甘蓝型油菜SERK基因家族的鉴定与系统进化分析

体细胞胚胎发生类受体激酶（somatic embryogenesis receptor-like kinase,SERK）与植物体细胞胚发生,尤其是与植物非生物逆境胁迫响应有关。为鉴定甘蓝型油菜中BnaSERK基因家族成员、揭示其进化关系及其与油菜盐/旱胁迫的响应,利用生物信息学方法对甘蓝型油菜品种中双11的SERK家族成员、基因结构、进化关系、选择压力等进行系统分析,并初步分析了部分BnaSERK基因在盐/旱胁迫下的表达响应模式。结果表明：在甘蓝型油菜基因组共鉴定到24个BnaSERK基因,它们不均等地分布在15条染色体上,可分为3个亚族,具有相对保守的基因结构和保守基序,且含多种与激素和非生物胁迫响应相关的顺式作用元件。共线性分析表明,甘蓝型油菜和拟南芥、白菜、甘蓝分别有14对、44对和32对基因表现出共线性。基于比较基因组学研究,甘蓝型油菜BnaSERK基因在经历多倍体化之后,出现了不同程度的丢失现象。分析表明,BnaSERK基因家族在芸薹属物种间的进化相对保守。盐/旱胁迫下的5个BnaSERK基因在叶片中的表达模式分析结果显示,BnaA07g29610D、BnaC01g43240D、BnaCnng07810D基因在盐胁迫下表达量上调,而BnaA01g23070D、BnaA07g23390D基因则表现为下调;BnaA07g23390D、BnaA07g29610D基因在干旱胁迫下表现为上调表达,而BnaC01g43240D、BnaCnng07810D、BnaA01g23070D基因呈下调趋势。表明BnaSERK基因可能在油菜响应盐/旱胁迫的调控机制中发挥着重要作用。     

大麦HD-Zip基因家族密码子偏好性分析

同源异型域-亮氨酸拉链(homeodomain-leucine zipper,HD-Zip)蛋白在植物生长发育和适应性抗逆过程中发挥着至关重要的调控作用,而密码子偏好性分析是大麦HD-Zip转录因子家族分子进化及功能研究的重要补充。为探究大麦HD-Zip转录因子家族密码子偏好性特征,利用CUSP、CHIPS及CodonW等软件(程序)对32个大麦HD-Zip基因进行了分析。结果显示,大麦HD-Zip家族基因偏好以C或G结尾的密码子,使用频率最高的密码子是CUG,最优密码子为AUC和AGG。该家族基因GC3值分布较分散(0.48~0.98),有62.5%的基因ENC值小于35;GC12与GC3的相关性较强,大多数ENC值频数处于0.03~0.11的范围内,实际ENC值与预期ENC值相近,证明大麦HD-Zip家族基因密码子偏好性较弱,且在进化过程中主要受突变压力的影响。聚类分析表明,基于相对同义密码子使用度的HD-Zip基因聚类与物种进化关系没有必然相关性。对大麦HD-Zip家族代表基因HD-Zip IV 5进行最适受体分析发现,大肠杆菌更适合作为其异源表达受体,遗传转化模式植物中水稻更适合作为该基因的表达受体。本研究为大麦HD-Zip转录因子家族进一步功能研究奠定基础。     

菠萝叶绿体基因组密码子偏好性分析

叶绿体基因组密码子偏好性影响基因的表达效率,对于叶绿体基因工程应用及物种遗传改良具有重要的科学意义.为了明确菠萝叶绿体基因组密码子偏好性的使用特征及主要影响因素,本研究以菠萝叶绿体基因组为研究对象,利用生物信息学软件分析其密码子的使用模式和偏好性.密码子偏好性相关参数分析显示:(1)菠萝叶绿体基因密码子的GC含量平均值...     

