玉米TCP家族基因生物信息学鉴定与分析

TCP家族是一类与植物器官三维形态发育或细胞周期调控相关的转录因子。本研究通过SeqHunter2软件,在玉米基因组范围内进行TCP家族基因的搜索和鉴定。共鉴定了7个玉米TCP家族基因,并根据进化树拓扑结构将其分为两大类:ClassⅠ和ClassⅡ。通过玉米、拟南芥和水稻TCP家族的进化分析推测,玉米发生了特有的TCP家族基因扩增事件,这些物种分化后进化出的基因可能参与了玉米特有的生命活动或与玉米特有的生物特征相关。玉米7个TCP转录因子的保守基序在组成上存在差异,但均含有TCP家族中最保守的两个基序。     

葡萄GRAS基因家族生物信息学分析

为研究葡萄中GRAS基因家族的特征,本文首先利用生物信息学方法对葡萄91条GRAS蛋白序列的系统发生和GRAS基因组定位进行分析,然后对其氨基酸组成成分、理化性质以及二级和三级结构进行预测和分析,同时还分析了葡萄与拟南芥的GRAS基因家族之间的联系。结果显示这91条蛋白序列与拟南芥35个GRAS基因蛋白序列一起分成了8个亚族,说明拟南芥与葡萄GRAS基因间具有较高的保守性。基因组定位结果发现91条GRAS基因分布在17条染色体上。研究还发现不同亚族间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异;而二级结构预测结果发现,91条氨基酸序列以α-螺旋和随机卷曲为主要组成部分,且91条氨基酸序列三维结构相似。     

苹果SBP基因家族生物信息学分析

首先利用生物信息学方法对苹果42条SBP蛋白序列的系统发生和SBP基因组定位进行分析,然后对其氨基酸组成成分、理化性质以及二级和三级结构进行预测和分析,同时还分析了苹果与拟南芥的SBP基因家族之间的联系。结果显示着42条蛋白序列与拟南芥16条SBP蛋白序列一起被分成了7个亚族,拟南芥与苹果SBP基因间具有较高的保守性。基因组定位结果显示42条SBP基因分布在12条染色体上。研究还发现不同亚族间氨基酸数目、氨基酸序列疏水性存在一定的差异;二级结构预测分析发现,42条氨基酸序列以随机卷曲和α-螺旋为主要组成部分,而且42条氨基酸序列三维结构相似。     

The Prediction of Rice Gene by Fgenesh

This study has been carried out to give some scientific reasons for genome annotation, shorten the annotating time, and improve the results of gene prediction. Taking the sequence of the 6th chromosome, which has more length sequences than others, of Oryza sativa L. ssp. japonica cv. Nipponbare as analysis data in this research, the gene prediction of monocots module, rice, has been done by using Fgenesh ver. 2.0, and the predicting results have been explored particularly by bioinformatics methods. Results showed that the number of predicted genes for this chromosome was very close to the number of TIGR annotated genes. The majority of the predicted genes were multi-exon genes which had a percentage of 77.52. Length range was very big in the predicted genes. According to the significant match number, multi-exon genes can be predicted more veracity than single exon genes and the support can be reached up to 100% by TIGR annotation and up to 78% by cDNA. From the angle of predicted exons location of multi-exon genes, the internal exons and last exons had a high support of cDNA. The length of internal exons was relatively short in high （〉95% length, 〉78% similarity） cDNA and/or TIGR annotation support multi-exon genes, but the first exons and last exons were on the reverse. The majority of single exon genes which had more than 95% in length, and 78% in similarity support by cDNA and/or TIGR annotation was relatively short in length. From the angle of exon number, the majority of the multi-exon genes of high （〉 95% length, 〉 78% similarity） cDNA and/or TIGR annotation support had no more than 5 exon number. It was concluded that the rice gene prediction by Fgenesh was very good but needed modification manually to some extent according to cDNA support after aligning the predicting sequence of genes with cDNA database of rice.     

