桃PME基因家族的鉴定与分析

果胶甲酯酶属于碳水化合物酯酶家族CE-8,是调节果胶甲酯化程度的一种普遍存在的酶,是植物细胞壁的主要成分。为深入研究桃PME基因家族的功能,利用生物信息学方法对桃基因组中PME基因家族成员进行鉴定,并对其基因组信息、蛋白生理生化特征、基因结构、保守结构域和系统进化树等方面进行了研究。结果表明:在桃基因组中共鉴定出69个PME基因,可以分为GroupⅠ、GroupⅡ两大类,GroupⅡ又可以进一步分成3个分支;PME基因在桃的8条染色体上呈现不均匀分布,并存在明显的串联重复现象,共发现18个串联重复基因簇,包含47个基因,串联重复是桃PME基因扩增的主要方式。对桃PME基因结构的分析表明,PME基因在进化上存在着一定的保守性;对桃PME蛋白氨基酸序列的多重比对发现了PME蛋白5个典型的保守结构区域;通过MEME软件对桃PME蛋白保守基序的分析发现了12个比较保守的基序。     

桃GRAS家族全基因组鉴定与响应UV-B的表达模式分析

【目的】GRAS基因家族成员在调节植物生长发育中发挥着关键作用。通过生物信息学分析GRAS在桃基因组中的分布、结构及进化,研究家族成员在不同组织中的表达特异性及其对UV-B的响应,解析GRAS基因家族的生物学功能。【方法】对设施油桃‘中油5号’(Prunus persica var. nectarina cv. Zhongyou5)补充适量UV-B(Ultraviolet-B)剂量,利用Plant TFDB数据库鉴定桃GRAS基因家族成员。采用Clustal W、MEGA6.0、ProtParam tool、MCScanX、Circos、SMART、NCBI-CDD、ExPASy、GSDS和MEME等软件构建系统进化树,绘制染色体定位图,预测蛋白的相对分子质量与等电点等理化性质等,分析GRAS基因家族成员在不同组织中的表达模式,利用qRT-PCR技术检测桃GRAS在UV-B处理下的表达情况。【结果】从桃全基因组中鉴定出48个GRAS转录因子家族基因,构建系统进化树将这48个成员分为9个亚家族,PpGRAS在桃的8条染色体上呈不均匀分布。对GRAS基因家族进行理化性质分析发现,其蛋白平均长度为590.52 aa,等电点在4.36—7.56。GRAS家族基因结构分析表明,有40个基因不含内含子,8个基因含有1个内含子。保守元件分析显示,GRAS家族包含20个保守元件,其中Motif 2和4在GRAS的家族中高度保守,同一个亚家族成员含有相同的保守元件,其可能具备相似的功能。然而,有些亚家族成员的表达模式不同,这可能与其保守基序之外的序列有关。PpGRAS在不同组织中具有不同的表达模式。叶片中PpGRAS5经UV-B处理后上调表达最显著,而有多达15个基因表达量呈现下调。果实中PpGRAS13经UV-B处理后上调表达,但有9个基因表达下调。韧皮部中,UV-B处理后有14个基因上调表达,而PpGRAS16经处理后在韧皮部中表达下调最明显。【结论】从桃基因组中共鉴定出48个GRAS基因家族成员,分布于8条染色体上;多数PpGRAS能响应UV-B处理,但在不同组织中的表达不尽相同。     

辣椒紫色酸性磷酸酶基因家族的鉴定与表达特征

紫色酸性磷酸酶(purple acid phosphatases,PAPs)属于金属磷酸酯酶家族,参与了植物大量的生理反应,特别是磷素的吸收与利用。本研究利用已经发表的辣椒基因组数据,采用同源比对方法对辣椒PAP基因家族进行鉴定与表达分析。通过鉴定发现辣椒基因组中至少含有25个PAP基因成员,氨基酸序列长度在264~639 aa,具有1~12个内含子,不均匀地分布在12条染色体上,仅发现1对基因以串联重复的形式存在。系统发育关系表明,辣椒、拟南芥和水稻PAP基因家族成员可以分为3个家族,8个亚家族,每个家族成员的数目是变异的,而且存在6对直系同源基因和20对旁系同源基因,这表明PAP基因家族的存在早于辣椒、拟南芥和水稻的分化。基于RNA-seq数据库和q RT-PCR方法,对辣椒PAP基因的组织表达及果实发育的不同时期进行分析,结果表明PAP家族基因具有组织表达特异性和发育时期表达特异性。     

