甘蓝ARF基因家族的鉴定与生物信息学分析

生长素响应因子(auxin response factor,ARF)基因家族是植物特有的转录因子家族,在调控植物生长发育过程中起重要作用。以公布的甘蓝基因组数据库为基础,采用生物信息学方法鉴定出29个ARF基因,命名为BoARFs,研究分析了其基因结构、染色体分布、蛋白质保守结构域、系统进化树及表达模式,以期为甘蓝ARF基因家族功能的深入研究提供参考依据。结果表明:BoARF家族基因结构相对复杂,含有2~14个外显子;在染色体上呈不均匀分布,除BoARF29基因未定位到染色体上外,其它基因均定位在不同的染色体上;所有BoARF蛋白均具有保守的B3结构域和Auxin_resp结构域,但只有21个BoARF蛋白包含1~2个AUX/IAA结构域;转录组数据表达模式分析表明,ARF基因具有不同的组织表达模式,部分基因表现出组织特异性。     

石榴ARF基因家族鉴定及表达分析

【目的】筛选并分析石榴生长素响应因子(auxin response factor,ARF)基因家族,为解析石榴ARF基因功能及信号转导调控机制的研究提供参考。【方法】利用生物信息学工具,系统地分析石榴ARF基因家族成员的基因结构、蛋白理化性质、蛋白结构、保守基序、系统进化和RNA-Seq数据。【结果】石榴全基因组中鉴定出19个可能的ARF家族基因,根据系统发育树可以划分为4类。PgARF基因家族成员的扩张与全基因组复制事件有关,存在串联重复现象。RNA-Seq数据分析表明,PgARF有一定的组织表达特异性,存在假基因化和新功能化的可能。【结论】整合以上基因结构、系统发育与进化、RNA-Seq表达等分析结果,发现石榴ARF蛋白具有典型的B3、Auxin_resp结构域,多数还具有Aux/IAA结构域。石榴ARF基因家族基因结构和保守基序的进化与进化时间相关,同时家族成员扩张主要与全基因组复制事件相关。     

辣椒全基因组WRKY转录因子的分析

基于已公布的辣椒全基因组数据,利用生物信息学方法对辣椒WRKY转录因子家族进行全面鉴定和系统命名,并在此基础上对基因分类、染色体定位、系统进化关系和结构域序列保守性进行了研究。结果表明:辣椒CaWRKY家族包含71个基因,根据WRKY结构域的数量及锌指结构的特征可将其分为GroupⅠ、GroupⅡ和GroupⅢ等3大类,GroupⅡ又可分为Ⅱ(a)、Ⅱ(b)、Ⅱ(c)、Ⅱ(d)和Ⅱ(e)等5个亚类。辣椒12条染色体上均有WRKY转录因子分布,其中第1号染色体上分布最多,共有10个,第4号染色体上分布最少,仅有2个。辣椒每类/亚类WRKY几乎含有相同的保守基序。辣椒WRKY编码的蛋白在132~869个氨基酸范围内,平均氨基酸数量为373个。     

茶树TCP转录因子的鉴定与表达分析

基于茶树基因组数据,通过生物信息学方法,对茶树全基因组TCP家族成员进行染色体定位、基因结构、编码蛋白特性和系统进化关系分析,同时采用荧光定量PCR验证茶树TCPs在不同组织部位的相对表达水平。结果表明,茶树全基因组中共鉴定出36个具有典型TCP保守结构域的转录因子基因,其CDS全长和编码氨基酸的数量分别在453～1 824 bp和150～607 aa之间,命名为CsTCP1～CsTCP30。系统进化分析显示,茶树TCP转录因子家族可分为2个亚族:ClassⅠ和ClassⅡ,并可进一步分为8个亚组(A～H),其中ClassⅠ亚族中的TCP蛋白属于PCF或TCP-P类型,而ClassⅡ可分为CYC/TB1和CIN两种类型。基因结构和保守结构域分析结果显示,同一亚组内,TCP蛋白具有相似的氨基酸结构和保守区域,而不同亚组之间具有较大差异,暗示不同类型TCP转录因子可能具有独特的生理功能。除CsTCP21b外,其余35个CsTCP基因在茶树叶片不同生长时期均有表达,但其表达水平呈现不同趋势;荧光定量分析显示其家族成员具有组织表达特异性;外源GA_3和ABA处理可以显著激活或抑制该家族基因成员的表达。     