基于高通量测序组装‘赤霞珠’叶绿体基因组及其特征分析

【目的】以欧亚种葡萄‘赤霞珠’(Cabernet Sauvignon)为试材,建立适于葡萄属(Vitis)植物完整叶绿体基因组组装及其特征分析的方法,为研究葡萄属植物的进化和系统发育提供方法指导。【方法】采用Illumina Hi Seq PE150双末端测序策略对其全基因组DNA建库测序,建库类型为350 bp DNA小片段文库,测序深度为10倍。以已发表的拟南芥(Arabidopsis thaliana)和欧亚种葡萄‘黑比诺’(Pinot Noir)的叶绿体基因组序列为参考,通过BLASTN比对提取葡萄叶绿体基因组序列,并用SOAPdenovo软件进行组装,得到‘赤霞珠’完整的叶绿体基因组并对其进行特征分析。【结果】基于高通量Illumina测序,共获得5.2 G的全基因组原始数据,其中,葡萄叶绿体基因组序列为0.42 G,约占全基因组序列的8%。用抽提出来的葡萄叶绿体基因组序列成功组装出‘赤霞珠’完整叶绿体基因组。特征分析表明,叶绿体基因组序列全长160 676 bp,包括大单拷贝区(large single copy,LSC)、小单拷贝区(small single copy,SSC)和2个反向重复序列(inverted repeat,IRA和IRB),长度分别为89 134、19 072和26 235 bp,具有典型被子植物叶绿体基因组环状四分体结构;共注释得到154个基因,包括99个蛋白编码基因、47个t RNA基因和8个r RNA基因;其叶绿体基因组的GC含量为37.43%;共检测到37个串联重复序列(tandem repeat sequence)和53个散在重复序列(dispersed repeats),其中,绝大部分串联重复序列的长度为11—42 bp,占叶绿体基因组序列的0.83%,而散在重复序列占叶绿体基因组序列的5.33%;此外,还检测到50个简单重复序列(simple sequence repeats,SSR)位点,大部分的SSRs均由A或T组成,同时SSRs在‘赤霞珠’叶绿体基因组上的分布是不均匀的,LSC区段含有39个SSRs,而SSC区段和IR区段分别仅有7个和4个SSRs;与蛋白编码基因对应的密码子偏好使用A/T碱基,并且编码亮氨酸(L)的密码子使用频率最高,而编码半胱氨酸(C)的密码子使用频率最低;系统发育分析表明‘赤霞珠’与‘黑比诺’、夏葡萄(Vitis aestivalis)、圆叶葡萄(Vitis rotundifolia)亲缘关系最近。【结论】基于全基因组高通量测序的方法,成功组装出‘赤霞珠’完整的叶绿体基因组,与传统获得叶绿体基因组的方法相比,此方法不需要分离叶绿体和提取cpDNA,缩短了试验时间、降低了劳动强度,并且极大地提高了试验的可行性。‘赤霞珠’叶绿体基因组的基因结构、基因顺序、GC含量和密码子偏好性均与典型的被子植物叶绿体基因组类似。     

A draft sequence of the rice genome (Oryza sativa L. ssp. japonica)

The genome of the japonica subspecies of rice, an important cereal and model monocot, was sequenced and assembled by whole-genome shotgun sequencing. The assembled sequence covers 93% of the 420-megabase genome. Gene predictions on the assembled sequence suggest that the genome contains 32,000 to 50,000 genes. Homologs of 98% of the known maize, wheat, and barley proteins are found in rice. Synteny and gene homology between rice and the other cereal genomes are extensive, whereas synteny with Arabidopsis is limited. Assignment of candidate rice orthologs to Arabidopsis genes is possible in many cases. The rice genome sequence provides a foundation for the improvement of cereals, our most important crops.     

Genome-wide RNAi analysis of growth and viability in Drosophila cells

A crucial aim upon completion of whole genome sequences is the functional analysis of all predicted genes. We have applied a high-throughput RNA-interference (RNAi) screen of 19,470 double-stranded (ds) RNAs in cultured cells to characterize the function of nearly all (91%) predicted Drosophila genes in cell growth and viability. We found 438 dsRNAs that identified essential genes, among which 80% lacked mutant alleles. A quantitative assay of cell number was applied to identify genes of known and uncharacterized functions. In particular, we demonstrate a role for the homolog of a mammalian acute myeloid leukemia gene (AML1) in cell survival. Such a systematic screen for cell phenotypes, such as cell viability, can thus be effective in characterizing functionally related genes on a genome-wide scale.     

