甘薯全基因组WRKY转录因子的基因鉴定与逆境胁迫表达分析

【目的】对甘薯(Ipomoea batatas)全基因组WRKY转录因子进行基因鉴定与逆境胁迫表达分析,为甘薯WRKY基因的应用提供参考。【方法】在甘薯全基因组序列的基础上,应用生物信息学方法对WRKY基因进行挖掘,分析基因潜在复制关系、保守结构域、亚家族系统进化树、保守基序和抗逆表达模式,并对甘薯SPF1基因与IbWRKY基因进行了比较和分析。【结果】甘薯全基因组上共有82个WRKY基因,可分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ3个类型,其中类型Ⅰ和类型Ⅲ的成员数量分别为18和5,类型Ⅱ可进一步分为Ⅱ-a、Ⅱ-b、Ⅱ-c、Ⅱ-d和Ⅱ-e 5个亚类,其成员数量分别为4,14,20,8和13。甘薯WRKY基因不均匀分布于15条染色体上,其中25对基因存在潜在复制关系。保守结构域分析发现,大部分WRKY的结构域高度保守,但个别基因存在保守结构域缺失现象。拟南芥与甘薯的WRKY转录因子在系统进化树上呈现按物种少量聚集的现象。在甘薯WRKY转录因子家族中共发现10个保守基序,包括含有WRKY七肽结构域的基序1和基序7、含有锌指结构域的基序2和基序3,其中基序3为Ⅰ类型WRKY转录因子N端WRKY结构域所特有。对逆境胁迫下的甘薯转录组数据进行分析发现,甘薯苗期在蔓割病菌(Fusarium oxysporum f. sp.batatas)侵染后共有19个WRKY基因差异表达,甘薯块根贮藏期在低温胁迫下有34个WRKY基因差异表达。蛋白序列比较和分析结果表明,甘薯SPF1的氨基酸序列与IbWRKY32的氨基酸序列一致度最高,为85.4%。【结论】甘薯全基因组中鉴定得到82个WRKY基因,其结构域较为保守,在蔓割病胁迫与低温胁迫条件下均存在差异表达。     

冬瓜 WRKY 基因家族鉴定及表达分析

【目的】WRKY转录因子家族在植物生长发育、抵御胁迫等过程起着至关重要的作用。挖掘参与冬瓜（Benincasa hispida Cogn.）非生物胁迫的WRKY基因家族成员,探究其生物学功能。【方法】基于冬瓜基因组数据库鉴定冬瓜WRKY成员,利用生物信息学的方法系统分析其WRKY基因家族成员的蛋白理化性质、系统发育、保守基序、顺式作用元件,通过qPCR分析冬瓜WRKY的表达情况。【结果】冬瓜WRKY基因家族有57个成员,氨基酸数目在126～650之间,相对分子质量在13.92～71.68 kD之间;蛋白等电点在4.61～9.69之间。根据系统进化树将该家族分为3个类群,第二类群又分为5个亚组。冬瓜WRKY外显子有2～6个。染色体定位分析发现,有56个基因定位在12条染色体上,1个基因未定位在染色体上。保守基序分析显示,Motif 1和Motif 3存在于56个基因,且同一类群具有类似的保守基序结构。同时,冬瓜WRKY基因的启动子上均含有应激反应相关元件、激素响应元件。WRKY在冬瓜不同组织和果实发育时期特异表达。RT-PCR结果表明非生物胁迫和激素处理冬瓜可诱导部分WRKY基因的表达。...     

木薯25个WRKY家族转录因子在生物胁迫下的表达分析

根据拟南芥和水稻的WRKY基因和木薯基因组序列,利用生物信息学方法预测木薯Me WRKY转录因子家族成员,并对其进行系统进化关系和保守结构域的分析。通过病原菌接种处理,分析不同Me WRKY转录因子的表达差异。结果显示,木薯共编码25个与抗病相关WRKY蛋白,在病原菌胁迫条件下,其中16个Me WRKY基因的表达受到显著影响,表明这些WRKY蛋白可能参与木薯的防御应答反应。     

