花生1,3,4-三磷酸肌醇5/6激酶ITPK家族基因的鉴定和分析

1,3,4-三磷酸肌醇5/6-激酶（ITPK）是一种保守的多功能酶,调控磷酸肌醇的代谢过程,广泛存在于动植物和线虫中。本研究从两个野生种花生基因组（Arachis duranensis 和Arachis ipaensis）中获得AdITPK 家族基因7个,AiITPK 家族基因7个,利用生物信息学手段,系统地分析花生ITPK 家族基因生物学特征。结果表明,AdITPKs 和Ai⁃ITPKs 基因的染色体定位相似,在03号和05号染色体上都分别有2个ITPK 家族成员,AdITPKs 在A01、A08和A10号 染色体上各1个,AiITPKs 在B01、B07和B10号染色体上各1个;花生各ITPK 基因含外显子数量在1~10个不等,可编码220~483个氨基酸;进化关系分析显示花生ITPK 家族基因可分为3个亚家族;基于保守结构域分析显示,此家族蛋白含有4~6个保守结构基序。两基因组同源基因的二级结构相似性较大,而AdITPK5和AiITPK5、AdITPK6和AiITPK6两对同源基因例外;大部分基因的三级结构皆相似,但AdITPK1、AdITPK6、AiITPK1和AiITPK6与其余基因明显不同;花生ITPK 家族基因在各器官中表达量不同,在发育前期的种子、根系和根瘤中表达较高。本研究为花生ITPK 基因的后续研究奠定理论基础,为明确ITPK 对花生生长中的调控作用提供了依据。     

野生花生Hsp70基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析

热激蛋白70(heat shock protein 70,Hsp70)是细胞应对高温和其它胁迫环境时所产生的一类分子伴侣类型应激蛋白。本研究以Arachis duranensis和Arachis ipansis基因组数据库为基础,利用生物信息学方法对Hsp70基因家族进行鉴定分析。结果表明,A.duranensis含有34个Hsp70基因成员,A.ipansis含有35个Hsp70基因成员,两者的直系同源基因大部分分布于两套染色体相近的位置。Ad Hsp70和Ai Hsp70基因家族根据亚细胞定位结果可分4种类型,各类型的Hsp70基因结构相对保守。根据系统进化分析Hsp70基因家族可分为ClassⅠ(Hsp70)和ClassⅡ(Hsp110)两个亚家族,其中ClassⅠ亚家族进一步分为3个小家族,同时揭示Hsp70基因家族成员产生于单双子叶分化之前。GO分析预测表明,Ad Hsp70和Ai Hsp70基因家族功能类别完全一致,各功能类别数目比例变化相似。本研究结果有助于了解花生属植物Hsp70基因家族功能,以期为深入研究花生逆境生理过程中的分子调控机理提供基础。     

花生14-3-3基因家族的生物信息学分析

14-3-3是一类广泛存在于真核生物细胞内的多基因家族蛋白,在植物信号传导、生长发育及抗逆胁迫反应中发挥重要作用。本文通过隐马尔柯夫模型(Hidden Markov Model,HMM),对野生花生（Arachis duranensis和Arachis ipaensis）基因组的蛋白质数据库进行搜索,获得Ad14-3-3基因家族成员14个,Ai14-3-3基因家族成员13个。进化树分析显示其主要分为ε类和非ε类,其中Ad14-3-3家族包含6个ε类和8个非ε类;Ai14-3-3家族包含了7个ε类和6个非ε类成员。进一步对该基因家族的理化性质、基因定位、基因结构及上游调控序列进行分析预测。结果显示, Ad14-3-3和Ai14-3-3基因家族的染色体定位相似,在1和6号染色体没有定位,在4和7号染色体上各有3个家族成员。花生中的14-3-3基因家族高度保守,ε类14-3-3蛋白主要包含6外显子,非ε类14-3-3蛋白主要包含3-4个外显子,ε类与非ε类14-3-3蛋白的保守基序存在显著区别。上游调控序列预测分析表明,花生14-3-3蛋白存在大量的激素及逆境胁迫应答元件,预示着该基因家族参与花生的生理及逆境胁迫反应。 （１．山东省花生研究所,山东青岛,２６６１００;２．哈尔滨工业大学环境学院,黑龙江哈尔滨,１５０００１）     

