小麦NPR1基因家族鉴定及其表达分析

【目的】对小麦NPR1基因家族成员进行鉴定及表达分析,为探究该家族基因的作用机制及小麦遗传改良提供理论参考。【方法】以拟南芥NPR1家族蛋白序列为参考序列,从小麦基因组中鉴定出小麦NPR1基因家族成员,利用生物信息学软件对其序列特征进行分析,并分别利用RNA-Seq原始数据和实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析小麦NPR1家族基因在不同组织及不同胁迫下的表达水平。通过STRING在线网站构建TaNPR1s蛋白的互作网络。【结果】共鉴定获得20个小麦NPR1基因家族成员,其编码蛋白的不稳定指数均大于40,为不稳定蛋白;平均总亲水性值（GRAVY）均为负值（除TaNPR5-D为正值外）,为亲水蛋白;主要分布于细胞核内,在叶绿体、线粒体、内质网和细胞质等部位也有分布;二级结构均由α-螺旋、延伸链、β-转角和无规卷曲组成,以α-螺旋和无规则卷曲为主;对应的三级结构模型有10种。20个TaNPR1s蛋白均可与转录因子HBP-1b及未知蛋白A、B、C、D发生相互作用,这5种蛋白均含有bZIP结构域（含TGACG基序）和种子休眠特异基因结构域（DOG1）。TaNPR1s基因在不同组织中的表达模式不同,可分为在多个组织中表达、在特定的组织或发育阶段表达和在不同组织发育阶段均低表达或不表达,共三大类。随机挑选的8个TaNPR1s基因中,有3个基因在禾谷镰刀菌胁迫下表达量降低,但在白粉病菌胁迫下表达量升高;有2个基因在这两种菌胁迫下表达量均升高,有2个基因在两种菌胁迫下表达量均下降。TaNPR1s基因对6种非生物胁迫处理均有响应,但表达模式存在差异。【结论】小麦NPR1基因家族成员在不同组织生长发育过程和生物和非生物胁迫响应中发挥重要调控作用,且基因的可变剪接体也表现出不同组织表达特性,丰富了NPR1s蛋白功能。TaNPR1s蛋白可能通过与bZIP和DOG1结构域结合发挥其生物学功能。     

小麦IQM基因家族鉴定及非生物胁迫下表达分析

IQM基因是钙调素结合蛋白家族中的重要分支,在植物生长发育和应激反应中发挥重要作用。本研究利用生物信息学方法在小麦全基因组中鉴定出23个IQM基因家族成员,对其染色体位置、理化性质、系统进化关系、基因结构、蛋白保守结构域、启动子顺式作用元件和基因表达特性等进行了系统分析。结果表明,TaIQM基因家族成员随机分布在小麦18条染色体上,亚细胞定位结果显示所有基因均位于细胞核中,系统进化分析将其分为3个亚类,同一亚类间基因结构、蛋白保守结构域相似度较高,推测其功能相似;顺式作用元件分析表明,TaIQM基因家族成员启动子中含有多种与逆境胁迫及生长发育相关顺式作用元件;转录组数据分析显示,TaIQM基因家族成员在不同时期的根、茎、叶、穗和籽粒中表达量存在显著性差异;qRT-PCR分析显示,在小麦苗期地上部和地下部,TaIQM基因响应干旱、低温、高温、NaCl、ABA等多种胁迫,显示上调或下调表达。初步推断这些基因可能通过Ca²⁺信号通路参与非生物胁迫调控,研究结果为全面解析TaIQM基因结构与生物学功能、非生物胁迫响应分子机制提供依据。     

谷子HSP90基因家族鉴定及干旱胁迫下表达分析

热激蛋白90(heat shock proteins 90,HSP90)是广泛存在于植物中的一种高度保守的细胞伴侣蛋白家族,参与调节和维持各种蛋白质的构象,在植物的生物和非生物胁迫应激反应中起着重要作用.为探讨谷子HSP90基因家族(SiHSP90s)在干旱胁迫下的潜在抗旱功能,对SiHSP90s进行鉴定,并分析其在干...     