辣椒B-box转录因子家族的鉴定及表达分析

以辣椒基因组数据为基础,利用生物信息学方法,对辣椒B-box家族基因进行了染色体定位、基因结构、系统进化及组织表达模式等分析,并通过qRT-PCR方法对该家族基因在激素及非生物胁迫下的转录水平进行了检测。辣椒全基因组中共鉴定出26个BBX家族成员,分布于辣椒12条染色体上。系统进化分析分析发现,辣椒BBX蛋白成员可进一步分为5类:groupⅠ～Ⅴ。其中,groupⅠ包含两个B-box结构域;groupⅡ和Ⅲ中的蛋白除CaBBX25外,都包含B-box1、B-box2和CCT结构域;groupⅣ仅包含1个B-box结构域;groupⅤ含有1个B-box和1个CCT结构域。同一进化分类中的成员通常具有相同或者相似的外显子数,其蛋白中保守基序的构成也具有较高的相似性。组织特异性表达分析发现,除D类基因外,其他17个基因在不同器官或者果实的不同发育时期都有着较高的表达水平。qRT-PCR分析发现,10个CaBBX基因受到激素和非生物胁迫不同程度的诱导表达。     

‘芙蓉李’糖转运蛋白家族基因鉴定及表达分析

基于‘芙蓉李’（Prunus salicina）基因组数据,采用生物信息学分析方法鉴定糖转运蛋白家族基因,并对其蛋白质理化特性、亚细胞定位、系统进化树、蛋白质保守结构域以及表达模式进行分析。共鉴定出49个该家族基因,根据保守结构域和系统发育分析将其分为7个亚家族。蛋白质介于313～948个氨基酸之间,预测定位于质膜或液泡膜;所有的蛋白都含有保守的糖转运体结构域（PF00083）,其中大多数含有12个跨膜螺旋。通过比对‘芙蓉李’果实发育过程的RNA-seq数据,对49个基因进行表达谱分析,其中15个在果实不同发育阶段差异表达;qRT-PCR分析表明,15个差异表达基因中有9个基因与果实葡萄糖和蔗糖含量显著正/负相关,其中1个肌醇转运蛋白亚家族基因（PsINT4）、1个糖转运蛋白亚家族基因（PsSTP11）、1个糖促进蛋白亚家族基因（PsSFP5）和1个液泡单糖转运蛋白亚家族基因（PsTMT1）在‘芙蓉李’果实发育过程中具有较高的表达量,可能在‘芙蓉李’果实发育和成熟过程中对糖分积累起重要作用。     

辣椒全基因组中LBD转录因子的鉴定与表达分析

利用生物信息学的方法,从辣椒基因组中鉴定出45个LBD基因,这些基因分布于辣椒9条染色体上。该家族成员内含子数整体上不超过3个,结构相对简单。进化关系显示辣椒LBD基因可分为ClassⅠ和ClassⅡ两大类,细分为Ⅰa、Ⅰb、Ⅰc、Ⅰd、Ⅰe、Ⅱa和Ⅱb等7个亚类。不同组织和发育时期的表达模式研究发现,该基因家族具有一定的时空表达特异性。qRT-PCR结果表明,热激胁迫可以明显激活或抑制部分LBD基因的表达,其中ClassⅡ类基因较ClassⅠ类对高温具有更高的敏感性。     

南瓜HSP70蛋白家族的鉴定和生物信息学分析

热激蛋白70(heat shock protein 70,HSP70)是植物应对逆境胁迫产生的一类特定的应激蛋白。以南瓜基因组数据库为基础,利用生物信息学方法对南瓜HSP70基因家族进行鉴定分析,并对蛋白特征、基因结构、保守结构域和启动子序列进行研究。结果表明:南瓜基因组数据库中含有10个HSP70,编码的蛋白序列长度为572~843个氨基酸,HSP70蛋白含有6~8个保守结构域,可分为4个亚家族。基因结构分析表明HSP70具有0~8个内含子。启动子元件分析显示HSP70的启动子含有多个信号元件,说明HSP70可能参与多种功能的调控。研究结果为下一步研究HSP70家族蛋白的功能奠定基础。     

