山药AQP基因家族鉴定及基因表达分析

植物水通道蛋白(aquaporin, AQP)是一类高效特异性膜镶嵌蛋白,参与植物水分及小分子物质运输、细胞渗透调节等功能。本研究从山药基因组中鉴定得到14个水通道蛋白基因,利用生物信息学对其蛋白理化性质、系统进化树、蛋白保守基序、基因结构、染色体定位、蛋白三维结构进行了分析。克隆了山药AQP1基因,并分析了该基因在不同器官和干旱、高盐处理下的基因表达量。结果表明山药AQP可以分为PIP、NIP、TIP和SIP 4组,同组成员具有相似的保守基序和基因结构,AQP基因在染色体上分布不均匀,部分序列来源于串联重复片段复制事件。三维结构分析显示山药AQP蛋白具有典型的水通道蛋白水漏模型特点。基因表达分析显示山药AQP1基因可响应干旱和盐胁迫,暗示其具有潜在抗逆功能。本研究为进一步研究山药AQP家族的生物学功能提供科学依据。     

亚洲棉、雷蒙德棉和陆地棉NRAMP基因家族的鉴定和进化分析

自然抗性相关巨噬细胞蛋白(NRAMP)家族是跨膜转运蛋白家族,参与多种金属离子的转运过程。为了更好了解棉花NRAMP基因的成员和特征,二倍体和四倍体棉花之间的进化关系,本研究利用二倍体亚洲棉、雷蒙德棉和陆地棉基因组的氨基酸序列对三个棉种中的NRAMP家族成员进行鉴定,分析了NRAMP家族的种类、理化性质、进化关系、基因结构、蛋白基序、染色体定位、共线性关系和选择压力。结果显示,在二倍体亚洲棉基因组(A)中确定12个成员,在二倍体雷蒙德棉基因组(D)中确定15个成员,在四倍体陆地棉基因组(At, Dt)中确定23个成员。按照进化关系的远近将这50个成员分为3个亚类,进化关系较近的成员之间具有更为相似的理化性质、基因结构和蛋白质基序;通过和其他植物的进化关系分析发现,NRAMP基因在单子叶和双子叶植物分离前已经产生;染色体定位发现NRAMP在染色体上的分布并不规律;共线性分析和选择压力分析表明,片段复制在棉花NRAMP基因的遗传进化过程中发挥主导作用,同源基因对在进化过程中处于纯化选择。     

蓖麻RcPIPs基因家族的鉴定与生物信息学分析

PIP基因家族是AQP基因家族中的一个亚家族,家族基因广泛参与运输水分及其他小分子、响应各种非生物胁迫、参与植物的开花与生长、气孔活动、种子萌发。本研究主要以蓖麻(大戟科)为材料,基于蓖麻基因组数据库,进行蓖麻PIP基因家族筛选及生物信息学分析。结果表明,共筛选出10个PIP基因成员,且不同蛋白质序列和特性都存在较大差异;基因结构分析结果表明,除了RcPIP10具有3个外显子,其余的都具有4个外显子,motif 1、motif 2、motif 5、motif 8是蓖麻PIP基因的特征基序;系统进化树结果表明,RcPIPs基因分成2个亚族且每个亚族均有5个基因,其中有2对基因在进化关系上成对出现,表现出较高的同源性;跨膜结构预测结果表明,蛋白RcPIP1～RcPIP9均有6个跨膜结构域,而RcPIP10仅有4个跨膜结构域,证实蓖麻家族PIPs大部分具有MIP超家族典型的跨膜螺旋特征;基因定位显示,10个基因不均匀的分布到9条染色体上,有8条染色体各分布1个RcPIP基因,仅有1条染色体分布2个RcPIPs基因。本研究结果不仅为大戟科植物和其他植物的PIP基因的功能分析和利用提供了有价值的...     