水稻与拟南芥全基因组丝氨酸羧肽酶类蛋白家族比较分析(英文)

    基于水稻与拟南芥全基因组序列,在基因组与蛋白质组水平上对这2种模式植物的丝氨酸羧肽酶 (SCPs)基因家族进行比较分析.利用隐马可夫模型(hidden Markov models,HMM),发现水稻与拟南芥中分别存在71个与54个丝氨酸羧肽酶类(serine carboxypeptidases like,SCPL)蛋白编码基因,它们广泛分布于基因组中各条染色体上,并且存在多个基因簇聚区.基因结构分析显示,拟南芥的SCPL基因存在广泛的交替剪接方式,而这种现象在水稻SCPL基因中却不常见.蛋白结构分析表明,所有SCPL家族成员均具有α/β水解酶折叠亚族与S10家族典型的保守结构域与二级结构特征.系统进化分析表明,这125个SCPL蛋白可以分成3大类,与水稻不同,大多数拟南芥SCPL (88.9%)可归属于双链羧肽酶Ⅰ或Ⅱ.     

桃NAC基因家族生物信息学分析

NAC基因家族是最大的植物特有的转录因子家族之一,因在植物发育和逆境应答过程中起着多样的作用而被广泛关注。为进一步进行桃NAC家族基因鉴定、功能分析等研究提供基础信息,采用生物信息学方法预测了桃NAC基因家族成员数目、在基因组骨架上分布、表达模式、假定蛋白质结构和亚族分类。预测结果显示桃NAC基因家族包含115个假定NAC蛋白质,被分为17个亚族,且与拟南芥中NAC家族基因具有一定的相似性;1个NAC基因分布在11号骨架上,其余分布在1～8号基因组骨架上;对一级结构的分析结果显示桃NAC家族蛋白质分子量和氨基酸数目成正相关,绝大多数是亲水氨基酸,各亚族间等电点没有规律;115个蛋白质的二级结构全部以无规则卷曲为主要构成元件,且它们的三级结构大部分相似。在果皮中表达的NAC家族基因数最多,达到75%;在花芽中表达的NAC家族基因数较少,为1%。     

白菜硫代葡萄糖甙合成中MAM 的进化分析

【目的】探索硫代葡萄糖甙合成中关键基因-甲基硫代烷烃基苹果酸合成酶（methylthioalkylmalate,MAM）基因在白菜基因组中的进化情况,为研究白菜MAM的功能提供理论指导。【方法】根据白菜数据库BARD信息分析拟南芥、盐芥和白菜MAM的共线性关系,利用MEME在线软件预测MAM序列的高度保守基序（motif）,通过R软件分析93份白菜材料MAM的表达模式,并利用MEGA5.05软件构建MAM的系统进化树。【结果】白菜的3个亚基因组均保留着MAM的同源基因。其中与拟南芥具有共线性的5个同源基因可能源自基因组古三倍化复制,其它两个同源基因可能是由转座扩增产生的;基序分析结果表明,与拟南芥的MAM相比,白菜的MAM同源基因存在基序的缺失,并且大多发生在序列的两端;在93份白菜材料中,白菜MAM同源基因之间的表达量有很大差异,Bra021947与Bra018524只在少数材料中存在极低的表达,并且Bra029356的表达量低于可检测水平;进化树分析发现,除Bra018524外,其他的白菜MAM同源基因与拟南芥的MAM聚集在不同的分支上。【结论】白菜的MAM可能在拟南芥和白菜物种分化之后独立起源并进化出不同的功能。     

