育、激素信号传导及逆境胁迫响应中发挥重要功能。     

西瓜BADH基因序列分析及其乙烯和茉莉酸甲酯诱导表达特性

甜菜碱作为植物体内一种重要的渗透调节物,对调节逆境下植物细胞的渗透压起着十分重要的作用,而甜菜碱醛脱氢酶(BADH)在植物甜菜碱合成过程中起了关键的催化作用。本研究中,通过分析西瓜BADH基因的结构和功能,结果表明:ClBADH基因启动子区结构中含有15个外显子和14个内含子,其含有包括乙烯响应元件在内的20多种顺式响应元件;ClBADH基因编码的蛋白含有503个氨基酸,该蛋白分子量约为54.5 kD;蛋白亚细胞定位预测显示其可能定位在细胞质中,具有氧化还原酶活性。通过对系统进化树的分析发现西瓜在同源关系上与同科的黄瓜和甜瓜更近,而与藜科的甜菜的同源关系相对较远。此外,以茉莉酸甲酯和乙烯两种物质模拟逆境信号处理西瓜细胞,发现两种信号物质诱导后,西瓜ClBADH基因的表达量均有上调的趋势,但其上调的速度和幅度却存在明显的差异。本研究为通过逆境信号诱导提高西瓜抗逆性提供参考,也为利用基因工程技术提高西瓜抗逆性提供支持。     

陆地棉Dof基因家族的全基因组鉴定及分析

【目的】单锌指DNA结合蛋白(DNA binding with one finger, Dof)是1类植物特有的转录因子,在植物生长发育与非生物胁迫响应中发挥非常重要的作用。本研究旨在对陆地棉Dof转录因子家族进行全基因组分析,为深入研究Dof基因参与植物生长发育的调控机制提供参考。【方法】基于最新发布的陆地棉基因组数据,利用生物信息学手段对陆地棉Dof基因家族进行全基因组鉴定,并系统分析Dof基因家族成员的理化性质、序列特征、基因复制、系统进化和表达谱。【结果】陆地棉中一共鉴定出118个Dof基因。经聚类分析将其分成9个亚家族,同一亚家族的陆地棉Dof基因有相似的内含子/外显子和基序分布模式。基因复制分析表明,全基因组复制可能导致陆地棉Dof基因的扩增。陆地棉Dof基因启动子区域存在不同植物激素和逆境胁迫响应元件。转录组分析表明,陆地棉Dof基因在不同的组织、发育时期和逆境胁迫下聚为3个表达模式不同的类群,暗示了其功能多样性。【结论】陆地棉Dof基因家族的全基因组鉴定和分析,有助于了解其进化和功能,为后续研究提供重要参考。     

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...     

陆地棉干扰素相关发育调节因子的生物信息学分析

干扰素相关发育调节因子(interferon-related developmental regulator factor, IFRD)主要参与植物耐盐机制和-ABA-信号传导途径。为深入了解陆地棉IFRD基因家族功能,本研究通过对锦葵科植物陆地棉IFRD基因家族成员进行了染色体定位、亚细胞定位、构建进化树、基因结构可视化、motif序列检测、构建蛋白互作网络及表达模式等生物信息学分析,鉴定得到了15个陆地棉IFRD基因家族成员,分布在陆地棉的九条染色体上,根据系统发育树分析将其分为两个亚家族,亚家族Ⅰ成员与锦葵科植物同源性较高、亚家族Ⅱ成员与锦葵科和蔷薇科同源性较高;GhIFRD亚家族Ⅱ成员在陆地棉各组织中表达量比亚家族Ⅰ成员较高,推测其参与陆地棉生长发育的调控;GhIFRD亚家族Ⅰ、亚家族Ⅱ都有部分成员响应逆境胁迫。通过陆地棉蛋白互作发现陆地棉IFRD可能参与mRNA的剪切、核糖体的加工以及核糖体上蛋白起始翻译、DNA损伤修复过程。启动子分析显示：亚家族Ⅰ成员GhIFRD13具有较多的激素类调节元件与逆境响应元件,推测其在陆地棉逆境胁迫响应中起重要作用。研究表明陆地棉IFRD基因家...     