核桃 JrCOR413 基因家族鉴定与表达分析

为解析核桃COR413基因家族在响应冷胁迫中的作用,本研究利用生物信息学技术在核桃全基因组筛选并鉴定COR413家族基因,对该家族成员进行结构和表达分析。结果表明,核桃COR413基因家族包含6个基因,编码7条蛋白,分布在4条染色体上,开放阅读框为549～804 bp,翻译蛋白范围为182～267个氨基酸,等电点为8.15～9.93,全部为碱性稳定蛋白;含有典型的WCOR413高度保守的结构域。聚类分析发现,该类基因可与拟南芥高度同源,并分为2个亚组。在低温胁迫48 h后经转录表达分析,JrCOR5在2个核桃品种中显著升高,并且在花器官和嫩茎转录表达较高;结合qPCR分析,JrCOR5在冷胁迫48 h显著升高,达到90倍以上。因此,推测JrCOR5可能在核桃响应冷胁迫过程中起到重要作用。本研究结果将为解析核桃JrCOR413基因家族成员在响应冷胁迫过程中的分子机制研究奠定基础。     

大白菜COBRA基因家族鉴定及其低温胁迫表达分析

【目的】鉴定大白菜COBRA基因家族成员,分析基因在低温胁迫下的表达并预测基因功能。【方法】利用生物信息学方法对大白菜的COBRA基因家族进行鉴定,并对基因结构、系统进化、启动子元件和表达模式进行分析。【结果】大白菜COBRA基因家族包含23个成员,命名为BrCOBL1～BrCOBL23,分布于大白菜基因组的8条染色体上,根据基因序列特点将其分为2个亚族。大白菜与同属于十字花科的拟南芥、甘蓝型油菜、甘蓝和芥菜基因组中共鉴定出147个COBRA基因,系统进化树分析表明以上COBRA基因家族成员可聚为8个亚组。基因表达分析显示：低温胁迫下,大白菜BrCOBL1、BrCOBL2、BrCOBL15和BrCOBL16的表达量显著升高。【结论】COBRA蛋白序列含有共同的保守基序,且某些基序特异存在于不同的亚族,表明这些基序可能与各亚族的功能分化有关。根据启动子分析结果推测BrCOBL基因可能参与大白菜的非生物胁迫响应及激素应答调控。     

小麦、野生二粒小麦、大麦CBF基因家族比较分析

CBF(C-repeat-binding factor)是植物响应低温胁迫的主要转录因子。对小麦、野生二粒小麦、大麦CBF基因家族进行了全基因组鉴定和比较分析,并采用生物信息学技术对CBF基因的结构、系统发育、染色体定位、顺式作用元件以及共线性进行了分析,然后利用转录数据分析了该基因在不同胁迫条件下以及不同组织中的表达模式。经鉴定,小麦、野生二粒小麦、大麦CBF基因分别有75、31、19个。CBF基因具有很强的保守性,编码蛋白为亲水蛋白,绝大多数具有单一外显子结构,在第5染色体上集中分布;CBF基因家族存在片段串联重复和染色体倍加现象;不同CBF基因具有不同顺式作用元件。在不同胁迫条件下CBF基因表达水平不同,不同组织中的CBF基因表达水平也不同。由此推测CBF基因结构和功能出现分化可能是植物对不同环境的自适应结果,片段串联重复和染色体倍加是CBF基因家族扩张的驱动力。     

杨树NRAMP基因家族全基因组鉴定与生物信息学分析

为研究杨树自然抗性相关巨噬细胞蛋白(NRAMP)家族成员的结构和功能,利用生物信息学方法,从杨树全基因组数据库中筛选并鉴定NRAMP家族基因序列,并对该家族成员的理化性质、二级结构、基因结构、保守基序、染色体定位、进化树和组织表达量进行分析。结果表明：从杨树基因组中共鉴定出6个NRAMP基因家族成员,编码的氨基酸数量差异较大,为503～1 310,亚细胞定位表明其均在质膜上,各个成员跨膜结构数量在10～12。PNT31315的二级结构以无规则卷曲为主,其他家族成员主要的二级结构为α-螺旋。进化树分析表明,杨树NRAMP家族基因全部聚类于第3类,且与玉米、高粱、甘蔗和水稻皆有相似基因,不存在物种特异性。染色体定位分析表明,该家族各基因在染色体上分散分布,只有PNT48459和PNT49289两个基因分布在一个染色体上,且不存在串联重复和片段复制基因。蛋白功能预测结果显示,PNT48459和PNT52668可能与植物金属耐受蛋白结合参与金属离子的吸收与转运,PNT31315可能参与植物激素信号转导。PNT48459、PNT37313和PNT31315在主根中的表达量较高,推测其参与重金属吸...     