巴西橡胶树CCaMK基因家族成员的鉴定和表达分析

钙/钙调素依赖型蛋白激酶(CCa MK,calcium-and calmodulin-dependent protein kinase)是一种钙离子结合蛋白,在钙信号传导过程中起重要作用。本研究以已发表的CCa MK序列作为检索序列,对橡胶树和其他5种植物(木薯、水稻、杨树、蓖麻和拟南芥)的基因组和转录组数据进行全面搜索,鉴定得到6个CCa MK基因,其中包括一个橡胶树CCa MK基因,命名为Hb CCa MK1。序列分析发现:5种植物的CCa MK氨基酸序列同源性较高,为73%~94%。基因结构分析发现,Hb CCa MK1和所分析的其他植物CCa MK一样均,含有6个内含子、1个蛋白激酶结构域和3个EF-hand结构域;从结构和进化上看,Hb CCa MK1和蓖麻、木薯2种植物的CCa MK具有较近的亲缘关系;在表达方面,Hb CCa MK1在橡胶树根中表达丰度最高,其次为树叶和花;另外,Hb CCa MK1的表达还与叶片发育、真菌侵染和低温胁迫有关。     

水稻dirigent基因家族生物信息学分析

摘　要：利用现有的水稻生物信息资源,共鉴定出了53个水稻dirigent (OsDIR)基因,它们分布在8条水稻染色体上;基因结构分析显示,有32个OsDIR基因不含内含子,占总数的60.4%;保守功能区域预测表明,OsDIR基因至少含有1个保守的DIR功能域;模块预测显示,水稻DIR蛋白拥有至少10个大小不同的保守模块,且不同模块在基因家族成员中出现的频率有较大的差异;蛋白序列比对表明,该基因家族蛋白保守序列均位于DIR功能域内;蛋白功能预测表明,大多数OsDIR蛋白为稳定的疏水性蛋白,表达于大多数细胞器中,且在细胞壁中表达最为丰富;同源基因分子遗传进化分析表明,OsDIR基因可分为5个亚类,功能域片段与基因的复制特征表明,OsDIR基因可能起源于共同的祖先(基因)。     

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。     

应用软件Fgenesh预测水稻基因

 【目的】为生物基因组序列注释提供一定科学依据,加快序列注释进度和精确性。【方法】以粳稻日本晴（Oryza sativa L. ssp. japonica cv. Nipponbare）较长的6号染色体的序列为例,采用生物信息学手段,详细探索了Fgenesh（v2.0）对单子叶模式植物水稻基因的预测。【结果】预测的基因数涵盖了注释的基因数且两者相差不大;预测的基因以多外显子基因为主,占总基因的77.52%;预测基因的长度变化幅度很大;从显著匹配数上来看,Fgenesh对多外显子基因预测准确性较高,其中TIGR注释支持度达到100%,cDNA的支持度也在78%以上;从Fgenesh对多外显子基因不同位置的外显子预测来看,居间外显子和末端外显子的cDNA支持度较高;高支持度的多外显子基因中居间外显子的长度较短,而起始外显子和末端外显子较长;高支持度的单外显子基因长度多数较短;从外显子数目上看,高支持度多外显子基因的外显子数目主要集中在5以下。【结论】Fgenesh对水稻基因的预测有较高的准确性,但需要将预测结果与cDNA数据库进行序列比对,根据cDNA的支持情况对预测结果做必要的修订。     

Comparative analysis of the genome of the field isolate V86010 of the rice blast fungus Magnaporthe oryzae from Philippines

Genome dynamics of pathogenic organisms are driven by plant host and pathogenic organism co-evolution,in which pathogen genomes are used to overcome stresses imposed by hosts with various genetic backgrounds through generation of a range of field isolates. This model also applies to the rice host and its fungal pathogen Magnaporthe oryzae. To better understand genetic variation of M. oryzae in nature,the field isolate V86010 from the Philippines was sequenced and analyzed. Genome annotation found that the assembled V86010 genome was composed of 1 931 scaffolds with a combined length of 38.9 Mb. The average GC ratio is 51.3% and repetitive elements constitute 5.1% of the genome. A total of 11 857 genes including 616 effector protein genes were predicted using a combined analysis pipeline. All predicted genes and effector protein genes of isolate V86010 distribute on the eight chromosomes when aligned with the assembled genome of isolate 70-15. Effector protein genes are located disproportionately at several chromosomal ends. The Pot2 elements are abundant in V86010. Seven V86010-specific effector proteins were found to suppress programmed cell death induced by BAX in tobacco leaves using an Agrobacterium-mediated transient assay. Our results may provide useful information for further study of the molecular and genomic dynamics in the evolution of M. oryzae and rice host interactions,and for characterizing novel effectors and AVR genes in the rice blast pathogen.     

