芥菜全基因组中Hsf基因家族鉴定与分析

【目的】通过鉴定与分析芥菜基因组中Hsf转录因子家族成员,为芥菜Hsf基因功能研究与遗传改良提高抗逆性提供理论依据。【方法】利用生物信息学方法分析芥菜Hsf热激转录因子家族成员的功能结构、保守基序、启动子顺式作用元件、系统进化、共线性及采用RNA-seq验证Hsf低温胁迫的基因表达。【结果】芥菜基因组中鉴定出71个Hsf基因家族成员,分布于18条染色体上,归类为3个亚家族,蛋白均含有DBD和HR-A/B结构域。BjuHsf启动子区域包含与逆境胁迫、激素、生长发育等相关顺式作用元件。系统进化与共线性分析表明,芥菜Hsf家族成员与大白菜Hsf家族成员具有更近的亲缘关系。在低温胁迫下,BjuHsf基因表达分析表明8个BjuHsf基因显著上调表达。【结论】这些显著差异表达BjuHsf基因与芥菜抗寒性极其相关,可作为芥菜耐寒性遗传改良的候选基因。     

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TaBTLs基因家族全基因组鉴定与表达模式分析

【目的】鉴定和分析小麦TaBTLs基因家族成员。【方法】通过生物信息学方法，分析小麦TaBTLs家族成员的数量、生化性质、基因结构、共线性关系、系统进化关系和启动子顺式作用元件；利用小麦RNA-Seq数据，分析TaBTL基因在不同组织器官和发育时期的表达模式以及对非生物胁迫的响应水平。【结果】小麦共有35个TaBTLs基因家族成员，所有成员均含RING-H2和BZF保守结构域，相对分子量介于29.64～45.16 ku之间。TaBTLs基因分布在除2A、2B和2D染色体以外的所有染色体上，且各成员之间存在大量重复事件。不同物种间BTLs基因分为7个亚族。TaBTLs基因在启动子区域存在大量的植物生长发育和逆境响应顺式作用元件；该基因家族成员在不同的组织和器官中广泛表达，并且受盐和干旱胁迫诱导。【结论】研究结果为阐明TaBTLs基因家族的进化关系和进一步研究其家族成员的功能提供理论依据和前期工作基础。     

大豆C2H2型锌指蛋白基因STF-2的克隆及结构分析

大豆是我国重要的粮油经济作物,是众多行业中必需的原材料。锌指蛋白是一种重要的转录因子,其中双锌指的植物C2H2型锌指蛋白多数与植物的非生物胁迫相关,可以利用生物技术手段提高作物对非生物胁迫的耐受能力。该文利用生物信息学和同源克隆的方法克隆得到了大豆C2H2型锌指蛋白基因STF-2,并且利用软件对其蛋白结构进行了初步分析。     

水稻CCCH型锌指蛋白亚家族Ⅰ基因的表达分析

CCCH型锌指蛋白是一类生物体中广泛存在的转录因子,与植物的抗逆性密切相关。水稻CCCH锌指蛋白家族包括67个成员,分为8个亚家族。本研究采用实时定量PCR技术分析水稻CCCH亚家族Ⅰ基因的组织表达模式以及盐、干旱、低温、高温等多种非生物胁迫和脱落酸(ABA)对CCCH基因表达水平的调节。结果表明,多数CCCH基因都不同程度地受到这些非生物胁迫及ABA的诱导或抑制,其中C3H10、C3H24、C3H33、C3H37和C3H67的表达量在不同胁迫处理后表现出不同程度的升高,C3H35、C3H50和C3H52在盐、干旱、ABA、低温和高温处理后表达水平呈下降趋势,表明这些CCCH锌指蛋白可能参与水稻的非生物胁迫响应。     