砂藓RcPIP2基因的克隆及生物信息学分析

水通道蛋白是一类较小的跨膜蛋白质,在植物抵御非生物胁迫过程中具有非常重要的作用。为了研究砂藓水通道蛋白基因的生物学功能,利用干旱处理转录组测序获得的序列信息,克隆获得1个水通道蛋白家族中质膜内在蛋白基因序列,命名为RcPIP2。生物信息学结果显示,RcPIP2基因全长序列为1 267 bp,包含807 bp的开放阅读框,编码含有268个氨基酸残基的蛋白质。该蛋白质分子质量预测为28.3 ku,理论等电点为6.64,为疏水性较强的稳定性蛋白;无信号肽,为非分泌型蛋白;含有6个跨膜结构域。保守结构域分析发现,RcPIP2具有膜内在蛋白(MIP)家族信号序列、高等植物高度保守序列HINPAVTFG和2个天门冬酰胺-脯氨酸-丙氨酸(NPA)基序。二级结构包括α螺旋(37.31%)、β折叠(20.9%)、无规则卷曲(38.43%)。三级结构预测发现,RcPIP2蛋白质的立体结构为典型的四聚体形式,由4个圆筒状亚基和中间的孔道构成。系统进化树分析表明,RcPIP2与小立碗藓中的PIP2蛋白质亲缘关系较近,聚为一类。由此推测,RcPIP2基因为水通道蛋白家族成员。     

桃TCP转录因子家族的鉴定与分析

TCP基因家族是含有bHLH基序的植物特有转录因子,广泛参与植物的多种生物过程。为了解桃(Prunus persica)中TCP家族的成员和特征,本研究基于其全基因组组装及注释数据,首次在桃基因组中对TCP基因进行了系统鉴定,并进行了染色体定位、蛋白特征、基因结构、进化关系、启动子区域顺式元件分析。结果显示:桃基因组中共有20个TCP家族成员,在7条染色体上均有分布,其推导蛋白的长度、分子量和等电点差异较大。大部分TCP基因不含有内含子,基因结构较为简单。桃TCP基因家族含有植物TCP家族的所有类别,每一类别均含有保守的且能明显区别于其他类别的特征。TCP基因家族的启动子区域含大量光应答、激素响应等顺式作用元件,与该基因家族功能的多样性一致。本研究初步探索了桃基因组中TCP基因家族的特征,为后期该基因家族在桃中的功能验证提供了理论支撑。     

藜麦NLP转录因子家族的鉴定及表达分析

NLP转录因子是植物特有的一类转录因子家族,在植物氮素吸收、转运和同化过程中发挥重要作用.为了解NLP基因在藜麦中的全基因组特征和表达模式,利用生物信息学方法在藜麦基因组中鉴定出9个藜麦NLP基因家族成员,并对其理化性质、染色体定位、基因结构、蛋白保守结构域、保守基序、系统进化以及在不同氮素水平处理下的表达模式进行了分...     

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RcCNGC4\RcCNGC6\RcCNGC13\RcCNGC14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.     

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...     

水稻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)在动物中有较深入研究,参与动物细胞发育和分化及多种疾病的发生,但是在植物中研究较少。为了挖掘植物IFRD基因的功能,本研究对禾本科模式作物水稻IFRD基因家族成员进行了系统的生物信息学分析。本研究鉴定得到5个水稻IFRD基因家族成员,分布在4条染色体上,根据进化树把它们分为2个亚家族,不同亚家族成员具有不同的基因组结构、蛋白质保守基序和表达模式。高温、盐胁迫处理后的转录组测序分析结果显示,该基因家族成员(OsIFRD3, OsIFRD4)对逆境的响应变化差异显著;蛋白质相互作用分析结果显示水稻IFRDs可能与mRNA可变剪接因子、甲硫氨酰t RNA合成酶、rRNA加工蛋白相互作用;启动子分析显示水稻IFRD启动子具有非生物胁迫和植物激素响应元件。综上表明水稻IFRD基因家族可能通过调控m RNA可变剪接和蛋白质的合成参与高温、盐胁迫逆境响应途径。本研究为深入解析水稻IFRD基因功能提供了重要信息。     