水稻白叶枯病致病性基因研究进展

稻黄单胞菌水稻致病变种[Xanthomonas oryzae pv.oryzae(Xoo)]可引起水稻白叶枯病,是水稻病害中最严重的病害之一,其与水稻互作是基因对基因的关系。Xoo基因组测序的完成极大推动了对Xoo基因功能的研究。为此,该文对近几年来Xoo致病性基因的鉴定情况进行统计,并就致病性基因的突变菌株对水稻接种情况和菌株自身变化进行了归纳,较为详细阐述了当前对Xoo无毒基因的鉴定研究状况,为水稻抗白叶枯病育种以及研究致病基因和致病机制提供理论基础。     

萝卜属抽薹开花相关基因FLC的预测及分析

以控制拟南芥春化途径的关键基因FLC全长CDS为参考序列,在萝卜属(Raphanus) EST数据库中进行BLASTN检索,得到具备Score≥100、E value≤10-10和coverage ≥70%条件的70条萝卜ESTs作为候选的拟南芥FLC基因的同源ESTs,并进行序列聚类拼接、注释及分析。结果显示: 在普通萝卜和野生萝卜中各发现两个旁系同源基因(RsFLCa和RsFLCb及RrFLCa和RrFLCb)。RFLCs与拟南芥FLC间在核酸水平上的一致性为787%～869%;RFLCs旁系同源基因间的一致性为759%～934%;RFLCs与芸薹属FLC直系同源基因间的一致性绝大多数维持在85%以上,且高于与拟南芥直系同源基因间的一致性。系统进化分析发现,与白菜、甘蓝及甘蓝型油菜中FLC多拷贝产生的机制可能类似,萝卜属FLC基因的多拷贝现象可能也是伴随萝卜基因组的多倍化而产生的。     

黄瓜基因组中抗霜霉病候选基因的生物信息学及其表达特异性

【目的】寻找黄瓜抗霜霉病基因,研究黄瓜抗霜霉病机制。【方法】利用拟南芥和甜瓜抗霜霉病蛋白质序列,搜索黄瓜基因组数据库;通过生物信息学分析候选基因特征,以黄瓜抗霜霉病自交系M801-3-1为试材,分析候选基因在叶片组织中的表达状态。【结果】共获得187个黄瓜抗霜霉病候选基因;确定了候选基因染色体位置和排列特点、序列相似性特征以及系统进化关系;大部分黄瓜R基因在未接种霜霉病菌的抗病自交系和感病叶片组织中都有一定的表达量,在接种霜霉病菌后在抗病自交系M801-3-1中Csa001907和Csa002921表达量下调,感病自交系M302-3 中Csa001907和Csa002921变化不明显。【结论】在黄瓜基因组中存在185个与拟南芥抗霜霉病基因同源的R基因,2个与甜瓜的抗霜霉病基因At1和At2同源的eR基因,通过聚类分析这些基因可以分为6类,初步认定Csa001907和Csa002921为黄瓜抗霜霉病的R基因,这2个基因在叶片组织中有一定表达量,其表达量减少可诱发抗病黄瓜品种的抗病反应。     

日本百脉根牻牛儿基牻牛儿基氢化酶的电子克隆及进化分析

根据物种间同源基因相对保守的特点,利用生物信息学的方法,以拟南芥牻牛儿基牻牛儿基氯化酶（GGH）基因cDNA序列为信息探针,搜索GenRank中的HTGs数据库,找到一个与之高度匹配的日本百脉根基因组DNA序列LJT46M09,用GENSCAN软件分析该序列得到一个包含2个外显子和1个内含子的基因。以此基因序列BLAST检索GenBank中的est-others数据库获得了同源的EST片段。进行EST拼接后得到该基因的cDNA序列,GenBank登录号为DQ013361,由1389bp核苷酸组成,具有完整的开放阅读框架（ORF）,推测编码蛋白为462个氨基酸。推导的氨基酸序列与大豆、截形苜蓿、烟草、拟南芥、小麦、水稻的牻牛儿基牻牛儿基氢化酶基因氨基酸序列的一致率分别为91％、89％、84％、81％、73％、74％。访基因与叶绿素等的生物合成有关。