亚麻NBS类抗病基因家族全基因组分析

亚麻基因组测序完成为全基因组水平分析抗病基因提供了前提条件,而NBS类抗病基因是植物中最大的抗病基因家族之一。本研究利用生物信息学方法对亚麻全基因组中NBS类抗病基因进行了鉴定,对NBS类抗病蛋白的理化性质、基因结构、保守基序及其系统发生关系进行了分析。结果表明:在亚麻全基因组中共找到137个NBS类抗病基因,其中分子量大于100k Da序列比例在50%以上,等电点值在5~8的范围内比例为70.07%。系统进化树将NBS类基因分成7个亚组,且同一亚组内基因的结构和保守基序保持着较高的一致性。本研究的结果将为亚麻NBS类抗病基因家族的基因定位以及相关抗病基因克隆等深入研究提供参考。     

六倍体小麦CBS基因家族全基因组分析

Cystathionineβ-synthase(CBS)基因家族在植物生长发育以及响应胁迫过程中具有重要作用,目前对CBS基因家族的研究报道较少。异源六倍体普通小麦(Triticum aestivum L.,AABBDD)作为重要的粮食作物,其CBS基因尚未得到系统研究。为研究小麦中CBS基因的特征,本研究对小麦全基因组进行了分析,共发现136个属于32个同源组的CBS基因,系统发育树分析将其分为8组。将这些基因定位于小麦染色体上,并对它们的基因结构、保守基序以及结构域做进一步分析,发现三联体中的CBS结构域蛋白(CDCP)具有相似的结构。在不同温度下,大多数CBS基因的三联体具有相似的表达模式。在低温及冻害条件下CBS基因在小麦抗寒过程中发挥重要作用。     

大豆OPR基因家族全基因组鉴定与表达分析

为了揭示大豆12-氧-植物二烯酸还原酶(12-oxo-phytodienoic acid reductase, OPR)家族成员GmOPRs在大豆生长发育中和非生物胁迫下发挥的作用,本研究运用生物信息学方法进行大豆OPR基因家族全基因组鉴定及表达分析。结果显示：大豆基因组中共有12个OPR家族基因成员,分布在8条不同染色体上。系统发育进化分析、基因结构分析和保守基序分析结果显示,GmOPRs可分为两个亚组,含有外显子4～5个,内含子3～5个,GmOPR蛋白之间保守基序分布相似。共线性分析鉴定表明共有4对基因存在共线关系,均为片段复制。GmOPRs启动子区域含有响应厌氧、干旱和低温等非生物胁迫以及JA、ABA等多种激素的顺式作用元件。不同的大豆品种及不同的组织中,GmOPRs的表达模式有差异。GmOPR1、GmOPR4和GmOPR9受干旱胁迫影响后表达量下降,GmOPR7、GmOPR8、GmOPR11和GmOPR12随着盐胁迫影响时间的增长表达量增加,表明GmOPRs基因通过多种表达模式响应干旱和盐胁迫。GmOPRs在系统发育进化和基因结构上比较保守,基因家族数量的扩增主要归因于片段重复...     

茶树COBRA基因家族全基因组鉴定及表达分析

COBRA基因编码糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白,是次生壁加厚和纤维素含量的调节因子,对植物生长、纤维素含量等有重要作用.本研究通过对茶树基因组数据进行分析,成功的从中鉴定到COBRA基因,并对该基因家族成员的蛋白理化性质、亚细胞定位、进化关系、保守结构域、染色体定位等进行生物信息学分析,同时分析了茶树COBRA成员在PEG诱导的干旱胁迫、茉莉酸甲酯处理、盐胁迫、冷胁迫处理中的转录组数据,最后对茶树进行茉莉酸甲酯处理,基于荧光定量PCR技术的表达水平验证.结果表明:茶树COBRA基因有16个家族成员,相对分子质量24807.70～74813.12,等电点5.43～9.14,亚细胞定位显示在细胞膜和细胞外;根据系统进化树将茶树COBRA基因家族分为5类;保守结构域和motif分析发现相同亚家族的基因结构,保守结构域都属于COBRA基因家族;基因表达分析显示COBRA基因在不同茶树部位和胁迫的表达量有不同差异,说明茶树COBRA基因广泛参与茶树生长发育和非生物胁迫响应.实时荧光定量PCR显示经茉莉酸甲酯处理后,3个CsCOBRA基因表达量趋势大致与转录组数据一致,本研究将为进一步开展茶树COBRA基因家族的功能验证和抗逆作用机理研究等提供参考.     