芒果叶绿体基因组密码子使用偏好性分析

本研究利用CodonW、SPSS、Excel软件对芒果叶绿体基因组55条蛋白编码序列的密码子开展了中性绘图、PR2-plot、 ENC-plot和最优密码子分析。结果表明,芒果叶绿体基因的有效密码子(ENC)偏好性不强,分布在35.38～56.56;GC3s含量26.29%,说明密码子末位碱基以A/T结尾为主;ENC与GC3极显著相关。相对同义密码子分析,RSCU>1的密码子有31个,其中,以A和T结尾的29个,表明A和T是基因组偏爱的密码子。中性绘图、PR2-plot和ENC-plot分析表明,芒果叶绿体基因组密码子使用偏好受突变和选择等因素共同作用的影响。通过高频率密码子和高表达优越密码子相结合的方法进行分析,筛选出主要以A和T结尾的芒果叶绿体基因组最优密码子19个,分别是GCT、TGT、GAA、TTT、GGT、CAT、ATT、AAA、TTA、CCT、CAA、AGA、CGA、CGT、AGT、TCT、ACT、GTA和CTT。     

苋菜AtPAL基因密码子偏好性分析

[目的]对苋菜AtPAL基因密码子的偏好性进行分析。[方法]利用codonW、MEGA、Origin、Excel、SPSS等软件及CUSP在线程序,分析了苋菜AtPAL基因密码子使用偏好性,并与菠菜、甜菜、一品红等14个不同物种PAL基因密码子偏好性以及大肠杆菌、酵母菌等5种模式生物基因组密码子偏好性进行对比分析,同时基于不同物种PAL基因密码子偏好性及基因编码区进行聚类分析。[结果]苋菜AtPAL基因表达水平和密码子偏好性均较弱,更偏好使用A/T碱基以及以A/T结尾的密码子;聚类分析结果显示,单双子叶植物分别聚成一类,且亲缘关系近的物种往往聚成同一小类,但基于PAL基因编码区的聚类结果更接近传统意义上的物种分类;中性分析、ENc与GC3s关联性分析、奇偶偏好(PR2)分析的结果均显示,突变压力是影响PAL基因密码子使用偏好性的主要因素,同时也受自然选择压力等其他一些因素的影响;与模式生物基因组密码子偏好性对比的结果显示,拟南芥比较适合作为苋菜AtPAL基因的遗传转化受体,酵母真核表达系统比大肠杆菌原核表达系统更适合作为苋菜PAL基因的异源表达载体。[结论]为苋菜AtPAL基因进行异源表达时,选择合适受体及表达系统提供了理论基础,并为苋菜AtPAL基因密码子的优化提供了依据。     

甘蓝型油菜全基因组DELLA蛋白基因家族的鉴定和表达分析

DELLA蛋白是参与赤霉素调控途径的关键因子,对调节植物的生长发育具有重要的作用。为了揭示甘蓝型油菜中DELLA蛋白家族的分布和特征,利用生物信息分析了家族成员、序列特征、进化关系和组织表达。结果表明,甘蓝型油菜中有13个DELLA蛋白基因,被定位到8条染色体和2条随机序列（chrC09_random和chrCnn_random）上;系统进化树分析发现,该家族被聚为4个亚家族,第一亚家族含有7个基因,第二、三和四亚家族各包括2个基因; DELLA基因呈组织特异性表达,其中BnaA10g17240D、BnaC09g40420D、BnaCnng68300D和BnaC05g47760D在各组织中表达都相对较高,在茎中BnaA06g34810D、BnaA09g18700D和BnaC09g52270D表达最高。本研究为后续基因的功能研究提供参考。     

兰科植物FNR基因的密码子偏好性分析

为揭示兰科植物FNR基因的特性和密码子偏好性,采用DNAMAN、CodonW和SPSS软件及 EMBOSS、SWISS-MODEL在线网站对17种兰科植物的FNR基因序列、氨基酸序列、同源区域及蛋白质三维结构进行分析。结果表明：兰科植物FNR基因普遍具有在A/T(U)与G/C之间较弱的密码子偏好性;密码子的末位在A和T(U)之间存在显著的T(U)偏好性,在C和G之间存在显著的C偏好性;NADP结合域比非结合域有较小的密码子偏好性;基于CDS和氨基酸聚类结果比基于RSCU聚类更接近于植物的进化分类;自然选择的作用是导致兰科植物FNR基因的密码子使用偏好性的主要成因。     