蒙古栎QmMYC基因家族鉴定及其干旱胁迫下表达分析

蒙古栎（Quercus mongolica Fisch. ex Ledeb.）是中国东北次生落叶阔叶林的主要建群树种之一,耐干旱耐贫瘠。植物MYC转录因子可以响应干旱胁迫。基于蒙古栎全基因组数据,利用生物信息学手段对QmMYC基因家族进行结构和功能预测,结果显示,QmMYCs有11个成员,命名为QmMYC1～11,分为4个组,其CDS长度和编码氨基酸长度分别介于1293～2139bp和430～712aa之间,分子量为48～79KDa,二级结构由α-螺旋、延伸链和无规则卷曲组成,均为不稳定亲水蛋白并被定位到细胞核上,且每个组内基因和蛋白结构较为相似。11个QmMYCs分别定位到蒙古栎的6条染色体上。QmMYCs启动子区域存在多个与蒙古栎激素调节和逆境等相关的顺式作用元件。qRT-PCR分析显示,除QmMYC11外,其余QmMYCs均受到10%PEG6000模拟干旱胁迫的显著影响：QmMYC5/8/9和QmMYC1/3/4/6/7分别是胁迫6h和12h的主要响应因子,其中QmMYC4响应最显著,12h后多数基因表达下调,而QmMYC2/10表达有一定滞后性,于24h表达最高。研究结果对于进...     

毛果杨WRKY基因家族鉴定与表达分析

WRKY转录因子是植物中最大的转录调控家族之一,是调控植物许多生物过程信号网络的组成部分,具有多种生物学功能.该研究根据已公布的拟南芥基因组中当前确定的WRKY基因家族成员,利用其序列进行结构域的分析,从而确定WRKY基因家族的基本特征,并以此为基础,从毛果杨序列库中筛选出WRKY基因家族的成员.再利用MEGA5软件、在线工具ExpasyProtparma、BioEdit等进行理化性质分析、motif结构对比、进化树构建、基因表达分析等.结果表明:毛果杨WRKY基因家族20个成员编码序列长为189～624bp,有多个染色体定位重复分布于第1、5、14号染色体上.WRKY蛋白均定位于细胞外,亲水性较差,具有较高的脂溶性和不稳定性.20个WRKY基因均在毛果杨中表达,但有明显的差异.     

玉米CPK基因家族鉴定及干旱胁迫下表达分析

干旱严重影响玉米的产量和品质。钙依赖性蛋白激酶(Calcium-dependent protein kinase, CPK)是一种Ca2+结合蛋白,在植物非生物胁迫应答方面发挥重要作用。本研究对玉米37个ZmCPKs的染色体定位、系统进化、基因结构、保守结构域和理化性质进行了分析。其中,36个ZmCPK基因不均匀的分布在9条染色体上;通过系统进化分析将其分为4个亚组,同一亚组成员具有相似的基因结构和保守结构域;ZmCPKs启动子分析表明,ZmCPKs启动子区含有大量的逆境响应元件,包括MBS、DRE和ABRE等;qTeller数据库和转录组数据分析表明,ZmCPKs基因家族成员在营养生长和生殖生长期均有表达,其中,26个基因在干旱胁迫下表达量发生变化。综合启动子元件及转录组数据,共筛选出9个基因作为干旱响应候选基因。进一步qRT-PCR验证显示,这9个基因均受PEG诱导表达。本研究可为玉米耐旱性的遗传改良提供优异的基因资源。     