黄瓜生长素响应因子CsARF10亚家族3个基因的克隆与表达分析

 利通过蛋白序列同源比对和PCR技术从黄瓜中克隆获得了3条生长素响应因子ARF10基因序列,分别命名为CsARF10a、CsARF10b和CsARF10c。系统发育进化树分析发现CsARF10a与番茄SlARF10基因进化距离较近,而CsARF10b和CsARF10c与拟南芥AtARF10相似性更高;启动子分析显示CsARF10家族基因具有多样化的激素应答元件,荧光定量PCR结果也证明黄瓜幼苗在不同NAA浓度处理以及其他激素的处理下,CsARF10家族基因呈现不同的表达模式;荧光定量PCR结果还显示CsARF10家族基因在黄瓜幼苗的根、茎、叶及雄花中都具有较高的转录水平;CsARF10a、b、c在黄瓜果实发育的早期具有相同的表达趋势,但CsARF10a的转录水平较高,而CsARF10b和CsARF10c表达量较低。     

辣椒氨基转移酶pAMT基因家族在基因组中的分布分析

为研究辣椒氨基转移酶(pAMT,putative aminotransferase)基因在辣椒基因组中的分布和功能,以尊辣1号基因组为参照,利用生物信息学方法对辣椒中pAMT基因家族成员进行全基因组水平分析。结果显示:辣椒基因组中存在9个pAMT基因家族成员,集中分布在8号和9号染色体上,氨基酸序列多重比对显示这9个蛋白分别聚类到3大分支上。结构分析表明,pAMT家族所有蛋白均含有5个保守结构域Motif 2、Motif 3、Motif 5、Motif 8和Motif 9。基因表达分析结果显示:基因Capana09g000427在叶片中不表达,在果皮中表达量最高,其次是子房,在种子和胎座也有表达。基因Capana08g000160在种子、胎座中不表达,仅在叶片中表达稍高,在其他组织的表达量均较低。辣椒氨基转移酶pAMT基因家族在基因组中的分布分析为进一步研究辣椒氨基转移酶pAMT基因家族的功能提供了科学依据。     

石榴HAK/KUP/KT家族基因鉴定及钾转运功能分析

从石榴基因组中鉴定出18个编码689～837个氨基酸的HAK/KUP/KT家族基因;启动子区含有多个与逆境胁迫相关的调控元件,编码蛋白中均含有一段K+转运结构域(GVVYGDLGTSPLY);系统进化分析表明,石榴、拟南芥、葡萄和梨的HAK/KUP/KT家族基因均可分为4个簇(Ⅰ～Ⅳ).RNA-seq分析发现簇Ⅱ和簇Ⅲ...     

三褶虾脊兰CtARF57和CtIAA12基因克隆及功能分析

以三褶虾脊兰(Calanthe triplicata)不同发育时期的花瓣距为试材，基于转录组测序数据，通过克隆获得生长素信号转导途径中CtARF57和CtIAA12基因全长序列，并进行生物信息学分析，探究园林花卉三褶虾脊兰生长素相关响应因子(ARF和Aux/IAA)的表达特性及功能，以期揭示三褶虾脊兰花瓣距的发育机理。结果表明：cDNA全长为3 054 bp和1 124 bp,分别编码911、177个氨基酸。2个基因氨基酸序列与铁皮石斛同源基因的相似性较高，均超过84%。保守结构域分析表明CtARF57蛋白具有B3结构域、Auxin＿resp结构域和Aux/IAA结构域；CtIAA12具有Aux/IAA蛋白的DomainⅠ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ特异性结构域。实时荧光定量PCR结果显示，其转录水平受到生长素的诱导，不同时期基因表达水平差异明显，2个基因均在三褶虾脊兰花瓣距发育最后一个时期表达量最高，前2个时期表达量较低，与转录组FPKM值趋势一致。综上所述，初步推测2个响应因子基因参与生长素信号传导途径并调控园林花卉三褶虾脊兰花瓣距的形态建成和生长代谢过程。     