绿豆Dof家族基因的生物信息学分析及盐胁迫下的表达分析

【目的】Dof家族基因是植物特有的一类转录因子,在植物的生长发育、细胞的防御反应等方面具有重要的调控作用。【方法】本文从绿豆转录组数据库中筛选出41条Dof基因,对其蛋白序列进行生物信息学分析和盐胁迫下表达分析。【结果】Dof基因分布在除6号染色体外的1～11号染色体上,都具有1个高度保守的结构域;Dof蛋白含有5～28个磷酸化位点,并且都定位在细胞核里;系统进化分析将Dof基因分为8个组别,分析发现相同组别的Dof基因有相似的基因结构和蛋白基序,而不同组别间则存在差异;Dof基因能够响应盐胁迫,但不同胁迫时间基因间的表达模式存在差异,同组别的基因表达模式存在一定程度的相似性。【结论】相同组别的Dof基因具有相似的基因结构和蛋白基序,推测它们有相似的生物学功能。Dof基因能够不同程度响应盐胁迫,说明它们在绿豆抵御盐胁迫中发挥不同作用,这些分析结果将为绿豆Dof基因功能研究提供参考。     

植物WRKY转录因子及其生物学功能研究进展

WRKY转录因子是一个大的植物转录因子家族。该转录因子家族最显著的特征是家族各成员至少包含一个WRKY结构域,该结构域的N-端有一个高度保守的WRKYGQK基序,C-端为一个锌指类似结构域(zinc-finger-like motif),一般组成为C-X_(4-5)-C-X_(22-23)-H-X-H。WRKY转录因子通过WRKY结构域与下游目标基因启动子区的W-box进行特异性结合从而调控目标基因的表达。研究表明,WRKY蛋白除了广泛参与植物种子萌发与休眠、叶片衰老、代谢、激素信号转导外,还参与生物和非生物胁迫等生理生化反应过程的调控等新功能。综述了国内外有关WRKY转录因子的研究进展,讨论了其在植物生长发育以及应对生物和非生物胁迫过程中发挥的调控功能,以期为全面研究WRKY转录因子家族的结构和功能提供新的观点。     

葡萄全基因组WRKY转录因子鉴定和分析

为鉴定和分析葡萄全基因组中WRKY家族转录因子基因,利用生物信息学的方法,分析葡萄全基因组WRKY转录因子类型、进化分析、染色体定位、基因结构、保守元件和基因表达模式。结果表明:葡萄全基因组中有56个WRKY转录因子。序列比对和系谱进化表明,分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三个组,Ⅱ组分为Ⅱ-a、Ⅱ-b、Ⅱ-c、Ⅱ-d和Ⅱ-e五个亚组。染色体定位表明,存在串联复制和分布不均现象,但是在3号染色体上无该家族基因定位。结构域和保守元件分析都说明葡萄WRKY(VvWRKY)家族的WRKY结构域是高度保守的。葡萄叶片中基因表达模式分析表明,VvWRKY家族的部分基因参与非生物胁迫。     

不结球白菜响应ABA和低温基因WRKY18的克隆及表达分析

[目的]WRKY转录因子是植物特有的一类转录因子,广泛参与植物的生长发育、生物及非生物胁迫响应。克隆和鉴定不结球白菜共同响应ABA和低温的WRKY基因,对研究不结球白菜抗逆分子机制和改良其抗逆性具有重要意义。[方法]采用电子克隆的方法在NCBI数据库中进行不结球白菜WRKY18基因全长拼接,然后在不结球白菜‘苏州青’中,克隆到1个与低温及ABA响应相关的WRKY基因,通过生物信息学手段和实时定量RT-PCR(qRT-PCR)技术分析了该基因的序列结构特征及其在低温和ABA处理下的表达变化。[结果]该基因全长为1080bp,含有978bp的开放阅读框,编码326个氨基酸,与油菜及拟南芥的WRKY18直系同源,氨基酸序列相似性分别为87%和73%,命名为BcWRKY18。序列分析表明,该编码蛋白为核蛋白,不含跨膜区,无信号钛,具有WRKYGQK基序(motif)约60个氨基酸残基的WRKY保守结构域,为WRKY转录因子家族成员。系统聚类分析指出了BcWRKY18蛋白的保守性及其在开花植物中的进化关系;序列结构和同源建模分析指出了BcWRKY18蛋白的保守结构域、蛋白质的二级及三级结构分布模型;qRT-PCR检测了BcWRKY18基因在ABA和低温胁迫下的表达,表明低温和ABA都能诱导BcWRKY18基因表达,其表达模式都存在相似的过程,且BcWRKY18基因对ABA的响应比对低温的响应更快、更明显。[结论]从不结球白菜中克隆获得1个新的WRKY类转录因子基因BcWRKY18,基因表达分析发现BcWRKY18可能存在对ABA和低温的共响应及自身反馈调控。     