番茄脱落酸受体PYL基因家族全基因组鉴定及表达分析

脱落酸受体家族包含许多功能基因,其中PYR/PYL/RCARs(PYL)在植物生长发育和防御反应等方面发挥重要生物学功能。PYL基因表达可参与ABA通路调节,对非生物胁迫作出响应。PYL基因家族成员在其他植物中已被鉴定和研究,但在番茄中研究较少。研究首次在番茄中鉴定出20个PYL基因家族成员,分别命名为SlPYL1～SlPYL20。利用生物信息学方法,分析其理化性质、基因结构、系统发育关系、染色体定位、共线性关系和顺式作用元件等,通过顺式作用元件分析发现其含有胁迫响应元件、光响应相关元件和植物生长发育相关元件,预示PYL基因家族功能多样性。转录组数据分析表明,干旱和高温处理前后SlPYL基因表达模式不同,q RTPCR分析发现6个SlPYLs基因全部响应干旱和外源ABA处理,部分响应冷胁迫和盐胁迫。研究为提高番茄逆境抵抗能力研究提供新的候选基因。     

谷子GH5基因家族全基因组鉴定和表达分析

糖苷水解酶5(GH5)属于最大的糖苷水解酶家族,在细胞壁合成与降解过程中发挥重要作用。为解读谷子GH5基因家族特性,通过生物信息学方法对谷子进行全基因组扫描,鉴定并分析谷子GH5家族成员。结果表明,谷子具有18个GH5基因(命名为SiGH5-1~SiGH5-18),不均匀分布在8条染色体上。SiGH5蛋白具有保守结构域,叠合比对发现不同物种GH5蛋白结构高度保守。多物种系统发育树分析表明,GH5蛋白具有种属特异性特点。基因结构分析发现,同一分支的GH5蛋白具有相似的基序分布,GH5成员具有外显子改组现象。表达谱分析发现,谷子GH5家族基因属诱导型表达,其中,SiGH5-8、SiGH5-17在谷子各器官和非生物胁迫过程中均具有较高表达量。启动子分析鉴定到大量激素类响应元件,暗示GH5家族成员通过响应植物内源激素发挥调控作用。     

小黑杨LBD基因家族全基因组鉴定及耐盐性分析

[目的]LBD基因家族是植物特有的一类转录因子,在植物生长发育调控和逆境胁迫响应过程中发挥重要作用。目前有关杨树LBD基因家族的研究报道很少,为了更加深入且全面研究LBD基因家族,本研究对杨树LBD家族基因进行鉴定与分析。[方法]本研究利用生物信息学方法以及转录组测序对该家族成员的基因结构、保守结构域、染色体分布、基因重复事件、启动子顺式作用元件、盐胁迫下基因的表达模式进行分析。[结果]本研究在杨树中共鉴定出58个LBD基因,这些基因均匀分布在16条染色体和2个支架上。并发现杨树LBD家族基因之间的重复事件多达19对,其中片段重复16对,串联重复3对,且重复基因对的Ka/Ks值均小于1,推测这些基因可能受到纯化选择。通过分析杨树与其他5个物种之间LBD基因的同源进化关系,发现与单子叶植物相比,LBD与双子叶植物具有更强的同源关系。通过分析其启动子,发现大量与激素、非生物胁迫和生长发育相关的顺式作用元件。通过RNA-Seq和RT-qPCR分析盐胁迫下LBD家族基因的表达模式,发现随机挑选8个基因能够受到盐胁迫的诱导,猜测这些基因有可能在盐胁迫中发挥重要的作用。[结论]本研究对杨树LBD家...     

小麦磷转运蛋白基因TaPT4的克隆和表达分析

在富集低磷响应基因的小麦根系cDNA差减杂交文库中,测序后获得1个与大麦磷转运蛋白基因HvPT4高度同源的表达序列标签TaPT4-EST。经BLAST分析获得该EST对应的全长cDNA,将其命名为TaPT4。TaPT4的cDNA全长为1 927bp,编码537个氨基酸残基,编码蛋白含有12个跨膜保守域。系统进化分析表明,TaPT4除与HvPT4具有较高的相似性外,还与呈高亲和特征的黑麦磷转运蛋白基因PT和小麦磷转运蛋白基因PT1高度同源。TaPT4在叶中的表达为组成型,在根中的表达受到低磷诱导;此外,无论在低磷处理还是正常供磷条件下,TaPT4在根中的表达均表现明显的昼夜节律特征,表现为随照光时间延长而表达增高,进入暗期后表达减弱。上述结果表明TaPT4可能是归属于高亲和特征的小麦磷转运蛋白,在增强小麦在低磷逆境下的磷素吸收中发挥着重要作用。     

