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。     

玉米JAZ基因家族的生物信息学分析

基于已发布的玉米全基因组数据,利用系列生物信息学分析软件对玉米JAZ基因家族进行了氨基酸组成及其理化性质、蛋白质亲疏水性、磷酸化位点、二级结构元件和含量、跨膜结构域、信号肽、蛋白质亚细胞定位、功能结构域预测和分析。结果表明,玉米JAZ蛋白的氨基酸残基数目介于110～426个,相对分子质量介于11 834.49～30 494.24,理论等电点介于4.89～10.18,玉米JAZ蛋白的主要氨基酸为丙氨酸、脯氨酸、精氨酸等。稳定性预测结果表明,玉米JAZ蛋白均为非稳定性蛋白质;信号肽和跨膜结构域预测结果显示,这些蛋白质均为非分泌蛋白质,不具有信号肽,且没有明显的跨膜结构域。JAZ蛋白二级结构元件主要为不规则卷曲、α-螺旋和延伸链。亚细胞定位预测结果显示,JAZ蛋白质主要定位于细胞核;结构域预测结果表明,JAZ蛋白均含有JAZ蛋白家族典型的TIFY和CCT-2功能结构域。研究结果可为玉米JAZ基因功能研究和玉米性状定向改良奠定理论基础。     

玉米GRAS基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析

GRAS基因家族是植物中广泛存在的一类转录因子,在植物生长发育、生物和非生物逆境胁迫、光信号和激素信号应答等多个过程中发挥重要作用。对玉米GRAS基因家族成员的理化性质、染色体定位、系统发育、顺式作用元件等特征进行了分析。结果表明,在玉米全基因组中共鉴定出49个ZmGRAS基因,不均匀地分布于1～10号染色体上,编码蛋白质理化性质差异较大,可能在不同的微环境下发挥作用。系统进化分析将GRAS蛋白分为8个亚家族,可能在调节自身生长发育、逆境应答等过程中具有重要作用。玉米GRAS基因家族的启动子区含有激素应答、光响应、胁迫应答等多种顺式作用元件,推测其可能响应激素、胁迫等多种信号。共线性分析显示,具有共线性关系的基因可能是染色体片段复制的结果,且属于同一亚家族,具有相似的结构和功能。研究结果为进一步研究玉米GRAS基因的功能和逆境胁迫响应机制提供了依据。     

石榴TCP基因家族的生物信息学与表达分析

TCP是植物特有转录因子家族之一,参与植物的叶发育、花发育、分枝发育、芽的休眠、果实的成熟及花色苷的生物合成等生长发育过程。本研究以石榴基因组数据和转录组数据为材料,分析了石榴TCP基因家族成员的理化性质、系统进化关系、保守结构域、基因结构和表达情况。结果表明,石榴基因组有22个TCP基因,TCP蛋白氨基酸长度在221～644 aa之间,蛋白分子量为23.23～70.76 ku。石榴TCP基因可分为ClassⅠ(PCF)和ClassⅡ(CYC/TB1和CIN)两大类。大多数PgTCP基因无内含子。CIN亚族成员PgTCP1、PgTCP3、PgTCP4、PgTCP5含有miR319调控位点。PgTCP1和PgTCP3在叶片中表达量高,PgTCP1和PgTCP14在花中表达量高。PgTCP22在果皮发育中表达量降低,PgTCP2和PgTCP5在外种皮发育中表达量降低。该研究结果可为石榴TCP家族基因功能研究,探索TCP调控石榴果实发育及品质形成提供参考,为石榴的分子育种提供科学依据。     

椰子SUT基因家族的生物信息学及其表达分析

蔗糖转运蛋白是非常典型的跨膜转运蛋白,它在蔗糖的吸收和转运过程中发挥重要作用。目前对椰子蔗糖转运蛋白的功能和机制还不够了解,为深入探究椰子蔗糖转运蛋白家族(CnSUTs),通过生物信息学方法对CnSUTs的5个成员(编号CnSUT1～CnSUT5)进行综合性分析,主要涉及到蛋白理化性质、同源性等方面。结果表明:CnSUTs主要定位于质膜上,它属于典型的疏水性膜蛋白;这种蛋白存在GPH结构功能域,具有高度保守性;α-螺旋和无规卷曲是最为重要的二级结构元件,其三级结构非常类似。本研究为探究CnSUTs蛋白家族在高粱的蔗糖吸收及转运中的功能提供重要参考。     

玉米ZmHDR基因的分子克隆及生物信息学分析

为了解Zm HDR在玉米叶绿体发育过程中的作用机制及进化模式,利用RT-PCR方法克隆了玉米HDR基因,并对其进行了生物信息学分析.结果表明,ZmHDR基因在玉米基因组中以单拷贝形式存在,全长序列为3 188 bp,其中含有1 389 bp的开放阅读框,编码1个由462个氨基酸组成的蛋白;半定量PCR分析表明,该基因是一个组成型表达的基因;不同物种氨基酸序列比对结果显示,ZmHDR基因与高粱、水稻、黄花蒿、烟草、三叶胶、孜然芹、拟南芥、青色藻同源性比较高,暗示该基因在进化上具有高度的保守性.     