转录因子和启动子互作分析技术及其在植物应答逆境胁迫中的研究进展

转录因子是一类调节基因表达的重要调控蛋白,转录因子和与其结合的启动子中的相关顺式作用元件,在基因表达方面起着分子开关的作用,因此探究转录因子与启动子的相互作用尤为重要。为了研究在植物遭受逆境胁迫时,转录因子对下游靶基因的调控机制,本文综述了参与逆境胁迫的主要转录因子家族、转录因子的转录激活活性鉴定、转录因子和启动子互作分析技术及其在植物应答逆境胁迫中的应用,为全面、深入研究植物应答逆境胁迫时的基因表达调控机制提供参考。     

白菜生长素受体基因家族鉴定及表达分析

生长素在植物生长发育过程中具有多方面的调控作用,生长素受体是生长素信号分子通路的关键组分之一,但目前对大白菜中生长素受体基因相关研究未见报道。本研究在白菜基因组中共鉴定到10个TIR1/AFB (Transport inhibitor response 1/auxin signaling F-box protein)生长素受体基因家族成员,在系统进化树上可聚类为6个分支,并依据其与拟南芥TIR1/AFB家族基因的系统发育进化关系命名为BrTIR1/AFBs。基因染色体定位分析结果表明,这10个BrTIR1/AFB基因分于白菜基因组10条染色体中的7条;外显子-内含子结构分析表明,除BrTIR1C以外,其余基因结构均相似;蛋白结构域分析结果表明,全部BrTIR1/AFB蛋白均含有AMN1结构域,而仅BrTIR1、BrAFB1、BrAFB2和BrAFB3蛋白含有F-box结构域;启动子顺式作用元件分析结果表明,BrTIR1/AFBs启动子含有与生长素、脱落酸、水杨酸以及响应逆境胁迫相关的多个顺式作用元件。通过RT-qPCR分析发现BrTIR1/AFB家族基因组织表达水平存在差异,BrAFB1A、BrAFB1B、BrAFB3A、BrAFB4受盐胁迫诱导表达,BrTIR1A、BrTIR1C和BrAFB3B受根肿菌侵染诱导表达。研究结果可为进一步研究白菜生长素受体基因功能及白菜响应生物及非生物逆境胁迫提供依据。     

谷子MAPK家族成员的鉴定及其对生物胁迫的响应分析

MAPK在植物的生长发育调节、生物和非生物胁迫反应、激素信号转导中具有重要作用。系统分析谷子SiMPKs基因家族成员全基因组分布、结构、进化及其响应不同胁迫的表达特性,对于阐明其生物学功能具有重要意义。本研究利用谷子和水稻MAPK蛋白保守结构域及特异TXY基序的氨基酸序列在全基因组水平鉴定了谷子SiMPKs家族成员,分析其蛋白质理化性质、系统进化、染色体定位、基因结构、蛋白质保守基序、启动子顺式作用元件及共线性等。利用荧光定量PCR技术,分析了谷子SiMPKs在不同组织部位和谷锈菌、玉米螟病虫害生物胁迫以及不同激素处理下的表达模式。结果显示,共鉴定到15个谷子SiMPK成员,其编码的蛋白质含有220～611个氨基酸,相对分子量范围25.77～69.63 kD,等电点范围5.46～9.34。系统进化分析表明, SiMPK基因分为4组, A、B、C组包含TEY基序,D组包含TDY基序。SiMPK基因分布在1号、3号、4号、5号、8号和9号染色体上,含有3～11个外显子,所有SiMPK蛋白均含有motif1与motif2。上游2000bp启动子区域预测到多个与胁迫、激素和植物生长发育等相关的...     

茄科植物Ca~(2+)-ATPase基因家族鉴定及分析

Ca~(2+)是响应发育和环境信号的重要信使,Ca~(2+)-ATPase对植物生长发育和抗逆功能具有重要的作用。本研究以茄科植物栽培番茄、潘那利番茄、马铃薯、烟草和辣椒的Ca~(2+)-ATPase为研究对象,鉴定了五个茄科植物共87个Ca~(2+)-ATPase基因家族成员,基因家族成员在茄科植物进化的过程中数量发生明显变化,但成员数与基因组大小和进化没有线性变化关系,同一物种的基因家族成员分布在多条染色体上。该基因家族中有许多成员具有与生长发育相关和抗逆功能相关的顺式作用元件,与抗逆功能相关的顺式作用元件主要存在于ACA亚家族。在番茄中,SLyACA1在冷胁迫和盐胁迫的逆境条件下均表达效果强烈、上调变化明显,SLyACA5和SLyACA6也在两种逆境条件下都产生表达变化,说明这三个基因特别是SLyACA1基因和冷胁迫和盐胁迫相关。本研究为阐明Ca~(2+)-ATPase基因家族在茄科物种中的进化及其功能提供了理论依据。     