玉米BBR-BPC基因家族全基因组鉴定及表达分析

对玉米BBR-BPC基因家族进行全基因组鉴定,分析基因结构、染色体分布和启动子顺式作用元件结合位点、分布和数量情况以及编码蛋白的理化性质、保守基序和蛋白二级三级结构、进化关系,基于转录组的结果研究基因的组织表达模式和高温、干旱等非生物胁迫以及外源生长素等诱导表达模式。结果表明,玉米BBR-BPC家族共有4个成员,家族基因的结构存在较大的差异,且存在可变剪切,共编码9个蛋白。定位分析发现,BBR-BPC1.1和BBR-BPC4定位在细胞核,其余除定位在细胞核,叶绿体中也有分布。BBR-BPC启动子区存在多种逆境胁迫、植物激素、组织部位特异表达、光响应等顺式作用元件。BBR-BPC成员在玉米不同材料、不同组织部位中的表达水平差异较大且受热、干旱等胁迫调控。在B73和Mo17材料中,BBR-BPC受热胁迫诱导表达,与qRT-PCR验证结果一致。研究结果表明,ZmBBR-BPC基因家族不同成员会在特定部位激活或者抑制相关基因表达,响应非生物胁迫。     

黑麦GIF基因家族全基因组鉴定及其表达分析

生长调节互作因子(GRF-interacting factor, GIF)是植物体内一类转录共激活因子,在植物生长发育过程中起重要作用。为挖掘和利用黑麦GIF家族基因,利用同源比对方法对黑麦GIF基因家族进行了鉴定,并系统分析了黑麦与其他禾本科植物及模式植物拟南芥GIF基因的系统发育关系、蛋白结构域、基因结构和共线性关系。结果显示,在黑麦基因组中共鉴定到3个GIF基因家族成员,分布在4R和5R染色体上;系统进化分析发现,黑麦GIF基因家族成员与小麦和大麦的亲缘关系更近。蛋白结构域和基因结构分析发现,GIF基因家族成员在黑麦及其他禾本科植物中的蛋白结构域和基因结构相对保守,均含有4个外显子。共线性分析发现,黑麦ScGIF1基因与其他禾本科植物GIF基因间均存在共线性关系,其中与小麦间共线基因数最多。Ka/Ks分析发现,黑麦GIF基因家族成员在进化中受到纯化选择。此外,在黑麦穗部鉴定到一个特异性高表达的GIF基因(ScGIF1),其编码的蛋白含有多个磷酸化位点,推测ScGIF1蛋白可能是通过磷酸化来调控黑麦麦穗的发育和粒型的。     

苎麻kinesin基因家族全基因组鉴定与表达分析

驱动蛋白(Kinesin)家族是一类蛋白质超家族,属于分子马达蛋白中非常重要的一种,参与细胞分裂、生长和形态发生等植物生长发育过程.文章通过生物信息学方法,从苎麻全基因组中鉴定得到57个kinesin基因家族成员,依据苎麻基因注释的结果将其命名,所有kinesin蛋白均含有KISc结构域.苎麻kinesin蛋白的分子量...     

小麦PHO基因家族全基因组鉴定及表达分析

PHO基因家族主要参与磷酸盐的转运,在植物生长发育中起重要作用。为研究小麦PHO基因家族成员的潜在功能,本研究从小麦全基因组中鉴定PHO基因家族成员,并利用生物信息学手段对其基因结构特征、蛋白结构域、系统进化、顺式作用元件及表达特性进行分析。结果在小麦全基因组中共鉴定到12个PHO基因家族成员,所有成员均含有SPX和EXS结构域。系统进化、保守结构域和基因结构分析发现,小麦PHO蛋白与拟南芥PHO1-H1蛋白以及水稻PHO1蛋白亲缘关系较近;除TaPHO7、TaPHO10、TaPHO11和TaPHO12蛋白缺少部分基序外,其余小麦PHO蛋白均具有完整基序,且同一亚组内的成员具有相似的蛋白保守结构域和基因结构,说明PHO亚家族成员间高度保守。顺式作用元件分析发现,小麦PHO基因启动子区域含有与磷调控相关的激素诱导、光响应、低温响应等元件。基于RNA＿seq数据的组织特异性分析发现,大部分PHO基因在根中的表达量较高。qRT-PCR分析发现,低磷胁迫处理下磷高效小麦品种小偃54地下部分(根) TaPHO7和 TaPHO8基因的表达量显著高于对照。     

甘蓝型油菜ZIP基因家族全基因组鉴定与表达分析

ZIP基因家族是重要的转运蛋白类基因家族,主要参与金属阳离子的吸收和转运,在植物生长发育和重金属胁迫响应中发挥重要作用.为解析甘蓝型油菜中ZIP基因家族,采用生物信息学方法在甘蓝型油菜中鉴定到51个ZIP基因家族成员,对比芸薹属三个基本种发现ZIP基因家族在A、C亚基因组上有串联重复现象.以甘蓝型油菜品种中双11(ZS...     