大白菜YUCCA基因家族的鉴定与生物信息学分析

生长素(IAA)是一种重要的植物内源激素,YUCCA基因作为IAA生物合成的限速酶编码基因,在植物生长发育过程中起着重要的调控作用。为深入研究大白菜YUCCA基因家族的功能,利用生物信息学分析对大白菜中YUCCA基因家族成员进行全基因组水平鉴定,并对其基因组信息、蛋白质生理生化特征、基因结构、保守结构域、系统进化树等方面进行研究。结果表明,在大白菜基因组中共鉴定出19个YUCCA基因,可以聚类到2个大的分支,CladeⅠ和CladeⅡ;YUCCA基因在大白菜10条染色体上呈不均匀分布,并有1对基因以串联重复现象在染色体上分布;基因结构分析表明大白菜YUCCA基因一般含有0～3个数量不等的内含子;对大白菜YUCCA蛋白质氨基酸序列多重比对的分析表明大白菜YUCCA蛋白质存在高度保守的FAD结合位点(一致序列为GAGPxG)和NADPH结合位点(一致序列为GxGNSG);通过MEME软件对大白菜YUCCA蛋白质模体(motif)的预测还发现12个比较保守的motif。上述研究结果为大白菜YUCCA基因功能的研究奠定了一定的基础。     

马铃薯StUOXs基因家族的生物信息学分析

马铃薯(Solanum tuberosum)是世界第三大粮食作物,其产量和品质受到生物与非生物胁迫的影响。泛醌氧化酶(ubiquinol oxidase,UOX)是一种由核基因编码的线粒体末端氧化酶,在植物生长发育及胁迫应答中发挥重要作用。为了解StUOXs在马铃薯抗病过程中发挥的应答反应,利用生物信息学方法在马铃薯基因组中鉴定出5个StUOXs基因,对其理化性质、染色体定位、三级结构、进化关系、保守结构域、启动子元件和表达谱尤其是受青枯菌(Ralstonia solanacearum)诱导的表达模式进行了分析。结果表明:马铃薯StUOXs基因编码的氨基酸数在279～366,相对分子质量为31～42 ku,亚细胞定位在线粒体中;系统进化分析发现,马铃薯StUOXs成员与番茄、辣椒的UOXs成员的亲缘关系最近,较之拟南芥、烟草亲缘关系稍远;FPKM数据分析发现,StUOXs主要受盐、激素和生物胁迫诱导而在叶片中表达,这与其启动子中的存在的激素应答等顺式作用元件相对应。青枯菌接种后的qRT-PCR实验表明,StUOX4参与马铃薯青枯病的早期应答反应。     

拟南芥转酮醇酶Transket结构域家族基因的鉴定和生物信息学分析

植物转酮醇酶是植物光合作用中的重要酶类,在卡尔文循环中起着关键作用。本研究利用HMMER程序,对拟南芥转酮醇酶Transket的家族成员进行鉴定,获得了12个Transket家族成员,其中AT3G60750是一个植物光合作用的关键基因。利用MapInspect绘制了各家族成员的染色体定位图谱。利用生物信息学方法对拟南芥芯片信息数据进行了分析,获得了各家族成员在不同组织中的表达模式。本研究结果将为揭示此类蛋白参与植物体内的生理过程及分子机制有着重要的借鉴意义和参考价值。     