棉花WRKY转录因子家族成员的鉴定和生物信息学分析

WRKY转录因子家族在植物抵御各种生物、非生物胁迫反应和生长发育调控中扮演着重要角色。利用生物信息学方法鉴定和分析棉花A基因组WRKY转录因子,共鉴定得到109个候选WRKY基因,编码区全长474~3 528 bp,基因分布在棉花13条染色体上。依据WRKY家族基因的保守结构域和系统进化关系,将其划分为3个大组:G1组、G2组和G3组。G1组WRKY基因包括21个成员,其中18个含有两个WRKY域;G2组有73个成员,可进一步分为G2-a、G2-b、G2-c、G2-d和G2-e五个亚类;G3组WRKY基因包括15个成员。同组的WRKY成员保守域的氨基酸构成大体相似,但也存在WRKYGQK多肽和锌指结构的变异,不同组成员的氨基酸保守域组成特异。拟南芥和棉花WRKY基因的系统进化树表明,功能相似的基因聚在一起,暗示和拟南芥抗逆功能基因聚类在一起Ga WRKY可能参与棉花抵御逆境胁迫反应,为进一步发现和挖掘棉花WRKY基因的功能奠定理论基础。     

基于全长转录组的蚕豆WRKY基因家族分析及耐盐胁迫相关候选基因挖掘

WRKY基因是植物特有的转录因子基因,能够调控植物的生长发育和胁迫响应。为了鉴定蚕豆WRKY基因家族成员,揭示其进化关系并挖掘与盐胁迫相关的候选WRKY基因,本研究在完成蚕豆全长转录组测序(9个样品)和二代转录组测序(27个样品)的基础上,利用生物信息学方法对WRKY转录因子基因进行鉴定与分析,并通过拟南芥同源基因比对挖掘盐胁迫相关的候选VfWRKY基因。结果表明,蚕豆全长转录组测序共获得53.84 Gb数据量,通过比对和校正最终获得58 885条转录本序列信息;基于蚕豆全长转录组共鉴定出113个WRKY家族成员,氨基酸数目为153～737 aa,等电点为4.84～9.87,113个WRKY家族蛋白质全部定位于细胞核中;根据拟南芥WRKY家族系统发育特征,VfWRKY基因家族可分为3组,分别为group 1(38个VfWRKY)、group 2(61个VfWRKY)、group 3(14个VfWRKY);Motif 1和Motif 3是VfWRKY基因家族的特征基序,并对应WRKY保守结构域,在进化过程中较为保守;VfWRKY基因家族主要富集在植物MAPK信号通路、植物与病原菌相互作用...     

白羽扇豆WRKY转录因子家族鉴定及生物信息学分析

WRKY转录因子家族在植物生命活动中具有重要作用。利用生物信息学方法分析白羽扇豆基因组数据,对LaWRKY转录因子家族成员进行鉴定及染色体定位,同时分析其蛋白理化性质、系统发育进化关系、保守基序分布、保守结构域位置、基因结构及启动子-顺式作用元件等,并从系统发育进化的同源性、启动子-顺式作用元件等多角度对LaWRKY转录因子功能进行预测。结果表明,在白羽扇豆中共鉴定到106个LaWRKY转录因子家族成员,各成员不均匀地分布在24条染色体上,但18号染色体上无分布;106个成员聚类为3个亚族（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）,各亚族成员的保守基序分布相似,对应的保守结构域、基因结构特征也表现一定的规律性,多角度预测到LaWRKY转录因子与植物激素、环境变化等方面有关联。本研究为深入解析LaWRKY转录因子对白羽扇豆生命活动的调控作用提供理论参考。     