甘蓝型油菜BnFUL基因家族全基因组鉴定与表达分析

甘蓝型油菜(Brassica napus L.)成熟后期角果易开裂,导致减产并严重阻碍机械化收割进程.为挖掘油菜角果抗裂角基因资源,解析抗裂分子机制,采用生物信息学方法,研究MADS-box类转录因子基因FUL在油菜抗裂角性状中的作用,在品种中双11号(ZS11)中鉴定到5个BnFUL基因,分布于A02、A03、C02...     

豆科全基因组DGAT 基因家族的鉴定与进化分析

本文运用生物信息学方法在12个豆科植物基因组中对DGAT（甘油二酯酰基转移酶）基因进行了全基因组鉴定,发现在四倍体花生和大豆基因组中含有的基因拷贝数相对较多,分别为17、10,这可能是导致其油脂合成能力高于其他作物的重要因素。通过对家族基因进行系统发育分析,发现DGAT 基因在真双子叶植物分化之前已存在,在豆科植物中经历反复的全基因组加倍,使得家族得到扩张;并且串联重复对于家族扩增起到了不可忽视的作用,如葡萄中的两个旁系同源基因,由于串联重复使得基因拷贝数量提高了150%。大豆中DGAT 基因在不同的组织中表达模式与其系统发育关系也表现出了关联性。该基因家族相对保守,与豆科基因组进化基本保持了一致的进化速率。本研究对于认识豆科植物DGAT 基因进化过程具有重要的理论意义,同时在基因组学水平为大豆、花生等油脂合成品质改良提供了理论支撑。     

大豆TPS基因家族全基因组鉴定、分类与表达分析

本研究利用大豆基因组数据库,通过生物信息学分析,鉴定并获得大豆TPS 家族基因所有成员的全序列、基因结构和定位信息。研究还利用序列比对对大豆TPS 家族基因进行进化和分类分析,同时通过soybase大豆发育表达芯片数据库相关信息,对该家族基因成员的组织表达谱进行了检测。研究结果表明,大豆基因组中含有20个TPS家族基因成员。系统发育分析将这些TPS基因分成了两个亚家族。基因定位分析表明,这些成员基因分别分布于大豆的14条染色体上。启动子分析表明,全部大豆TPS 家族基因的启动子区都含有逆境反应顺式作用元件。转录水平芯片数据分析同时显示,大豆TPS家族基因大多在花、根、根瘤等组织中存在优势表达。该研究结果将促进大豆TPS家族基因的功能研究与利用。     

茶树PPR基因家族全基因组鉴定及白化相关基因表达分析

三角状五肽(PPR)蛋白作为一类靶向定位于半自主细胞器的序列特异性RNA结合蛋白,在植物的生长发育过程中具有重要的作用.本研究基于茶树基因组数据,利用生物信息学方法对茶树CsPPR基因家族进行系统鉴定,并对其蛋白质理化性质、结构域保守性、亚细胞定位、基因结构、染色体定位与分布等进行了分析.结果表明,在茶树基因组数据中共...     

亚洲棉全基因组KNOX基因家族鉴定及组织表达分析

为探究亚洲棉KNOX基因家族特征及进化关系,本研究在石系亚1号中鉴定到23个KNOX基因（GaKNOX1-GaKNOX23）。23个基因定位于11条染色体上。除GaKNOX6、GaKNOX13、GaKNOX15、GaKNOX20和GaKNOX23外,其他GaKNOX蛋白均含有KNOX1、KNOX2、ELK和HOX 4个典型结构域。GaKNOX基因进化聚类形成两大分支：ClassⅠ和ClassⅡ。转录组数据分析显示,GaKNOX12在开花后20 d的纤维和胚珠中的表达量最高,说明它可能参与调控棉纤维次生壁形成过程。本研究在亚洲棉全基因组水平上鉴定KNOX基因家族并进行生物信息学分析,为进一步研究KNOX基因在棉花中的调控作用奠定基础。     