水稻OsTPP3基因的克隆及生物信息学分析

海藻糖-6-磷酸磷酸酶(TPP)是海藻糖合成的关键酶,通过合成具有渗透能力的海藻糖增加植物在逆境中的存活能力。本研究通过克隆得到水稻OsTPP3基因并构建原核表达载体进行体外表达,对基因启动子顺式作用元件组成、表达模式和模拟蛋白三维结构等生物信息学分析,揭示OsTPP3基因在水稻抵抗逆境胁迫中的作用。结果显示,OsTPP3基因编码366个氨基酸,预测分子量39.99 kD,成功构建原核表达载体并体外表达。OsTPP3蛋白具有三个保守的基序构成酶活性位点,蛋白两个结构域之间是底物结合位点。OsTPP3基因的基因芯片结果显示在正常生长条件下各器官均检测到表达信号,是组成型表达基因。但在花和种子各器官中表达量明显较高;7 d幼苗经干旱和盐胁迫处理后,OsTPP3基因在根和芽中表现出表达量明显增加的特点。OsTPP3基因启动子组成元件预测基因表达模式与基因芯片表达情况一致。通过对OsTPP3基因表达模式的研究,发现其在生长发育和渗透性胁迫中发挥重要功能,可作为转基因遗传育种的备选基因。     

玉米转录因子NF-YB基因家族的生物信息学分析

为揭示玉米NF-YB基因家族的功能,本研究利用生物信息学手段,鉴定了玉米NF-YB基因家族,并系统的分析了该基因家族各蛋白的理化性质、基因的染色体定位、保守结构域、基因结构、系统进化、磷酸化位点、启动子和基因组织表达。结果表明:玉米基因组中含有21个NF-YB基因,所编码的蛋白质均位于细胞核,且不含有跨膜结构。这些基因不均匀地分布于玉米的9条染色体上,均含有高度保守的结构域CBFD_NFYB_HMF,系统进化分析将其分为3类。磷酸化位点分析表明,玉米NF-YB家族存在着大量的磷酸化位点。启动子分析表明,基因家族启动子区域均含有大量的逆境胁迫应答顺式作用元件。组织表达分析发现,至少有18个基因可以进行表达,其中有5个基因表现出组织特异性,不同基因在不同组织、不同时期的表达具有时序性。玉米NF-YB基因家族核心结构域的保守性、基因功能的分化、启动子序列中的大量逆境相关元件、基因表达的差异性,可能都是玉米更好调控自身生长发育和适应逆境的结果。研究结果为进一步解析玉米NF-YB基因家族的功能提供参考。     

小桐子SnRK2基因家族的全基因组鉴定及特征分析

蔗糖非发酵-1型相关蛋白激酶2(sucrose non-fermenting-1 related protein kinase 2,Sn RK2)属植物特有的一类Ser/Thr类蛋白激酶,参与植物体内多种信号转导途径及逆境胁迫的应答。基于小桐子基因组数据,利用生物信息学的方法鉴定到7个小桐子Sn RK2基因家族成员,并对其从系统进化、理化性质、基因结构及顺式作用元件等进行了分析。结果表明,小桐子Sn RK2基因在进化上较为保守,并聚类为3个亚家族。基因结构包含9~10个外显子,编码的蛋白序列都鉴定到典型的激酶结构域以及C末端酸性补丁区域。同时,在Sn RK2基因上游调控区域都鉴定到多个激素与逆境应答元件。表达分析显示,Sn RK2.1、Sn RK2.2在低温处理下上调表达显著,经过干旱处理,7个小桐子Sn RK2基因在叶中都上调表达,而Sn RK2.1、Sn RK2.2、Sn RK2.5上调表达量达到极显著水平(p0.01)。本研究为进一步的克隆小桐子Sn RK2基因以及研究其在信号转导与激素、逆境应答中的功能提供了参考。