辣椒Trihelix转录因子家族的生物信息学分析

Trihelix转录因子在调控植物生长发育以及响应逆境胁迫等多方面发挥着重要作用,属于一个小家族。通过系统地阐述辣椒Trihelix转录因子家族成员特征和进化关系,进一步为研究辣椒Trihelix转录因子的生物学功能提供理论基础。本研究在辣椒基因组范围内,通过HMMER 3.0软件鉴定Trihelix基因家族成员,应用CDD验证其蛋白的功能结构域;采用MEGA5.2软件进行系统进化树分析;利用MEME和Map Inspect工具对其蛋白序列进行基序和染色体定位分析。利用功能已知的拟南芥Trihelix蛋白家族为参考序列,系统分析鉴定了28个辣椒Trihelix家族基因,并将其分为GT-1、GT-2、GTγ、SIP1和SH4 5个亚族。基因定位表明,辣椒Trihelix家族成员不均匀的分布在12条染色体上,其中7号和11号染色体上没有辣椒Trihelix成员的分布。保守元件显示辣椒Trihelix基因家族成员部分是高度保守的,各个家族均具有特殊的结构域。辣椒Trihelix基因家族大部分成员结构是保守的,保守基序与聚类分析具有高度的一致性,有可能参与调控辣椒生长发育及逆境胁迫等多种过程。     

一个大豆GmXIP基因的克隆与表达分析

XIP(X Intrinsic Protein)亚家族蛋白作为水通道蛋白AQP(Aquaporin)的一个成员,最近在不同植物的基因组或表达序列标签(EST)文库中被鉴定出来。从前期通过Perl程序下载的大豆全基因组水通道蛋白序列中鉴定了一个大豆GmXIP基因,该基因含有一个长385 bp的内含子,且剪接方式是AG/AG,不同于植物普通的GT/AG剪接模式;与其他植物的XIP蛋白的氨基酸序列比对发现该蛋白也具有6个跨膜区,但MIP(Major Instrinsic Protein)家族蛋白保守的"NPA"基序突变为"NPI"和"SPA",暗示该蛋白负责的物质运输与其他植物XIP功能不同;半定量RT-PCR结果表明,该基因在叶和荚表达较弱外,在茎和叶部位的表达较强,而且随着植株的发育,在茎中的表达渐强,叶中则一直保持较高的表达,这表明该基因在营养物质的运输和供给过程中起着关键作用;同时根部组织在盐胁迫8 h时该基因表达达到了顶点,36 h时恢复到处理前的表达水平;利用发根农杆菌注射获得过表达GmXIP组合植株于干旱和盐胁迫处理后发现,该基因过表达后植株抵抗外界非生物胁迫的耐性大大降低,这暗示该基因的过表达可能增进了植物细胞的失水速度,导致植株死亡。这些研究为明确大豆XIP基因的结构和功能提供了理论支持和技术指导。     

欧李CKX基因家族的鉴定及表达分析

为深入了解细胞分裂素脱氢酶(CKX)基因家族在欧李基因组中的特征,本研究利用生物信息学的方法对CKX基因家族进行鉴定,并对其系统发育、染色体定位、基因结构、蛋白保守基序、顺式作用元件和组织表达模式等进行分析。结果表明：从欧李基因组中共鉴定出6个CKX家族基因,且都具有Cytokin-bind和FAD＿binding＿4结构域,蛋白长度为518～563 aa,分子量为58.08～63.63 kD,等电点为5.38～6.9,其不均匀地分布在欧李的3条染色体上;ChCKX蛋白二级结构均由α-螺旋、β-折叠、延伸链、无规则卷曲四部分组成;亚细胞定位6个ChCKX蛋白中有2个位于细胞质中,4个位于质膜中;ChCKX2基因具有4个外显子,其余成员都具有5个外显子;6个ChCKX蛋白质序列都包含motif 1～motif 10的保守基序且保守基序的数量和排列次序一致;系统进化树上CKX基因家族可分为4组,每组都含有不同数量的基因;启动子顺式作用元件分析表明,本基因家族主要响应光照、低温、干旱、玉米蛋白代谢、激素等多种因子;ChCKX家族中成员在不同品种和不同组织中差异表达,ChCKX2在叶片中的表达...     