非洲菊CAD基因的密码子偏好性分析

[目的]研究非洲菊肉桂醇脱氢酶基因(Cinnamyl alcohol dehydrogenase,CAD)的密码子使用偏好性。[方法]从非洲菊转录组数据中筛选获得具有完整CDS的CAD基因,运用CodonW、EMBOSS、SPSS和Origin软件分析其密码子使用情况。[结论]筛选获得5条具有完整CDS的非洲菊CAD基因,其密码子偏好性较弱,编码氨基酸时倾向于使用较多的A或T。GC1s、GC2s、GC3s、GC和ENC之间无显著性的相关性。该基因编码氨基酸时除受突变压力的影响外,外界因素与自然压力影响较大。酵母菌真核表达系统适合作为异源表达系统,拟南芥则是较为理想的受体。[结论]该研究可为非洲菊CAD遗传转化研究奠定基础。     

甘蓝型油菜ＨＭＧ基因家族的生物信息学分析

为研究甘蓝型油菜HMG（high mobility group）基因家族的起源、进化和功能,利用生物信息学方法对甘蓝型油菜和其近缘物种HMG基因家族进行鉴定,并对其进化、基因结构、组织表达、直系旁系同源基因进行系统分析。在甘蓝型油菜中鉴定到45个HMG家族成员,并根据进化树和基因结构将其分成5组。染色体定位发现,19条染色体中有18条染色体有HMG基因,说明该家族基因分布较广泛。在甘蓝型油菜与甘蓝、白菜和拟南芥分别鉴定到47、45和26个直系同源基因对。在甘蓝型油菜中鉴定到28个旁系同源基因对,而在其它3个物种中则比较少,这可能与甘蓝型油菜的多次基因组加倍有关。对45个甘蓝型油菜BnHMG基因在根和叶中的表达模式进行分析,结果显示,大多数基因在根和叶中均有表达,且呈现出不同的表达模式。     

甘蓝型油菜及其二倍体祖先种COR413家族基因生物信息学分析

COR413(cold- regulated 413)是植物响应低温与冷害胁迫的重要基因家族,为深入解析油菜耐寒分子机制,利用生物信息学方法在甘蓝型油菜、白菜和甘蓝基因组中分别筛选和鉴定到11、6和6个COR413基因,它们大部分定位在质膜和叶绿体膜上。COR413家族蛋白高度保守,具疏水性,较稳定,含有COR大家族其它类型蛋白所没有的色氨酸,不含信号肽。拟南芥、白菜和甘蓝组织表达特异性分析发现,亚家族I中的基因大部分在根和叶中有较高的表达量,亚家族II中的基因在茎和叶中有高表达。     

甘蓝型油菜ZIP基因家族全基因组鉴定与表达分析

ZIP基因家族是重要的转运蛋白类基因家族,主要参与金属阳离子的吸收和转运,在植物生长发育和重金属胁迫响应中发挥重要作用.为解析甘蓝型油菜中ZIP基因家族,采用生物信息学方法在甘蓝型油菜中鉴定到51个ZIP基因家族成员,对比芸薹属三个基本种发现ZIP基因家族在A、C亚基因组上有串联重复现象.以甘蓝型油菜品种中双11(ZS...     