海马齿 NHX 基因家族的鉴定及表达分析

【目的】海马齿（Sesuvium portulacastrum L.）是典型的海岸植物和红树林伴生植物,能够固沙护岸,在海水中可以正常生长,具有极强的耐盐性。Na+/H+ 逆向转运蛋白（Na+/H+ exchange,NHX）在植物耐盐和生长发育中起关键作用,为了解 NHX 在海马齿耐盐过程中的作用,对海马齿 NHX 基因家族进行鉴定和分析。【方法】采用生物信息学方法从海马齿全长转录组数据中鉴定 NHXs 成员,对其蛋白理化性质、保守基序和进化关系进行分析,并利用荧光定量 PCR 技术研究盐胁迫下 NHXs 成员的表达模式。【结果】从海马齿中共鉴定出 12 个SpNHX 基因,命名为 SpNHX1~SpNHX12。SpNHXs 基因编码的氨基酸长度为 276~554 aa,分子量为 31.22~61.21 kD,等电点为 5.55~8.64,不稳定指数为 32.14~50.54,均为疏水性蛋白。系统发育分析表明,SpNHX 蛋白可分为 2 个亚组,同一亚组具有相似的保守基序。多序列比对结果发现,SpNHX 均具有 Na+/H+ exchange 保守结构域。转录组数据和荧光定量 PCR 结果显示,SpNHXs 基因在盐胁迫下均受到不同程度的诱导,其中 SpNHX1、SpNHX9、SpNHX10、SpNHX11 和 SpNHX12 在盐胁迫下显著上调表达。【结论】本研究明确了海马齿 NHX 基因家族在高盐胁迫下的表达模式,表明 SpNHX1、SpNHX9、SpNHX10、SpNHX11 和 SpNHX12 可能参与海马齿盐胁迫响应,为进一步研究 NHX 在海马齿耐盐过程中的作用提供理论基础。     

小麦耐低磷基因型的鉴定和筛选

【目的】为了鉴定供试小麦品种的耐低磷特性。【方法】通过盆栽方法,设置正常磷（CK）和低磷胁迫（LP）处理,对9个小麦品种的苗期性状地上干质量、地下干质量、苗长总根长等8个指标进行鉴定分析。【结果】通过主成分分析将苗期测定的8个指标转化为3个综合指标,累计贡献率为87.00%,然后采用隶属函数分析法对性状指标进行综合分析排序,以综合评价值（D值）为依据对品种的耐低磷特性进行排序和聚类,顺序依次为为新春17号、中麦175、甘春26号、陇春27号、西旱3号、陇春23号、陇春9786、西旱2号、宁春4号。其中新春17号D值达到0.80;其次为中麦175的为0.78;宁春4号最低为0.37。【结论】苗期试验初步筛出新春17号和中麦175为耐低磷材料,而西旱2号和宁春4号为磷敏感品种。     

苹果LRR-RLK基因家族鉴定和表达分析

[目的]从苹果全基因组中鉴定LRR-RLK家族蛋白成员,并进行生物信息学和表达模式分析,为研究苹果LRR-RLK的潜在功能提供理论基础.[方法]利用BLASTp基于GDR数据库鉴定苹果LRR-RLK家族成员,通过ExPASy Proteomics Server、Cell-PLoc、CD-Search Tool、MEGA...     