森林草莓糖基转移酶基因家族生物信息学及其表达分析

【目的】对森林草莓糖基转移酶基因（FvUGT）家族进行生物信息学分析及基因表达分析,为深入研究森林草莓UGT基因功能和探索UGT调控草莓果实发育及花色苷及品质形成提供理论依据。【方法】基于Phytozome数据库鉴定得出138个FvUGT基因家族基因,运用生物信息学方法分析其蛋白理化性质、基因结构、保守结构域和进化关系,并采用实时荧光定量PCR对UFGT候选基因在森林草莓（红果和白果2个类型）各组织（根、叶柄、叶和果实）中的表达量进行分析。【结果】FvUGT基因家族可分为12个类群（A、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L和N）,每个类群分别包含16、2、23、32、8、1、5、5、7、3、21和4个成员;染色体定位发现FvUGT基因家族成员在除2号染色体之外的其他染色体上均有分布,且分布不均;FvUGT基因内含子长度、外显子位置和数目在不同成员间均存在差异,FvUGT基因家族在进化过程中产生较强的分化。实时荧光定量PCR检测结果表明,FvUFGT70基因在森林草莓白果和红果的叶和叶柄中有较高表达;FvUFGT94基因在各组织中均有表达;FvUFGT67和FvUFGT68基因在根中有较高表达;而FvUFGT95和FvUFGT96基因在果实中有表达,且显著高于其他组织（P<0.05,下同）。同时,在果实的小绿期、转色期和成熟期的表达表现为,成熟期FvUFGT33和FvUFGT95这2个基因在森林草莓红果类型的表达量显著高于白果类型。【结论】7个FvUFGT基因表现出明显的组织差异性,其中FvUFGT33和FvUFGT95基因在果实中有较高表达量,且在森林草莓红果类型表达量显著高于白果类型,故推测其在花色苷合成中发挥作用。     

玉米组蛋白编码基因鉴定与表达分析

为了鉴定玉米基因组中组蛋白编码基因并分析其在不同条件下的表达规律,本研究利用生物信息学方法对玉米基因组中组蛋白编码基因进行了系统性鉴定和分析,利用同源性分析鉴定玉米组蛋白编码基因,利用保守结构域分析对组蛋白进行结构域鉴定,利用转录组测序数据对组蛋白编码基因进行表达规律分析。结果表明,玉米基因组中存在16个H2A,13个H2B,12个H3,9个H4和4个H1;对蛋白结构分析时发现玉米组蛋白保守结构域的数量和序列在同一亚族中高度保守,并且在不同物种中也非常保守;对玉米组蛋白基因的组织表达特异进行分析,发现玉米组蛋白编码基因在不同组织中表达水平有明显差异;对生物胁迫和非生物胁迫数据分析,发现组蛋白编码基因在不同胁迫下表达水平发生明显变化。本研究全基因组层面对玉米组蛋白编码基因进行了系统性鉴定和分析,明确了玉米中组蛋白的编码基因,揭示了组蛋白编码基因在玉米不同组织及生物和非生物胁迫中的表达规律,为进一步阐明其功能奠定了重要的理论基础。     

6个玉米ERF基因的克隆、序列及表达分析

利用同源克隆的方法分离了6个玉米ERF(ethylene-responsive element binding factor)基因,分别命名为ZmERF4、ZmERF26、ZmERF28、ZmERF64、ZmERF89和ZmERF202。基因结构分析显示,ZmERF与拟南芥的AtERF可能存在差异。系统发育分析显示,ZmERFs与OsERFs的亲缘关系更加亲近,而与AtERFs的关系则稍远。RT-PCR表达分析表明,在乙烯利(ET)处理之后,这6个ZmERFs的mRNAs水平在叶中都是先积累后下降的,但其中4个基因(ZmERF4、ZmERF28、ZmERF64和ZmERF89)在玉米根中都是呈现负调控的。在脱落酸(ABA)和茉莉酸(JA)处理下,6个ZmERFs的mRNAs水平在叶中都发生了或多或少的变化,但是大部分基因在根中的表达量没有明显变化,特别是在JA处理之后。这些结果暗示ZmERFs可能在玉米根和叶的激素信号通路中发挥不同的作用。     