大豆LEA基因家族全基因组鉴定、分类和表达

 【目的】鉴定大豆全基因组中的LEA家族基因,对其进行定位、分类以及组织表达分析,为植物LEA基因的功能研究与利用提供基础。【方法】利用大豆基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定并获得大豆LEA家族基因的全序列、定位和拷贝数信息;通过序列比对进行进化和分类分析;利用大豆发育表达芯片数据、NCBI中UniGene的EST表达数据进行组织表达谱分析。【结果】系统地分析鉴定了36个大豆的LEA家族基因,根据结构域的差异和系统发育分析将这些LEA基因分成8个亚家族。基因定位分析结果表明,这些基因分布于大豆的16条染色体上,启动子分析表明,几乎全部LEA基因的启动子区含有逆境反应顺式作用元件。各个发育阶段表达谱的分析结果表明,多数成员至少在一个组织中表达,10个差异表达的基因中有5个在种子发育时期优势表达,另外5个在其它部位优势表达。【结论】通过全基因组扫描,获得大豆基因组的36个LEA家族基因,它们分属于8个不同的亚家族,分布于16条大豆染色体上,启动子区含有逆境相关顺式作用元件,基因表达具有一定特异性。     

桃磷酸肌醇特异性磷脂酶C基因家族鉴定与分析

为了对桃(Prunus persica var.Lovell)中PI-PLC家族基因进行系统分析,利用桃基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定桃PI-PLC家族基因的基因结构、染色体定位和编码蛋白,通过序列比对进行进化和分类分析。结果表明,桃中含有5个PI-PLC家族基因,预测他们均含有9个外显子,分布于桃的2条染色体上。保守结构域分析结果显示,桃中PI-PLC蛋白均含有4个保守的EF、X、Y和C2结构域。进化树分析结果表明桃PI-PLC家族基因可分为4个亚家族。     

番茄LBD基因家族的全基因组序列鉴定及其进化和表达分析

【目的】从番茄全基因组中鉴定LBD基因,并进行基因进化、基因结构、染色体定位以及组织表达和诱导表达分析,为番茄LBD基因的功能研究与利用奠定基础。【方法】利用番茄基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定番茄LBD家族成员;采用MEGA5软件进行系统进化树分析;通过perl程序、MapDRAW及GSDS工具进行基因结构及染色体定位分析;利用已有的番茄芯片数据进行组织表达谱和基因表达响应分析。【结果】系统分析鉴定了 46 个番茄LBD 家族基因,根据基因结构及系统进化分析将其分成class I与class II两类,细分为5个亚家族（Ia、Ib、Ic、Id与II）。基因定位表明,12 条染色体中的 10 条均有LBD 基因,该基因家族的分布具有广泛性。各个发育阶段表达谱的分析结果表明,LBD 家族基因具有不同的组织表达模式,在各个发育时期均有LBD 基因的表达。基因响应分析发现,不同LBD基因响应不同的外界信号。【结论】通过全基因组分析,番茄LBD家族基因包括 46 个成员,在进化上分为两大类,5 个亚家族,分布于 10 条染色体上,组织表达模式及基因响应具有多样性。这些信息为番茄LBD基因家族的功能分析奠定了基础。     

马铃薯ZF-HD基因家族的鉴定与分析

为了进一步研究ZF-HD基因家族在马铃薯中作用,本研究利用各类基因家族分析软件对马铃薯ZF-HD家族成员进行全基因组鉴定与分析.结果表明,马铃薯ZF-HD家族共包含20个成员,大部分基因都只含有2个内含子.19个马铃薯ZF-HD成员分布于6条染色体上,有三对重复基因,其中两对为重复串联基因,另一对为片段重复基因.根据进...     