水通道蛋白在植物抗逆中的功能及其调控机制

水分对植物的生长和发育至关重要。水通道蛋白(aquaporin,AQP)是一种定位于细胞膜上的蛋白,能够在细胞膜上组成孔道,控制水分子在细胞的进出,从而调控植物体内的水分平衡。目前的研究表明植物水通道蛋白共有七种类型,其中最重要的是内嵌蛋白PIP。植物的水通道蛋白不仅种类多而且亚细胞定位呈现多样化。水通道蛋白的同源蛋白高度保守,常以四聚体的形式存在,具有水分子和其它小分子的转运活性,参与植物的各种生理生化过程,维持着植物根部和叶片中的水力传导率。在逆境条件下,植物的水通道蛋白可以通过响应外界逆境胁迫的信号影响基因的表达,利用信号转导通路改变通道分子的开关、活性、转运和富集,从而增强植物的抗逆性。根据植物水通道蛋白的种类、结构、转录后调控以及在抗逆中发挥的作用,本研究综述了植物水通道蛋白的进化适应的结构特点并阐述了水通道蛋白维持水分平衡作用的分子机制。     

大豆TRK-HKT家族基因结构及逆境胁迫响应机制

植物TRK-HKT家族基因广泛介导植物Na+/K+运输,参与植物耐逆境胁迫调控。本研究以6个大豆钾利用效率差异品种为材料,利用in silico技术克隆到4个大豆TRK-HKT家族成员(Gm HKT1;1、Gm HKT1;2、Gm HKT1;3和Gm HKT1;4),采用q RT-PCR技术解析这些基因在低钾及逆境胁迫下的表达机制。结果表明,Gm HKT1;2在大豆幼苗根中对低钾胁迫的响应明显高于其他3个基因,且钾高效大豆品种这种响应更明显;同时Gm HKT1;2对不同逆境胁迫(低温、干旱、高盐和ABA)也有较强的响应。蛋白结构分析表明,仅Gm HKT1;2具有4个MPM结构域,4个保守的氨基酸残基空间上形成一个"漏斗样"结构,充当K+/Na+转运通道,通过邻近的ATP结合结构域,为K+/Na+转运提供能量。基因结构分析显示,这些基因均含3个外显子和2个内含子,不同基因间的第一个外显子和内含子片段大小差异显著,导致各基因的基因组DNA(g DNA)大小各异。启动子分析揭示,大豆TRK-HKT家族成员包含参与种子功能定位和各种激素及逆境胁迫应激反应的重要顺式作用元件;进化上该家族基因位于第一进化分支,含保守的Ser–Gly–Gly–Gly基序。     

小麦TaPIP1基因克隆及其在花药开裂中潜在功能分析

二系杂交小麦育种是小麦产量提高的重要途径之一。光温敏雄性不育小麦生殖生长过程中花药的发育及开裂情况直接影响杂交小麦的制种效率和产量。植物花药的开裂与脱水活动紧密相关。水通道蛋白(aquaporins,AQPs)是高效转运水分及特异小分子的膜内在蛋白,其中质膜内在蛋白(plasma membrane intrinsic proteins,PIPs)在水分的吸收与外排中发挥着重要作用。为进一步了解水通道蛋白在小麦光温敏核雄性不育系花药开裂中的作用提供理论基础。本研究以不育系BS366花药的cDNA为模板,克隆获得了TaPIP1基因。利用生物信息学软件对TaPIP1进行分析,该基因包含一个879 bp的开放阅读框,编码292个氨基酸。TaPIP1的启动子区存在赤霉素、脱落酸、茉莉酸和光等响应元件。TaPIP1属于MIP超家族,具有典型的NPA保守结构域,亚细胞定位于细胞质膜与核膜上。miRNA互作预测发现TaPIP1受tae-miR1131与tae-miR408的剪切抑制,表明TaPIP1可能和与植物的抗氧化能力相关。通过蛋白互作预测及qPCR实验,表明TaPIP1可与热激蛋白(heat s...     

菜豆TIFY基因的全基因组鉴定与系统进化分析

TIFY蛋白是植物特异性转录因子,在植物生长、发育和基因调控中具有重要作用。尽管部分菜豆TIFY基因被鉴定与研究,但从基因组水平剖析TIFY基因家族的研究未见报道。结合基因组和转录组学数据,本研究系统剖析了菜豆TIFY基因家族的序列、选择、表达及进化特征。结果显示:18个PvTIFY基因散落分布在9条染色体上,共线性鉴定出6对片段重复基因和1对串联重复基因,同时这些基因被分为6大类群;序列分析表明,菜豆TIFY基因有12种基因结构模式,但有5种保守基序组成模式,这说明保守基序模式更保守;选择压力检测显示,同源基因对均受到负选择作用,显示较高的保守性;表达分析揭示了菜豆TIFY家族基因具有多样化的表达模式,其中同源基因对表达模式发生趋异现象。这些结果为深入研究菜豆TIFY蛋白的生理功能提供了参考。     