玉米CYP基因家族全基因组鉴定及进化与表达分析

利用NCBI中多物种基因组信息以及多种生物软件或在线工具,对玉米CYP基因进行生物信息学分析。结果表明,共鉴定得到23个玉米CYP基因,这些基因不均衡的分布在玉米1～8号染色体上。亚细胞定位分析表明,23个ZmCYPs定位于细胞的不同部位。多物种CYP蛋白进化树将CYP家族蛋白分为9个分支,玉米与高粱中的CYP蛋白多聚类在一支。基因家族内系统进化树联合基因模式图分析表明,处于同一进化分支上的ZmCYPs基因存在基因结构相似而组织表达模式不一致的现象,说明ZmCYPs基因在玉米中功能既存在保守性也存在分歧。对玉米CYP家族蛋白进行motif分析,结合蛋白多序列比对后发现,只有部分ZmCYPs保留了完整的活性位点。启动子顺式作用元件的分析表明,ZmCYPs可能参与光响应及多种非生物胁迫信号通路。对ZmCYPs进行高光强表达谱分析发现,部分ZmCYPs基因表达在高光强环境下受到诱导,表明部分ZmCYPs可能参与玉米在高光强下的适应过程。     

薏苡bZIP基因家族全基因组鉴定与非生物胁迫表达分析

薏苡是传统药食兼用经济作物,具有极高的营养价值和重要的药用价值,越来越受人们重视。转录因子是一类能够与调控基因的顺式作用元件或者功能基因特异性结合的重要调控蛋白质分子,在植物的许多生物学活动过程中起着重要的调控作用。碱性亮氨酸拉链（bZIP）转录因子家族在调控植物的生长发育及响应生物与非生物胁迫中起着重要作用。本研究利用北京薏苡（2n=20）基因组信息鉴定出83个bZIP基因家族成员,命名为ClbZIP1～ClbZIP83,2个bZIP基因（Cl042706和Cl042496）不能最终定位到任何连锁群。通过生物信息学方法,分析了基因结构、理化性质、染色体分布,研究了其与其他物种的系统进化关系,并利用转录组技术研究了家族成员在栽培种兴仁小白壳苗期响应非生物胁迫的基因表达规律。结果表明：薏苡全基因组中bZIP成员分别编码氨基酸97～1008个,最小的是ClbZIP5(97个氨基酸),而最大的是ClbZIP28(1008个氨基酸);蛋白质分子量在11.33～110.03 kDa之间,pI在4.15(ClbZIP44)到12.33(ClbZIP50)之间;将其划分为A～I、K、S等11个亚组,...     

花生Argonaute 基因家族全基因组鉴定与表达模式分析

AGO蛋白（Argonaute protein）是RNA诱导沉默复合体的关键组分,在植物生长发育中发挥重要作用。花 生基因组测序的完成为全基因组水平上分析AGO抗病基因提供了条件。利用AGO蛋白的保守域在花生基因组数 据库与NCBI中进行同源比对,鉴定得到花生AGO 基因家族所有成员。我们基于生物信息学对AGO蛋白家族的进 化关系、理化性质、染色体定位、基因结构、结构域、不同组织中和胁迫下的表达模式等进行分析。结果表明：试验 共鉴定得到51个花生AGO 基因,包括12个A.duranensis 基因,12个A.ipaensis 基因以及27个栽培种花生AGO 基因。 染色体定位分析结果显示这些基因不均匀地分布在花生染色体上,且A.duranensis 与A.ipaensis 基因组上有10对成 员存在较为明显的同源关系。表达模式分析表明AdAGO2、AiAGO4、AdAGO3、AiAGO7、AdAGO8、AiAGO8 基因在花生 22个组织中整体表达量偏高;而花生茎尖（Shoot Tip）与雄蕊（Stamens）中AGO 基因家族呈现较高表达量。本研究结 果为揭示AGO蛋白功能和发掘花生的抗逆育种靶向基因资源提供了一定的理论依据。     

香蕉NBS-LRR抗病基因类似序列的克隆和分析

根据大多数抗病基因的核苷酸结合区(NBS)和富含亮氨酸重复序列(LRR)保守区的氨基酸序列设计PCR简并引物,利用快速而又可行的简并PCR技术获得NBS-LRR类抗病基因类似序列。笔者利用该技术从香蕉cDNA中获得了一个NBS-LRR类抗病基因类似序列,命名为B-NB(SAY739270)。结构域分析发现,B-NBS含有NBS蛋白所具有的P-Loop、Kinase-2、Kinase-3a和下游疏水GLPLAL结构域(HD,GLPLAL)4个保守基序。聚类分析发现,B-NBS与已报道的6个植物抗病基因的NBS基序的遗传距离在21.7之内。因此,B-NBS是一个香蕉NBS-LRR类抗病基因类似序列。本研究将为香蕉抗病基因克隆和抗病机理研究提供新的抗病候选基因资源。