西瓜ClKNOX基因家族全基因组鉴定及组织表达分析

KNOX基因家族是编码同源异型盒蛋白的转录因子,在植物生长发育和胁迫响应中发挥着重要的调控作用。为进一步挖掘西瓜KNOX转录因子家族成员信息,探究分析其表达模式及基因功能,通过生物信息学方法对西瓜KNOX基因家族成员进行了鉴定,并对其理化性质、基因结构、系统进化及表达模式进行了分析。结果表明,西瓜基因组中共有12个KNOX基因,均定位于细胞核中,符合转录因子属性特征;KNOX1、KNOX2、ELK和Homeobox＿KN这4类典型结构域均存在于大多数西瓜KNOX基因中,表明这4类结构域在KNOX基因功能中具有重要作用;系统发育分析将ClKNOX基因家族成员分为ClassⅠA、ClassⅠB、ClassⅡA和ClassⅡB 4个亚组,启动子元件分析表明,ClKNOX基因家族含有较多与生长发育和胁迫响应相关的顺式作用调控元件;组织表达分析结果表明,ClKNOX基因具有明显的组织特异表达特性,ClKNOX6和ClKNOX11在根和茎中高表达,而ClKNOX3和ClKNOX10在所有器官中表达量都相对较高,但所有ClKNOX基因在果肉中的相对表达量都较低。研究结果为进一步深入探究ClKNOX基...     

辣椒β–酮脂酰辅酶A合酶基因家族的鉴定与表达分析

为深入了解β–酮脂酰辅酶A合酶(β-ketoacyl-CoAsynthase,KCS)基因家族在辣椒基因组中的特征,利用生物信息学方法鉴定所有KCS基因家族成员,对基因染色体定位、系统发育关系、基因结构、蛋白保守基序和组织表达模式等进行分析,并通过qRT-PCR方法检测基因在高温、低温和NaCl胁迫下的响应。从辣椒基因组中共鉴定出22个KCS家族基因,其不均匀地分布在辣椒的9条染色体上;系统发育分析表明辣椒KCS基因家族可分为4组,每组含有不同数量的基因;该家族成员含有0～3个内含子,保守基序有6～14个;KCS家族基因具有不同的表达模式;高温、低温和NaCl处理可以抑制或激活该家族成员的表达。     

基于转录组信息的百合SWEET基因家族鉴定及表达特性分析

以东方百合品种‘西伯利亚’为试材,采用生物信息学方法,研究了百合SWEET基因家族成员编码蛋白的理化性质、二级结构、系统进化、保守结构域、Motif及基因表达模式,对百合SWEET基因家族成员进行鉴定,探究其在鳞茎发育过程中的作用,以期为该类基因生物学功能和百合地下茎生鳞茎发育机制的研究提供参考依据。结果表明：从转录组数据鉴定到了12个SWEET基因,所有家族成员都为稳定的疏水蛋白,且均含有MtN3＿slv结构域,可划分为4个亚家族,不同成员在百合茎生鳞茎形成和进一步发育中差异表达。     

番茄转录因子基因SlWRKY16的克隆及原核表达分析

从栽培番茄(Solanumlycopersicum)‘M82’中克隆到1个WRKY家族基因SlWRKY16。研究结果显示:SlWRKY16包含1 497 bp的完整开放读码框,编码498个氨基酸,理论分子量为55.5 kD,含有1个WRKYGQK保守结构域和C2H2锌指结构域,属于Ⅱb类WRKY转录因子基因,且定位于细胞膜上;栽培番茄Sl WRKY16与潘那利番茄Sp WRKY6(XP₀15064265.1)、马铃薯St WRKY6(XP₀06350473.1)同源性最高。qRT-PCR结果显示SlWRKY16在番茄不同组织中均有表达,叶片中的表达量最高;短时间非生物胁迫下该基因的表达量显著降低。此外,重组菌pET-30a-SlWRKY16在NaCl、甘露醇胁迫下生长均明显低于对照菌pET-30a。综上,番茄SlWRKY16基因可能在响应非生物胁迫过程中具有负调控效应。     

大白菜PUP基因家族的生物信息学分析

为深入研究大白菜PUP基因家族的功能,采用生物信息学方法对大白菜基因组中PUP基因家族成员进行了鉴定,并对其基因组信息、蛋白生理生化特征、基因结构、保守结构域、系统进化树和表达模式等方面进行了研究。结果表明:在大白菜基因组中共鉴定出了24个PUP基因,可以聚类到3个分支,Clade I、Clade II和Clade III;PUP基因在大白菜10条染色体上不均匀分布,而且存在明显的串联重复现象并在染色体上呈现5个串联重复基因簇,说明串联复制是PUP基因家族基因扩增的主要方式;对BrPUP蛋白氨基酸序列多重比对和蛋白跨膜域的分析表明BrPUP蛋白一般存在10个跨膜域,为典型的跨膜蛋白;通过MEME软件对BrPUP蛋白motif的预测还发现了10个比较保守的motif;最后利用Unigene数据库中的EST表达数据对BrPUPs的表达模式进行了初步研究。上述研究结果为大白菜PUP基因功能的研究奠定了基础。     