甘蓝型油菜phytocyanin家族全基因组鉴定和表达分析

质体蓝素（phytocyanin,PC）是一类含铜电子转移蛋白,参与植物光合作用、生长发育以及对环境的适应等。为研究异源四倍体作物甘蓝型油菜的PC基因功能,对BnPC家族进行全基因组鉴定,共鉴定到173个成员。根据铜结合位点以及糖基化位点的差异将该基因家族的蛋白划分为4个亚家族：类早期结瘤素蛋白（BnENODL）、类花青苷蛋白（BnUCL）、类漆树蓝蛋白（BnSCL）和类质体蓝素蛋白（BnPLCL）。蛋白质序列特征分析结果表明,133个BnPC含有N端信号肽,77个BnPC具有糖基磷脂酰肌醇锚定信号,87个BnPC具有阿拉伯半乳聚糖结构域,104个BnPC具有N-糖基化位点。共线性分析结果表明,基因组复制和片段重复在该家族的扩张中起着重要作用。表达谱分析结果表明,部分BnPC基因的表达具有组织/器官特异性,95个BnPC基因至少对旱、盐、冷和高温胁迫中的一种产生响应。     

甘蓝型油菜光敏色素(PHY)家族基因的鉴定及表达分析

光敏色素(phytochrome,PHY)作为植物体内感受红光和远红光的受体,在植物的避荫反应及生物、非生物胁迫响应中起重要的调节作用.鉴定甘蓝型油菜中PHY家族基因并解析其分子机理,有助于提高油菜光能利用率,培育抗逆性强、适合密植直播和机收的油菜品种.为了研究PHY基因在甘蓝型油菜(Brassica napus L....     

甘蓝型油菜BnNAC61基因的克隆及表达特征分析

NAC(即NAM、ATAF和CUC)转录因子参与植物生长、发育、衰老和多种逆境胁迫反应的调控.为阐释甘蓝型油菜BnNAC61的表达特征,本研究采用RT-PCR方法,从甘蓝型油菜总cDNA中克隆BnNAC61基因.生物信息学分析表明,其CDS全长846 bp,编码281个氨基酸,N端含有NAM保守结构域;其启动子区存在W...     

甘蓝型油菜AOC基因家族鉴定与表达分析

丙二烯氧化物环化酶(allene oxide cyelase,AOC)是茉莉酸(jasmonic acid,JA)信号途径中一个重要的合成酶,在植物生长发育、光合作用、物质代谢和逆境胁迫应答等多个方面发挥重要作用.为了探究AOC基因在甘蓝型油菜(Brassica napus L.)中的家族特征,本研究以4个拟南芥AtA...     

豆科全基因组DGAT 基因家族的鉴定与进化分析

本文运用生物信息学方法在12个豆科植物基因组中对DGAT（甘油二酯酰基转移酶）基因进行了全基因组鉴定,发现在四倍体花生和大豆基因组中含有的基因拷贝数相对较多,分别为17、10,这可能是导致其油脂合成能力高于其他作物的重要因素。通过对家族基因进行系统发育分析,发现DGAT 基因在真双子叶植物分化之前已存在,在豆科植物中经历反复的全基因组加倍,使得家族得到扩张;并且串联重复对于家族扩增起到了不可忽视的作用,如葡萄中的两个旁系同源基因,由于串联重复使得基因拷贝数量提高了150%。大豆中DGAT 基因在不同的组织中表达模式与其系统发育关系也表现出了关联性。该基因家族相对保守,与豆科基因组进化基本保持了一致的进化速率。本研究对于认识豆科植物DGAT 基因进化过程具有重要的理论意义,同时在基因组学水平为大豆、花生等油脂合成品质改良提供了理论支撑。     

利用WGCNA鉴定甘蓝型油菜低温胁迫的基因共表达网络

为了解甘蓝型油菜受低温胁迫时的共表达网络,运用加权基因共表达网络分析（weighted gene co-expres⁃ sion network analysis, WGCNA）方法,利用2个抗冻响应有差别的甘蓝型油菜材料HX17和HX58不同低温处理的36 个RNA-seq数据,通过过滤低表达基因,筛选表达水平变异最大的前15 000个基因用于WGCNA分析,共鉴定到16 个基因共表达模块。结合转录因子预测、冷相关基因预测、模块基因的gene ontology（GO）富集及表达分析,确定了 brown模块为响应冻害胁迫的共同模块、pink模块为HX17耐寒特异性模块,并构建了基因共表达网络,为油菜抗寒/ 抗冻机制研究提供新的依据。