小麦Dof转录因子家族全基因组鉴定和表达分析

利用生物信息学方法对小麦Dof转录因子家族进行全基因组鉴定,并对其保守结构域、系统进化关系、共线性和表达模式进行分析,以期为小麦Dof转录因子的功能研究奠定基础。结果表明,在小麦基因组水平上共鉴定到86个Dof基因,它们在小麦染色体上不均等分布,A、B、D染色体组中分别含有30、29、27个Dof转录因子;小麦Dof转录因子可被分成A、B、C1、C2、C3、D1、D2七个亚组,其中亚组D1是最大的一个亚组,含有29个Dof转录因子;多序列比对结果显示,所有的Dof转录因子都包含有一个C-X_2-C-X_(21)-CX_2-C保守基序;共线性结果表明,有23个Dof基因组成了29对共线性基因对,暗示Dof基因在进化过程中发生了复制;表达模式分析表明,Dof基因在不同生长发育时期的组织和胁迫条件下均存在差异表达,说明Dof基因广泛参与小麦生长发育,且在响应生物和非生物胁迫中可能发挥重要作用。     

植物WRKY转录因子家族基因研究进展

转录因子是植物体内广泛存在的一类调节蛋白,能够与靶基因调节结构域结合,调节RNA转录和表达,参与植物生长发育的各个阶段。WRKY基因家族是植物体内一类重要的转录因子,通过结合靶基因启动子中W-box结构域等方式调节植物的应激响应。目前WRKY转录因子在拟南芥、水稻、玉米等多种植物中都有广泛的研究。通过对植物WRKY转录因子的分类、结构特征以及参与的生理响应等方面进行阐述,以期对WRKY基因功能的深入研究及其在农业育种中的应用起到一定的指导作用。     

番茄WRKY转录因子功能的研究进展

WRKY转录因子是近20多年来发现的植物特有的最大的转录因子家族之一。WRKY的名称来源于基因中最显著的氨基酸序列特征WRKY结构域。WRKY结构域是一个高度保守的区域,由60个氨基酸组成,在其N端有1个保守的七肽段WRKYGQK,然后是1个分子式为C₂H₂或C₂HC的锌指基序。目的基因中保守的WRKY结构域同源结合位点称为W box(C/TTGACT/C),几乎所有WRKY转录因子都优先结合该位点。越来越多的研究证实,WRKY转录因子在植物生长发育过程中扮演着重要角色。本文简要介绍了WRKY转录因子家族的分子结构特征及分类,并综述了番茄WRKY转录因子在响应生物与非生物逆境胁迫、调控生长发育、激素信号转导等方面的生物学功能,以期为进一步研究番茄WRKY基因家族的调控机制提供理论基础与研究思路。     

荔枝GRF基因家族的全基因组鉴定及表达分析

为揭示荔枝（Litchi chinensis）GFR基因的功能,对荔枝生长调控因子（LcGRF）基因家族进行了全基因组鉴定和分析,并研究其在荔枝中的表达模式。基于荔枝基因组数据库,使用生物信息学软件对LcGRFs家族成员进行全基因组鉴定,分析基本理化性质、染色体定位、基因结构、进化关系、蛋白保守基序、顺式作用元件和时空表达情况进行系统分析。共获得12个GRF基因,不均匀地分布在10条染色体上,内含子2～5个。蛋白保守基序分析发现,荔枝GRF蛋白均含有保守的motif1(WRC)和motif2(QLQ),进化分析LcGRF划分为5个亚家族,LcGRFs启动子上存在大量的光、植物激素、非生物胁迫响应以及生长发育相关的顺式作用元件。不同转录组表达模式结果显示,各个组织中呈现出多样化的表达特征,表明不同成员可能在荔枝不同生长发育过程中发挥调控作用,参与调节荔枝的生长发育。研究显示,荔枝GRF家族成员有12个,划分为5个亚家族。     