栽培型与野生型辣椒HAK/KUP/KT基因家族的进化分析

HAK/KUP/KT家族是一类重要的钾转运蛋白家族。利用生物信息学手段对栽培型及墨西哥野生型辣椒全基因组范围内的HAK/KUP/KT基因成员进行鉴定及分析,比较两者在数目、复制类型及组织表达模式等方面的差异。发现2种辣椒中HAK/KUP/KT家族成员分别为24和22个,且在染色体上呈不均衡分布。基因复制类型分析发现,HAK/KUP/KT家族成员中存在片段重复和串联重复,且纯化选择是该家族进化的主要动力。组织表达分析显示,辣椒HAK/KUP/KT基因间的表达模式存在差异,暗示辣椒HAK/KUP/KT家族成员在功能上的多样性,并为后续发掘有益的钾转运基因提供了重要的理论依据。     

玉米β-甘露聚糖酶基因家族的生物信息学分析

[目的]鉴定出玉米基因组中的β-甘露聚糖酶基因(MAN),并分析其进化机制和表达模式。[方法]利用拟南芥MAN蛋白序列在玉米基因组数据库以及NCBI非冗余蛋白质数据库中比对搜索,获取玉米MAN家族全部成员;通过检索植物基因组复制数据库查找玉米MAN基因的片段复制事件;利用GSDS 2.0服务器分析基因外显子/内含子结构;采用MEGA7软件极大似然法构建系统发育树;利用芯片数据分析基因在不同组织器官中的表达模式。[结果]玉米基因组中含有6个MAN基因,分布于5条染色体上。没有玉米MAN基因起源于片段复制或串联重复事件。系统发育分析将植物MAN蛋白分为3个亚族(I～Ⅲ),说明其序列已发生分化。玉米MAN基因结构较为保守,蛋白质均含有甘露聚糖酶的核心基序。玉米MAN基因具有不同的表达模式,部分基因在发育叶片中表达量较高,部分基因在减数分裂期雄穗中表达量较高,而其余基因在胚芽鞘、初生根、授粉前果穗、花丝和发育种子中表达量较高。[结论]该研究结果为进一步研究玉米MAN基因功能奠定了基础。     

苹果LysM基因家族的生物信息学及表达分析

【目的】在苹果全基因组中鉴定LysM,通过基因聚类分析、染色体定位、结构分析以及组织表达分析,为苹果LysM的功能研究和利用奠定基础。【方法】利用已公布的苹果基因组数据库GDR和FEM-IASMA,鉴定苹果LysM基因家族成员,并对其进行编号。MdLysM蛋白氨基酸序列的基本信息通过ExPASy Proteomics Server进行预测,亚细胞定位的预测利用WoLF PSORT进行。采用MEGA5软件构建了进化树。应用Plaza程序绘制基因结构,染色体定位信息取自GMDO,鉴定出的39个基因的染色体定位作图使用MapInspector完成;另外,通过实时荧光定量RT-PCR对各基因的组织表达特性进行分析,差异显著性分析通过SPSS完成。【结果】系统地鉴定了39个苹果LysM家族成员。这39个MdLysM蛋白包含241至1 119个不等的氨基酸残基,等电点分布在4.70-9.60范围内。亚细胞定位结果表明,苹果LysM蛋白在细胞核、细胞质、叶绿体、液泡、胞外基质中均有分布。根据聚类分析可将这些基因分为A、B和C 3组,且A组又可进一步被分为Ⅰ、Ⅱ 和 Ⅲ 3个亚族,说明它们的功能可能已经发生了分化。MdLysM蛋白结构域的预测结果及基因结构分析结果均与进化树聚类结果吻合。染色体定位表明,MdLysM分布在苹果17条染色体中的13条上,且此家族的基因在13条染色体上的分布为非均匀的,其中以4号染色体上分布最多,达到了9个,而1、5、7和8号染色体上则未见分布。在苹果LysM家族中鉴定出了10对和1组旁系同源基因,MdLysM基因间存在串联重复和片段重复,它们是苹果LysM家族扩张的主要动力。对39个基因在根、茎、叶、花、果5个组织器官中的实时荧光定量RT-PCR结果显示,5个器官中均能检测到MdLysM的表达,这些基因的组织表达模式具有多样性,表明它们在不同组织中可能扮演不同的角色。【结论】苹果LysM基因家族拥有39个成员,进化上可分为3组,基因结构的复杂程度与进化树聚类存在联系。39个基因分布于13条染色体上,存在重复事件。这些信息为今后苹果LysM基因家族的功能研究奠定了基础。     

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%。     

杨树肉桂醇脱氢酶基因序列和表达模式分析及CAD4酶活性检测

应用生物信息学方法从杨树基因组数据库中筛选出19个杨树肉桂醇脱氢酶基因,它们聚为3类.序列分析表明,杨树CAD基因家族主要通过全基因组加倍和串联复制的方式进行扩张.杨树和拟南芥CAD家族共6对旁系同源基因,在较强的净化选择压力下进化.19个基因在杨树不同组织中均有表达,表达量较高的是PoptrCAD17、PoptrCA...     