花生中三个LEA基因的克隆与表达分析

胚胎发生晚期丰富蛋白(LEA)是一类受发育阶段及脱水信号调节的脱水保护蛋白,在响应植物干旱、低温、高盐等逆境胁迫中具有重要功能。本研究在转录组数据分析时,发现3个LEA基因在花生干旱胁迫时大量上调表达。利用RACE技术以及生物信息学方法,发现这三个基因分别属于LEA2、LEA3以及LEA4。通过序列比对进行进化分析,结果表明其均与Arachis duranensis,A.ipaensis相关基因具有极高相似度,印证了栽培花生来源于Arachis duranensis和A.ipaensis的研究结果。通过表达分析发现,正常状态下这三个基因在花生根、茎、叶中均有表达;干旱胁迫状态下,花生根部的LEA基因大量表达,暗示其在花生抗旱机制中发挥重要作用。本研究结果可为筛选新的抗旱花生种质提供理论依据。     

甘蓝型油菜ＨＭＧ基因家族的生物信息学分析

为研究甘蓝型油菜HMG（high mobility group）基因家族的起源、进化和功能,利用生物信息学方法对甘蓝型油菜和其近缘物种HMG基因家族进行鉴定,并对其进化、基因结构、组织表达、直系旁系同源基因进行系统分析。在甘蓝型油菜中鉴定到45个HMG家族成员,并根据进化树和基因结构将其分成5组。染色体定位发现,19条染色体中有18条染色体有HMG基因,说明该家族基因分布较广泛。在甘蓝型油菜与甘蓝、白菜和拟南芥分别鉴定到47、45和26个直系同源基因对。在甘蓝型油菜中鉴定到28个旁系同源基因对,而在其它3个物种中则比较少,这可能与甘蓝型油菜的多次基因组加倍有关。对45个甘蓝型油菜BnHMG基因在根和叶中的表达模式进行分析,结果显示,大多数基因在根和叶中均有表达,且呈现出不同的表达模式。     

花生AhARF 基因家族鉴定与表达分析

生长素响应因子（Auxin response factor，ARF）是生长素信号转导途径中的一类重要转录因子，在种子萌 发、器官形成、果实成熟、胚胎发生等多个生长发育过程发挥作用。为了揭示花生基因组中AhARF 基因家族的特 征，本研究利用生物信息学方法从花生基因组中鉴定了62个花生AhARF 家族基因，它们不均匀分布于除1号和11 号之外的其他18条染色体上，在A和B亚基因组对应关系的染色体上数目大体相同。依据系统发生关系，62个花 生AhARFs 与拟南芥AtARFs 家族基因共同聚在除ClassIII（仅包含拟南芥AtARFs）外的其余4个分支。共线性分析共 检测到33对片段重复基因，其Ka/Ks比值均小于1，受到环境压力的纯化选择。本研究还分析了它们的理化性质、 蛋白保守结构域等特征。此外，基于22个组织转录组数据，绘制了62个花生AhARF 家族基因的表达模式热图。进 一步应用qRT-PCR方法，分析了可能与萌发相关的4个AhARF 基因（AhARF10、AhARF20、AhARF23 和AhARF46）的 时空表达模式。本研究可为种子萌发相关AhARF 基因的挖掘与功能鉴定提供基础。     