甜樱桃砧木PcWRKY71基因克隆及表达分析

为研究甜樱桃砧木WRKY71转录因子的功能及其对非生物胁迫和激素处理的响应,本研究克隆了甜樱桃砧木‘Gisela 6’的PcWRKY71基因序列,序列分析表明PcWRKY71完整开放阅读框为1 014 bp,编码337个氨基酸,含有1个WRKY保守结构域和1个C₂H₂锌指结构域,属于WRKY基因家族第Ⅱ类成员。生物信息学分析推测PcWRKY71编码蛋白分子量为37.41 kDa,理论等电点为6.72,属于不稳定的亲水性蛋白,定位于细胞核上,与甜樱桃和樱花的亲缘关系最近。荧光定量分析结果表明,PcWRKY71基因表达受干旱、盐害和低温胁迫诱导及激素SA和MeJA影响,说明PcWRKY71转录因子对甜樱桃砧木应答非生物胁迫和激素处理起着重要作用。     

玉米ZmWRKY36基因的生物信息学及功能分析

作为植物转录因子家族最大的成员之一,WRKY蛋白在植物的生长发育、防御反应以及胁迫响应中都发挥着极为关键的作用。本研究以玉米自交系B73为材料,克隆了一个玉米WRKY转录因子ZmWRKY36,并对其进行生物信息学与功能分析。结果表明,ZmWRKY36基因的开放阅读框为1 002 bp,编码333个氨基酸。ZmWRKY36蛋白分子量为35.8 kDa,理论等电点为5.66,属于酸性蛋白;不稳定系数为67.16,为极不稳定蛋白;亲水指数为-0.526,为亲水性蛋白;具有1个WRKY结构域和1个C₂HC锌指结构基序,属于WRKY转录因子Ⅲ类亚家族成员;与高粱SbWRKY64、稷PmWRKY4和狗尾草SvWRKY4有着较近的亲缘关系。进一步分析发现,ZmWRKY36蛋白定位于细胞核内,并且有着较强的转录激活活性。qRT-PCR结果显示,ZmWRKY36基因在玉米根和叶中表达量较高,具有组织特异性;并且受到干旱胁迫和盐胁迫的显著诱导,表明转录因子ZmWRKY36可能在玉米抵御外界干旱胁迫和盐胁迫的过程中发挥着重要作用。     

玉米ZmWRKY41基因克隆及转录激活验证

[目的]干旱是影响作物生长发育及产量的重要因素。植物WRKY转录因子超家族在植物的生长发育、响应逆境胁迫过程中发挥着重要作用。因此,克隆分析玉米WRKY转录因子的序列特征和功能,为研究玉米耐逆分子育种提供重要抗逆基因资源。[方法]本研究以玉米自交系B73为材料提取玉米总RNA反转录cDNA,克隆、分离获得ZmWRKY41基因编码区全长序列。DNAMAN比对发现,ZmWRKY41蛋白具有保守结构域WRKYGQK和锌指结构域(zinc-finger motif)C2HC,属于第三类WRKY转录因子家族。利用生物信息学方法研究该基因蛋白质理化性质,并对其进行结构分析预测。利用PlantCARE在线工具预测、鉴定ZmWRKY41基因启动子区是否含有响应非生物胁迫的顺式作用元件。将ZmWRKY41基因编码区全长序列构建pGBKT7诱饵载体上,与GAL4DNA结合域融合,转化酵母菌株AH109验证ZmWRKY41转录因子转录激活活性。[结果]玉米ZmWRKY41基因编码区全长774bp,含有长度分别为221bp、126bp、427bp 3个外显子,共编码257个氨基酸序列。蛋白质高级结构预测发现,ZmWRKY41蛋白包含2个α-螺旋结构和5个β-折叠结构,不含跨膜结构和信号肽。ZmWRKY41基因启动子元件预测发现,该启动子中含有干旱胁迫(CGGTCA)、热胁迫(AAAAAATTTC)、低温胁迫(CCGAAA)等非生物逆境胁迫响应相关的顺式作用元件。酵母转录激活验证实验显示,将含有pGBKT7-ZmWRKY41融合表达载体转化酵母AH109菌株,能在单缺、三缺培养基正常生长且能使α-半乳糖苷酶底物分解显蓝色,表明ZmWRKY41基因具有转录激活活性。[结论]玉米ZmWRKY41基因是WRKY转录因子基因家族成员之一,在酵母体内具有转录激活活性,可能参与响应非生物逆境胁迫,为进一步研究该转录因子调控非生物逆境胁迫奠定基础。     