大白菜ENT基因家族的鉴定与生物信息学分析

核苷转运蛋白(nucleoside transporter,ENT)是一类具有跨膜运输核苷和核苷类似物的功能蛋白。为深入研究大白菜ENT基因家族的功能,利用生物信息学方法对大白菜基因组中的ENT基因家族成员进行鉴定,并对其基因组信息、蛋白生理生化特征、基因结构、保守结构域、系统进化树等方面进行了研究。结果表明,在大白菜基因组中共鉴定到12个ENT基因,通过系统发育树分析,可以将12个ENT基因分为2类;对大白菜ENT蛋白氨基酸序列多重比对和蛋白跨膜域的分析表明,BrENT蛋白存在11个跨膜域,为跨膜蛋白;通过MEME软件对大白菜ENT蛋白motif的预测还发现了14个比较保守的motif。染色体分析表明,ENT基因在大白菜10条染色体上不均匀分布,而且存在明显的串联重复现象,推测串联复制是ENT基因家族基因扩增的主要方式,研究结果为在基因组范围内研究ENT基因的功能奠定了基础。     

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...     

芥菜TCP转录因子家族全基因组鉴定及表达分析

【目的】对芥菜基因组中TCP转录因子家族基因成员进行鉴定和序列分析,并分析TCP家族基因在茎发育时期的表达水平,为研究芥菜TCP基因功能和茎膨大机理提供基因源和理论依据。【方法】从芸薹属基因组数据库下载芥菜基因组数据,结合转录组数据,对芥菜TCP转录因子家族成员进行鉴定,并利用生物信息学方法对该家族成员进行理化性质、亚细胞定位、系统发育关系、基因结构、染色体定位及茎不同发育时期基因表达谱等方面的分析。【结果】芥菜TCP家族共有53个成员;系统进化树分析可分为两个大的亚组;TCP基因大都位于细胞核上,但理化性质差异很大;大部分基因没有内含子,基因结构保守性较高;在染色体上分布不均;表达模式分析显示TCP家族基因可能在芥菜茎膨大中起重要作用。【结论】鉴定了53个芥菜TCP家族基因成员,并发现PCF亚组成员在芥菜茎发育时期特异性表达,可能在芥菜茎的生长发育过程中起重要作用,该研究为芥菜及其他植物中TCP家族的鉴定和功能研究提供了理论基础。     

家蚕sirtuin家族基因的鉴定及系统发生与表达芯片分析

【目的】鉴于sirtuin家族基因重要而多样性的功能,从家蚕全基因组中鉴定sirtuin家族基因,并进行基因结构、蛋白结构及其理化性质、基因进化、组织表达芯片分析及在不同组织中的定量表达情况分析,为研究家蚕sirtuin家族基因的功能和推动家蚕模式生物系统化的研究奠定基础。【方法】基于家蚕基因组数据库,通过生物信息学手段,利用比较基因组学方法,鉴定家蚕sirtuin家族成员;开放阅读框（ORF）的预测用ORFfinder进行;使用SIM4进行ORF的内含子和外显子的预测;用GSDS和ExPaSy在线工具分别进行基因结构图和蛋白序列理化性质的预测;用CLUSTAL_X软件进行多序列联配及对其二级结构进行分析,并用ESpript进行二级结构作图;使用SMART在线软件进行蛋白功能域预测;MEGA5.0软件用于系统发生树分析;利用已有的家蚕幼虫5龄第3天的芯片数据进行组织表达分析;利用荧光定量PCR技术检测家蚕sirtuin家族基因在5龄第3天幼虫不同组织中的表达情况。【结果】系统分析鉴定了家蚕中存在的5个sirtuin家族基因（Bmsirt2、Bmsirt4、Bmsirt5、Bmsirt6、Bmsirt7）,共分为4类（I、II、III、IV）。5个基因分布在家蚕5条染色体上,均为单拷贝基因。基因结构分析显示5个基因均为多外显子基因。同源比对和系统进化分析发现家蚕的sirtuin家族基因与类群中其他昆虫的同源基因形成明显的直系同源关系且高度同源,同样不含有sirt3。蛋白结构预测发现家蚕的sirt6与其他物种的sirt6蛋白一样含有两个sir2结构域聚在一起。组织表达芯片分析发现,sirtuin家族基因在多个组织中具有转录活性。荧光定量PCR检测结果显示家蚕的Bmsirt4在脂肪体、丝腺中低表达;Bmsirt5在精巢、中肠中高量表达,在脂肪体、血液、丝腺中低量表达,与芯片数据基本一致。【结论】通过全基因组分析,家蚕共有5个sirtuin家族成员,进化上分为4类,且与其他昆虫高度同源,芯片数据和实时荧光定量 PCR 结果基本一致,分析表明组织表达模式具有多样性。     