小麦TaPOD家族的全基因组鉴定及表达分析

过氧化物酶(Peroxidase, POD)家族成员在调节植物生长发育和响应逆境胁迫中起重要作用。为系统探究小麦(TriticumaestivumL.)TaPOD基因家族的功能及其表达模式,本研究利用生物信息学的方法鉴定了小麦TaPOD基因家族成员,对其理化性质、启动子顺式作用元件、进化特征做了预测分析,并通过小麦转录组和实时荧光定量PCR(Real Time Quantitative, RT-qPCR)分析了其在不同组织、外源激素及逆境胁迫下的表达模式。结果表明,目前基因组测序小麦中包含659个TaPOD基因家族成员,蛋白质序列长度在206～518个氨基酸之间;系统发育分析表明,小麦TaPOD家族成员分为I～VII组且每组成员数量不等;序列比对显示小麦TaPOD家族成员具有5个保守基序,且基因结构等方面存在很大差异,预示着功能存在多样性;染色体定位发现其数量在小麦的21条染色体上分布不均匀,其中2B染色体上数量最多;通过种内共线性分析发现,小麦TaPOD基因共有396个重复事件,同源性较高且进化过程非常保守,主要通过片段复制和串联复制进行扩增,且Ka/Ks比率显示仅有4对家族成员受到...     

油橄榄PLATZ基因家族的鉴定及表达模式

PLATZ是植物中发现的一类锌指类转录因子,对于调控植物的基因表达具有重要作用。为明确油橄榄中PLATZ基因家族成员的特征,本研究对油橄榄PLATZ基因家族进行了鉴定与分析。结果表明：在油橄榄中共鉴定到29个PLATZ基因家族成员(OePLATZs);不同OePLATZs基因之间结构较为保守;染色体定位表明基因在染色体中分布比较分散,亚细胞定位结果显示其中28个OePLATZs蛋白质定位在细胞核中,而OePLATZ3蛋白质定位在线粒体中;结构预测发现二级结构中具有较大比例的无规则卷曲,三级结构中29个OePLATZs蛋白质在基序Ⅰ处多有α-螺旋的存在,在基序Ⅱ处多为是无规则卷曲;根据基因差异表达结果可将OePLATZs基因在不同组织中的表达模式分为8类,并根据干旱胁迫条件下树枝组织的转录组数据,鉴定了发生上调和下调的OePLATZs基因;系统发育分析发现油橄榄和拟南芥的PLATZ基因家族成员之间有较近的亲缘关系。本研究初步鉴定并分析了油橄榄的PLATZ基因家族成员的特征与功能,为进一步对油橄榄PLATZ家族转录因子的生物学研究提供了一定基础。     

番茄与马铃薯TIFY家族基因的鉴定与比较分析

TIFY蛋白是一类植物特有的转录因子,在植物的生长发育、信号传导以及胁迫反应中起重要作用。尽管一些模式植物TIFY家族基因已经被鉴定,但在茄科植物中有关TIFY家族基因的研究却很少。本研究利用生物信息学手段分别从番茄与马铃薯中挖掘到21个Sl TIFY和21个St TIFY基因,并系统性分析这些TIFY基因的序列、表达以及进化特性。染色体定位与扩增模式分析显示,番茄和马铃薯的TIFY基因散落分布在不同染色体上,家族成员扩增主要由串联和片段重复产生。序列分析表明:番茄TIFY基因结构被分为12种,马铃薯TIFY基因结构被分为8种;番茄和马铃薯TIFY蛋白共享了保守基序1,其它保守基序显示不同程度基因特异性,保守基序组成模式表现出高度多样化。系统进化分析显示,番茄和马铃薯TIFY蛋白被分为7大类群,同类群内结构与序列相似性较高。选择压力检测表明,番茄的10对同源基因和马铃薯的19对同源基因均受到负选择作用。表达谱结果表明,番茄和马铃薯TIFY基因的表达呈现较高的多样性,这可能与多样化的功能相关。这些研究结果为功能解析番茄和马铃薯TIFY基因提供理论指导。