园艺植物 WRKY 基因功能研究进展

WRKY 转录因子是植物中特有的一类反式作用因子。WRKY 基因家族成员众多,是植物中最大的转录因子家族之一。目前,已在多种园艺植物中对该家族进行了全基因组鉴定。大量研究表明,WRKY 转录因子参与了植物中多种生物学过程,如营养剥夺、胚胎发生、种子发育、毛状体发育、叶片衰老及其他发育和激素调节的过程,是许多调控信号网络的重要组成部分。WRKY 转录因子还可参与植物适应各种逆境的转录调控,已被证明其在生物应激反应中发挥重要作用并参与植物的防御机制,其在植物防御病菌、病毒和虫害调控过程中的重要作用正被逐步揭示。此外,WRKY 转录因子在植物响应环境中非生物胁迫方面的作用也被不断解析,其可参与调控植物对干旱、温度、盐及渗透的响应,并在此过程中发挥正向或负向调节作用。本文基于近年来的相关研究成果,重点综述了 WRKY 转录因子在园艺植物生长发育、胁迫响应和代谢合成方面所发挥的作用和调控机理,进一步明确园艺植物 WRKY 转录因子的重要生物学功能,阐明 WRKY 转录因子介导的转录调控网络,为园艺植物优良性状相关的遗传资源挖掘和分子育种提供理论支撑。     

谷子TCP转录因子家族成员鉴定与生物信息学分析

[目的]鉴定谷子TCP转录因子家族成员,并进行生物信息学及组织表达特性分析,为探究谷子TCP转录因子在植物生长发育、激素信号途径和生物胁迫中的生物学功能提供理论依据.[方法]通过HMMER构建隐马尔可夫模型,在谷子蛋白数据库中搜索含有TCP特征性结构域的TCP蛋白,对其理化性质、保守基序和系统发育进化进行分析,并对其基因结构、启动子顺式作用元件及组织表达特性进行分析.[结果]从谷子蛋白数据库中共鉴定出23个TCP转录因子(编号SiTCP1~SiTCP23),氨基酸数量为95~451个,分子量为9743.9~46502.6 Da,理论等电点(pI)为4.2682~11.8710,其编码基因在9条染色体上呈不均匀方式分布.23个谷子TCP蛋白被分为3个亚族,其中GroupⅠ和GroupⅢ中各有10个TCP蛋白,GroupⅡ有3个TCP蛋白.谷子TCP蛋白保守基序的组成存在一定差异,但亲缘关系较近的蛋白具有相同的保守基序,部分谷子TCP蛋白含有特殊的基序;除SiTCP5、SiTCP20、SiTCP18和SiTCP22外,其余TCP蛋白均含有保守Motif 1和Motif 2.除SiTCP1、SiTCP6和SiTCP14基因仅包含1个内含子外,其余TCP基因均无内含子,且亲缘关系较近的基因具有相似结构.谷子TCP基因的启动子含有光应答元件、激素响应元件、应激响应元件及分生组织表达应答元件等.谷子TCP基因在不同组织中具有特异性,且大部分TCP基因在穗状花序和茎中高效表达.[结论]同亚族的谷子TCP转录因子家族成员具有相似的保守基序和基因结构,推测其在激素信号途径、应答非生物胁迫(干旱和低温)及生长发育中发挥重要作用.     

植物WRKY转录因子的结构特点及其在植物防卫反应中的作用

综述了WRKY转录因子的发现、结构特点、表达特点以及WRKY转录因子在各种植物防卫反应中的调控作用,指出WRKY转录因子是一类参与多种胁迫反应的诱导型转录因子,其N-端具有WRKYGQK高度保守的氨基酸序列,能够与基因启动子中的(T)(T)TGAC(C/T)序列(W盒)发生特异性结合,从而调节基因的表达,参与植物的各种生长和发育过程。