小麦OSCA基因家族全基因组鉴定及表达分析

【目的】在全基因组水平对小麦(Triticum aestivum L.)OSCA家族成员（TaOSCAs）进行鉴定,以明确TaOSCA在小麦中的潜在生物学功能。【方法】利用BLASTP结合保守结构域筛选的方法鉴定小麦TaOSCA蛋白。用生物信息学方法分析TaOSCA基因家族成员系统发育关系,基因结构及跨膜结构域;利用公开的转录组数据分析TaOSCA在小麦不同发育阶段不同器官/组织的表达谱;以小麦品种中国春为材料,进行PEG-6000模拟的渗透胁迫处理,用实时荧光定量PCR检测叶片TaOSCAs在渗透胁迫下表达模式。【结果】从小麦中鉴定到35个TaOSCA蛋白;TaOSCAs分为TaOSCAⅠ、TaOSCAⅡ、TaOSCAⅢ和TaOSCAⅣ 4个亚家族,分别有15,16,3和1个成员。基因结构分析结果表明,除TaOSCA4.1-4B外,其余TaOSCA均包含多个外显子。跨膜结构域分析结果表明,除TaOSCA2.3-4B有5个跨膜结构域（TMs）外,其余TaOSCA成员均包含8～11个TMs。TaOSCAs在小麦不同发育时期各器官中的表达结果表明,TaOSCA1.1-3B/3D、TaOSCA1.2-1A/1B/1D、TaOSCA1.3-1A、TaOSCA1.6-1A/1D和TaOSCA3.1-2B/2D在全生育期高水平表达,TaOSCA1.4-2A/2B/2D在不同发育阶段的根组织中均高表达,TaOSCA1.5-1B/1D在生殖生长期穗中高表达,TaOSCA1.6-1B、TaOSCA2.6-3B/3D在生殖生长期籽粒中高表达,表明这些基因可能在根、穗及籽粒发育过程中发挥重要功能。渗透胁迫处理下,TaOSCA2.4和TaOSCA4.1表达下调,TaOSCA2.5的表达无显著变化,TaOSCA1.1、TaOSCA1.2等11个TaOSCA基因表达上调,说明这11个基因可能在小麦苗期响应渗透胁迫中发挥作用。【结论】TaOSCA基因可能在小麦响应渗透胁迫的过程中发挥重要作用。     

番茄DIR基因家族鉴定及其对非生物胁迫响应的分析

【目的】鉴定番茄DIR基因家族所有成员,并对其基因结构、编码蛋白的理化性质、系统进化、染色体定位、共线性、启动子元件、表达模式、互作转录因子及内源竞争RNA预测等进行了解析,为探究DIR在番茄生长发育和逆境胁迫中的作用提供参考。【方法】采用生物信息学方法,基于全基因组数据对番茄DIR基因家族成员进行鉴定,运用Phytozome、MEME、PlantCARE、opsRNATarget和plantcircnet等在线网站获取染色体位置、保守基序、顺式作用元件、存在互作的转录因子、miRNA和circRNA等信息。利用Mapteace、TBtools、Cytoscape、OmicShare等作图软件及工具绘制染色体定位图、进化树、DIR与转录因子关系图、ceRNA网络等。采用NCBI的基因数据库结合转录组测序及qRT-PCR试验研究DIR基因家族在逆境下的表达情况。【结果】共鉴定到番茄中27个DIR基因,将其命名为SlDIR1—SlDIR27,分别位于12条染色体上,且大部分基因位于染色体末端,其基因结构、基序和结构域相对保守,其中22个SlDIR具有一个外显子的经典结构。番茄DIR基因家族同拟南芥的共线性关系远高于水稻和大豆。基于系统进化关系将27个番茄DIR成员分为3个不同的亚家族。转录组数据表明大部分DIR基因在番茄根部具有较高的表达量。此外,DIR基因的启动子区域含有多个与干旱、低温等非生物胁迫,以及MeJA、ABA、SA等激素诱导相关的顺式作用元件,且预测到与激素、生长发育、非生物胁迫相关的ERF、E2F/DP、MYB等互作转录因子。结合转录组数据分析,分别有5、10、10和13个SlDIR在农药、干旱、盐和冷胁迫后显著上调表达,其中,SlDIR23受到以上4种胁迫的诱导表达,而SlDIR8、SlDIR13和SlDIR20特异性响应冷胁迫的诱导,SlDIR17特异性响应盐胁迫。番茄DIR的ceRNA调控表明,miR-156与靶基因SlDIR8可能共同作用调控番茄的逆境胁迫。【结论】共鉴定出番茄DIR家族基因27个,不均匀地分布在12条染色体上,在根部有较高的表达量。SlDIR1、SlDIR13和SlDIR14等具有MeJA、ABA、SA等激素响应元件,其中,SlDIR6仅具有MeJA元件,SlDIR27仅具有SA响应元件。另外,SlDIR2、SlDIR14、SlDIR23等参与干旱、盐、低温等多种逆境胁迫,其中SlDIR23在不同胁迫处理下均可被激活。此外,DIR基因和转录因子、非编码RNA相互作用,共同参与调控番茄植株的逆境胁迫。