玉米粗缩病发生规律及其对玉米产量的影响

介绍了玉米粗缩病发生的原因及规律,研究了粗缩病对不同玉米品种产量的影响,并根据生产实际提出了有效的综合防治措施。     

玉米泛素结合酶基因家族的生物信息学及表达分析

[目的]利用生物信息学分析玉米泛素结合酶(E2)基因家族的理化性质和功能,并研究低磷处理下泛素E2基因在玉米幼苗不同组织部位的表达情况,为深入研究泛素E2基因响应低磷胁迫的分子机制提供理论参考.[方法]以MEGA 6.0邻接法(NJ)构建拟南芥、水稻和玉米E2基因家族成员的系统发育进化树,利用生物信息学方法对75个玉米E2基因进行序列分析及理化性质预测.对玉米幼苗进行低磷处理,分别在0、1、6和24 h时采集其根部和叶片样品,并分别通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测其E2亚家族XVIII成员基因即ZmUBC17、ZmUBC18、ZmUBC48、ZmUBC57和ZmUBC58在玉米幼苗不同组织中的表达情况.[结果]拟南芥、水稻和玉米的E2基因可划分为18个亚家族,各亚家族间基因功能和进化关系较相近,但含有的E2基因数量差异明显,以亚家族VI的成员最多,亚家族X、XII和XV的成员数最少,均为3个,各亚家族中均分别含拟南芥、水稻和玉米E2基因各1个.玉米E2基因的编码区序列(CDS)长度为402~2616 bp,编码133~871个氨基酸,外显子数目数量存在明显差异,以4~6个居多,最少为1个,最多为12个.86.8%的玉米E2蛋白为不稳定蛋白.玉米E2亚家族XVIII成员中,ZmUBC18、ZmUBC48、ZmUBC57和ZmUBC58蛋白UBC结构域序列具有高度相似性,但与ZmUBC17存在明显差异,且这4个基因在玉米根和叶中均有表达,基因表达模式相似,整体上在低磷处理6 h时的表达量最高;低磷处理下ZmUBC17基因在根中不同时间点的表达量变幅较小,但在叶0~24 h时的表达量呈逐渐升高的变化趋势,尤其是24 h时表达量达最高,表明ZmUBC17基因的响应部位是叶片.[结论]玉米泛素E2蛋白可能参与调控对磷元素的吸收,尤其是ZmUBC17基因具有组织表达特异性,在叶片中大量表达,推测ZmUBC17基因通过调控玉米对磷元素吸收和转运间接影响光合作用效率.     

黄瓜RNA解旋酶基因家族的生物信息学鉴定和表达分析

利用生物信息学方法对黄瓜RNA解旋酶基因家族成员、基因分类、染色体定位和系统进化关系进行了分析预测,并利用实时荧光定量PCR技术检测了11个黄瓜DEAD-box RNA解旋酶基因的组织表达模式和NaCl、低温4℃、脱落酸(ABA)以及高温39℃胁迫条件下的表达变化。结果表明,黄瓜RNA解旋酶家族包含101个基因,DEAD-box、DEAH-box和DExD/H-box 3个亚家族分别包含32、27和42个基因成员;黄瓜的7条染色体均有RNA解旋酶基因分布,其中第3条染色体最多,有30个RNA解旋酶基因,仅有8个基因分布在第4条染色体上;黄瓜RNA解旋酶基因编码的蛋白包含376~2 330个氨基酸,等电点在5.13~10.00;qRT-PCR分析发现,除CsDEAD16和CsDEAD25外,其他基因在花中表达量均最高,在黄瓜根中仅检测到CsDEAD17、CsDEAD21、CsDEAD22和CsDEAD24的表达;黄瓜幼苗经上述胁迫处理后11个基因均有不同程度的表达量变化,其中CsDEAD16、CsDEAD21、CsDEAD22、CsDEAD24、CsDEAD25和CsDEAD27明显受ABA上调,而CsDEAD24的表达受高温诱导。本研究为进一步探索黄瓜RNA解旋酶基因在其生长发育中的作用和抗性作用机制,奠定了一定的理论基础。     

杨树HSF家族基因生物信息学与胁迫应答表达分析

[目的]探究小黑杨热激转录因子HSF在应答高温和高盐胁迫时发挥的关键作用.保守结构域和顺式作用元件预测等对杨树HSF转录因子家族基因进行生物信息学分析.本研究以小黑杨为材料,经过37℃高温胁迫半个月后观察其形态变化;将小黑杨在37℃下分别处理0、12、24、48 h,采用RT-qPCR对小黑杨组织中的PsnHSFs基因...     

玉米钙依赖蛋白激酶全基因组鉴定及抗旱表达分析

【目的】分析研究玉米钙依赖蛋白激酶全基因组鉴定及抗旱表达。【方法】使用NCBI Blast、DNAMAN和MotifScan等程序分析玉米钙依赖蛋白激酶CDPK的蛋白结构域和系统发育。采用Real-time RT-PCR方法分析CDPK基因在干旱胁迫处理玉米幼苗中的表达,评价CDPK基因对玉米干旱胁迫反应能力。【结果】鉴定出了在玉米中含有39个CDPK基因。将CDPK基因分为4个组。每个群体中的成员有共同的蛋白质基序和外显子及内含子结构,共同的进化起源。39个玉米CDPK基因根据它们的系统发育关系分组,并锚定在特定的玉米染色体上。多数CDPK基因在玉米干旱胁迫中的表达水平发生改变,CDPK基因参与对干旱胁迫的响应。【结论】从玉米基因组数据库中鉴定出了39个CDPK基因,大多数玉米CDPK基因在不同组织和不同发育阶段表现出不同的表达水平,CDPK基因在玉米发育中发挥不同的作用。多数CDPK基因在干旱胁迫下的表达量均发生变化。