花生GSTs家族基因的全基因组分析

谷胱甘肽转移酶(glutathione-S-transferase, GST)是一类重要的多功能超家族酶,普遍存在于植物体中,作为配体或结合蛋白,在调控植物的生长发育、解除外界毒素作用过程起到重要作用。为全面了解花生GSTs基因家族的结构特性,本论文通过生物信息分析技术对花生GST基因家族进行全基因组鉴定和表达特性分析,结果表明,在花生全基因组中一共有163个GSTs基因,其中A组基因中含有76个,B组基因中含有87个。基因结构和发育进化树将花生GST基因分为6类:Tau、Theta、Lamda、EF1Bγ、Phi和DHAR,花生GST家族基因结构进化相对保守,但各基因的内含子数量及长度有较大差异,其中EK5R9的外显子数最多,达19个;而K7JNV的内含子最长,约18 kb。MEME分析发现,花生GST家族基因中存在9个保守域,各基因中的保守结构域为6～8个不等。染色体定位显示,花生GSTs家族基因在花生A、B染色体组上呈不均匀分布,在A02、A03、A07、A09、B02、B03、B05、B08和B09号染色体上存在1～2个基因簇。表达分析发现,只有80个花生GST基因具有组织表达差异,其中6个的组织表达有极显著差异。本研究为GSTs基因的功能研究及花生抗逆性提高提供了理论依据。     

杜兰落花生球蛋白基因家族的生物信息学分析

为了解球蛋白基因家族在杜兰落花生(Arachis duranensis)种子中的特征,利用生物信息学方法对杜兰落花生球蛋白基因进行全基因组鉴定及表达模式分析。结果表明,杜兰落花生含有9个球蛋白基因,家族成员间理化特性总体差异不大,亲缘关系相近的蛋白具有相似的保守基序组成。根据物种间的球蛋白系统进化树,球蛋白进化关系符合物种之间的亲缘关系。杜兰落花生球蛋白在进化过程中较为保守,受纯化选择主导,但在部分进化枝上存在正选择位点。栽培种花生转录组数据分析表明,15个花生球蛋白基因在花生种子中检测到表达,其中4个表达量远超其它成员,在花生荚果成熟后期表达量仍较高。     

橡胶树KT/HAK/KUP基因家族成员的鉴定与表达分析

为研究巴西橡胶树钾转蛋白(KT/HAK/KUP)基因家族在生长发育和逆境胁迫方面的生物学功能,从橡胶树基因组中鉴定得到31个KT/HAK/KUP基因家族成员,并从基因结构、染色体定位、系统进化和表达分析等方面进行全面系统的分析.研究结果发现,KT/HAK/KUP基因家族31个成员分布在3个Contig和15个染色体上,...     

野生种花生GLP家族基因的鉴定与特征分析

GLP是一类普遍存在于植物界的cupin超家族基因,在调控植物生长发育和抗逆反应中起到多种重要作用。本研究从全基因组水平研究野生种花生GLP基因家族,共鉴定出38个GLP基因。结构域分析显示,绝大多数花生GLP都含有保守的cupin保守结构;基因结构和系统发育分析表明38个花生GLP家族基因分成Subfamily I、Subfamily II和Gymosperm subfamily 3个亚家族,分别有20个、10个和8个成员,其中Subfamily I内含子/外显子结构较一致,无显著差异;Gymosperm subfamily中GLP基因内含子长度差异最大,最长达6.3 kb;Subfamily II中的基因内含子数量差异最显著,最多达5个。说明基因结构与系统进化有一定的关系。染色体定位分析显示,花生GLP基因在花生17条染色体中的分布呈不均匀性,存在5个基因簇,其中染色体A06上分布最多,为9个;其次是B06,分布6个。基因表达分析显示,在22个不同的组织中,仅有8个野生种花生GLP家族基因呈现出差异表达,其中6个属于Subfamily II,且表达总量显著高于其他基因,而Subfamily I成员均未检测到表达。该结果将为今后花生GLP家族基因的功能研究与利用提供参考。     