亚洲棉Argonaute蛋白家族的生物信息学预测与分析

【目的】在全基因组水平上鉴定亚洲棉(Gossypium arboretum L.)AGO蛋白家族成员,分析其进化关系,为亚洲棉遗传改良提供基因资源。【方法】用AGO蛋白保守域在亚洲棉基因组数据库中进行同源比对,并对AGO蛋白家族的进化关系、基因结构、结构域、染色体定位、三级结构及表达模式等进行生物信息学分析。【结果】从亚洲棉蛋白数据库中共鉴定出11个AGO蛋白家族成员,其编码区长度为2 949~9 807bp,定位在6条染色体上,其中第9号染色体上分布有4个基因;11个AGO家族成员分为5个亚族,亚族内各成员间具有很高的保守性;AGO家族成员均具有典型的α-螺旋跨膜结构,属于碱性蛋白;从表达模式看,AGO家族成员在纤维发育不同时期和不同组织中的表达量存在较大差异,其中5个基因在棉纤维次生壁后期高表达,在其他时期表达水平较低,存在组织特异性。【结论】成功鉴定了亚洲棉AGO蛋白家族,明确了其基本结构的进化关系及基因表达特点。     

桃Ⅱ型NADH脱氢酶家族基因鉴定和表达分析

Ⅱ型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸脱氢酶(TypeⅡNADH dehydrogenase)在所有已全基因组测序的植物中均存在,具有多种功能,尤其在大多数植物呼吸链中起重要作用。本研究对桃Ⅱ型NADH脱氢酶家族基因进行了鉴定,确定了桃Ⅱ型NADH脱氢酶基因家族成员数目、亚家族分类,并分别进行了克隆,同时分析了它的进化关系、在基因组骨架上分布、启动子区域、基因结构、不同组织表达水平及其编码的蛋白质结构。结果显示,桃Ⅱ型NADH脱氢酶基因家族共有6个成员,分布在3～6号染色体上,被分为3个亚家族：NDA、NDB、NDC。桃Ⅱ型NADH脱氢酶家族成员,脂肪族氨基酸指数范围是80.63～95.75,等电点预测结果表明Prupe.3G231400.1和Prupe.5G076700.1是酸性蛋白质,其余4个是碱性蛋白质;NDA和NDC亚家族成员二级结构均以无规则卷曲为主要构成元件,NDB亚家族成员二级结构均以α-螺旋为主要构成元件。Ⅱ型NADH脱氢酶家族基因在桃不同组织中的表达水平差异较大,5个基因在老叶中表达量相对较高,在成熟果肉中表达量低。这些结果为下一步进行Ⅱ型NADH脱氢酶基因功能验证奠定了重要基础。     

小麦全基因组中YABBY基因家族的筛选与特征分析

YABBY家族是植物特有的转录因子,在植物侧生器官极性建立和发育过程中起重要的调控作用。从全基因组水平鉴定小麦YABBY家族并进行生物信息学和表达模式分析,为研究小麦YABBY家族基因的功能奠定基础。根据已经报道的拟南芥和水稻YABBY基因,在小麦基因组数据库中执行本地BLAST程序鉴定小麦基因组中的YABBY基因,采用MEGA、GSDS、MEME和PlantCARE等软件进行生物信息学分析,并利用已公开的RNA-seq数据绘制不同发育时期和不同组织的表达谱。结果表明,在小麦基因组范围内鉴定得到18个YABBY基因家族成员,分成5个亚家族。Motif分析表明小麦YABBY蛋白均具有C2C2锌指结构域及YABBY结构域; Ta YABBY启动子区检测到与植物生长发育、激素诱导和逆境胁迫有关的顺式作用元件。RNA-Seq表达谱发现小麦YABBY基因具有明显的组织表达特异性。