芥菜HMA家族基因鉴定及其在镉胁迫下的表达分析

芥菜（Brassica juncea）对多种重金属具有富集能力。重金属ATP酶（heavy metal transporting ATPase,HMA）在植物转运重金属过程中具有重要的作用。基于基因组和转录组数据，对芥菜HMA家族基因成员进行了全基因组鉴定。芥菜基因组中包含27个HMA基因，其编码的蛋白质中有6个不稳定指数大于40，有22个为疏水性蛋白；这些基因聚类为P-1B-1、P-1B-2和P-1B-4等3个亚家族；27个HMA蛋白均为膜蛋白，都具有E1-E2ATPase和hydrolase结构域；芥菜HMA蛋白都含有8～15个保守基序，不同亚族因具有独特的保守基序结构从而转运重金属的种类不同；在芥菜HMA基因启动子区域中与生长发育有关的顺式作用元件TGA和与逆境响应相关的顺式作用元件ABRE、MBS、LTR、TC广泛分布；在镉胁迫下，BjuA033764、BjuB019118、BjuB035256、BjuB045293等基因在叶片中表达量明显上调，BjuA003596、BjuB040613、BjuA025022等基因在根系中表达量明显上调，说明其参与了芥菜对镉胁迫的响应。     

桃镁离子转运蛋白MGT基因家族鉴定与表达分析

为研究桃树镁离子转运蛋白(Magnesium Transporters,MGT)家族基因在镁离子运输中所起的作用,全基因组鉴定、分析了桃树MGT家族成员(PpMGT),并研究外源施镁对PpMGT基因表达的影响。通过同源比对、保守位点分析鉴定获得了8个PpMGT,在Chr1、Chr3、Chr6、Chr8染色体上不均匀分布。系统发育研究表明植物MGT家族可分为5个分支,各分支成员数存在差异。基因和蛋白结构分析发现PpMGT含有4～13个外显子,蛋白中存在10个保守基序,启动子上游分布有不同数量的胁迫响应、转录调控、节律调控、激素响应和发育调控元件。PpMGT在桃树花、果、叶、根器官均有表达且具有组织表达特异性。桃树外源喷施MgCl₂ 24 h后,检测到PpMGT转录表达变化。喷施镁使叶片、果皮出现不同的差异表达基因类群,均涉及光合途径。研究发现PpMGT4、PpMGT6、PpMGT8与喷镁后光系统Ⅱ捕光叶绿素a/b蛋白复合体基因表达变化正相关。异源表达PpMGT4、PpMGT6、PpMGT8可补偿Mg2+转运缺陷突变株MM281(鼠伤寒沙门氏菌突变株)生长缺陷,表明P...     

石斛JmjC基因家族的鉴定及响应不同光周期的表达分析

利用生物信息学方法对石斛组蛋白去甲基化关键酶基因JmjC进行全基因组鉴定,通过qRT-PCR检测DoJMJ组织表达模式及对不同光周期的响应。结果表明,在铁皮石斛(Dendrobium officinale)基因组上共鉴定到17个JmjC,保守结构域分析结果显示,该家族蛋白划分为5个亚家族(JARID1、JHDM3、JHDM2、JMJD6和JmjC-only),各亚家族所含保守结构域数量不等;基因结构分析发现,各亚家族的外显子和内含子数量有所差异,同一亚家族具有相似的外显子/内含子结构;启动子顺式作用元件分析发现DoJMJ家族成员启动子区域有诸多Auxin、ABA、GA、MeJA、SA等激素响应元件及光、干旱、低温、防御和胁迫等环境信号响应元件;qRT-PCR数据表明,金钗石斛(Dendrobiumnobile)中该家族10个成员在茎和叶片中表达量较高,少数成员在根中的表达较高,所有成员在果实中表达均较低,推测Do JMJ主要在茎和叶片发育过程发挥作用;此外,该家族成员在不同光周期下呈现不同的表达模式,11个成员在12 h(光照)/12 h(黑暗)下表达量较高,少数成员在4 h/20 h...