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。     

花生CONSTANS-Like（COL）家族基因的克隆与表达分析

开花是植物从营养生长到生殖生长的重要过程,CONSTANS-Like（COL）基因是植物光周期诱导开花途径中的关键转录因子,但是在花生中的具体功能尚不清楚。本研究通过生物信息学的方法对花生COL 基因家族成员序列特征、系统进化关系、基因结构、保守结构域及表达模式进行分析,最终克隆了17个AhCOL 基因（AhCOL1-Ah⁃COL17）。花生17个AhCOL 基因氨基酸长度范围为327aa~617aa,等电点（pI）均小于7,在蛋白质序列的氮端与碳端 均含有保守的BBX和CCT结构域。此外,不同组织中的基因表达模式分析,表明多数AhCOL 基因在叶片中的表达量显著高于其他组织。不同时期的表达量分析表明多数AhCOL 基因的表达量从苗期到开花期呈现递增。本研究为研究花生AhCOL 基因的潜在功能奠定了重要基础。     

花生高亲和硝酸盐转运蛋白基因家族生物信息学分析

氮素利用效率(nitrogen utilization efficiency,NUE)是影响花生产量的重要因素之一.基于前期产量相关性状全基因组关联分析锚定到的一个候选基因,属于花生高亲和硝酸盐转运蛋白(nitrate transporter 2,NRT2)基因家族.本研究利用栽培种花生全基因组和不同组织的转录组信息,...     

花生紫色酸性磷酸酶基因家族的鉴定及表达分析

紫色酸性磷酸酶（purple acid phosphatase, PAP）是一类金属磷酸酯酶,参与植物的磷素利用、碳代谢、细胞壁合成等多种生理功能,尤其是对磷缺乏的适应。本研究利用生物信息学手段在花生（Arachis hypogaea L.）全基因组水平上对PAP基因家族进行了鉴定,并对其系统进化关系、保守结构域、基因结构以及它们在22个组织中的表达模式进行了分析。结果表明：花生基因组中有39个AhPAP基因,氨基酸序列长度为205~905,等电点大多数都小于7,蛋白质C端均含有金属磷酸酶结构域。以花生、拟南芥、水稻、苜蓿共74个PAP蛋白构建的系统发育树可分为四组,每组中都含有来自不同物种的PAP,并没有因为物种差异而各自聚为一类。AhPAP基因家族中部分成员的表达具有组织特异性,arahy.P03NME、arahy.DAPS6C在根瘤中表达量最高,而它们在其他组织中表达量较低或未检测到表达。本研究为揭示AhPAP基因家族在花生中的生物学功能奠定了基础。     

花生AT-hook家族基因的生物信息学分析

AT-hook蛋白不仅在植物生长发育、器官构建、胁迫和激素信号应答中起重要作用,而且还作为染色质重塑的转录因子和辅助因子,调节基因的转录活性。为全面了解花生AT-hook基因家族的结构特征,利用生物信息学技术比对花生基因组数据库,分析AT-hook基因家族成员的理化性质、基因结构、保守结构域和系统发育关系以及在12个组织中的表达特异性。结果表明：在花生基因组数据库中鉴定得到64个AT-hook基因,染色体定位显示这些基因在染色体上呈不均匀分布。系统发育树分析表明花生AT-hook基因可分为8个亚群,多数基因都含有5?-UTR和3?-UTR。MEME数据库显示,花生AT-hook基因编码的蛋白质包含6个保守的结构域,大多数AT-hook蛋白含有RGRP和PPC的基序。表达热图显示,AT-hook基因在不同花生组织中呈现特定的表达模式,如arahy.BT3IUC、arahy.QUTE6V、arahy.8MM6DT、arahy.RIX96U和arahy.T2XHT6在根中高度表达,但arahy.EW3BSR和arahy.CSXK13分别在雌蕊和叶片中高丰度均匀转录。本研究结果为进一步阐明花生基因组中AT-hook基因的潜在分子功能提供理论参考。