黄瓜R2R3-MYB亚家族鉴定及生物信息学分析

【目的】深入研究黄瓜Cucumis sativus R2R3-MYB亚家族成员的相关功能。【方法】利用生物信息学手段分析黄瓜全基因组,鉴定R2R3-MYB亚家族成员,对其系统进化关系、蛋白理化性质、染色体定位、基因结构、保守基序、顺式作用元件、蛋白质互作进行分析。【结果】黄瓜全基因组中含99个具有典型结构域的R2R3-MYB转录因子,蛋白序列含195～552个氨基酸,有保守基序及氨基酸位点;基因在染色体上分布不均匀;大部分亚家族成员蛋白质的不稳定指数大于40,属于不稳定蛋白。顺式作用调控元件分析发现：大部分基因启动子区所含元件与激素调节、MYB结合位点、胁迫密切相关。【结论】通过黄瓜全基因组鉴定,获得黄瓜基因组99个R2R3-MYB家族成员,分为30个亚组,映射于7条染色体上,该家族成员的上游启动子区含逆境相关作用元件。图7表1参36     

基于RNA-seq数据发掘响应干旱的谷子C2H2型锌指蛋白基因

C2H2型锌指蛋白在植物响应逆境胁迫以及激素信号转导过程中起着重要作用,为了发掘响应干旱胁迫的谷子C2H2型锌指蛋白基因(SiC2H2),利用转录组测序技术构建谷子聚乙二醇(PEG)处理前后转录组文库,根据表达谱数据鉴定出11个SiC2H2差异表达基因,对其进行理化性质、启动子元件等部分生物信息学分析和进化树及基因结构分析。实时荧光定量逆转录PCR(RT-PCR)验证结果表明,随机选取的4个基因在PEG胁迫前后的表达特点与表达谱数据基本一致。研究结果为后续进一步研究C2H2型锌指蛋白在谷子抗旱性中的作用以及谷子抗旱分子育种提供了理论依据。     

与植物抗逆相关的miR-398-3p基因家族进化分析及靶基因预测

通过生物信息学方法对miR-398-3p基因家族进行序列分析和靶基因预测。结果表明,大部分miR-398-3p基因分布在不同的染色体上,miR-398-3p序列在不同物种间具有高度的保守性。进化分析结果表明,miR-398-3p基因家族的成员呈现为7个分支,个别物种miR-398-3p的不同成员具有较远的亲缘关系;miR-398-3p的靶基因具有超氧化物歧化酶[Cu-Zn]、花粉特异性蛋白质SF3、锌指蛋白WIP2、C2H2型锌指家族蛋白等功能,参与植物的生物和非生物胁迫及生长发育调控过程。     

冬瓜 WRKY 基因家族鉴定及表达分析

【目的】WRKY转录因子家族在植物生长发育、抵御胁迫等过程起着至关重要的作用。挖掘参与冬瓜（Benincasa hispida Cogn.）非生物胁迫的WRKY基因家族成员,探究其生物学功能。【方法】基于冬瓜基因组数据库鉴定冬瓜WRKY成员,利用生物信息学的方法系统分析其WRKY基因家族成员的蛋白理化性质、系统发育、保守基序、顺式作用元件,通过qPCR分析冬瓜WRKY的表达情况。【结果】冬瓜WRKY基因家族有57个成员,氨基酸数目在126～650之间,相对分子质量在13.92～71.68 kD之间;蛋白等电点在4.61～9.69之间。根据系统进化树将该家族分为3个类群,第二类群又分为5个亚组。冬瓜WRKY外显子有2～6个。染色体定位分析发现,有56个基因定位在12条染色体上,1个基因未定位在染色体上。保守基序分析显示,Motif 1和Motif 3存在于56个基因,且同一类群具有类似的保守基序结构。同时,冬瓜WRKY基因的启动子上均含有应激反应相关元件、激素响应元件。WRKY在冬瓜不同组织和果实发育时期特异表达。RT-PCR结果表明非生物胁迫和激素处理冬瓜可诱导部分WRKY基因的表达。...     

豌豆CBF基因家族的生物信息学及低温胁迫下的表达分析

【目的】为了更加全面地探究CBF基因家族在豌豆中的进化及生物学特征。【方法】通过生物信息学方法从基因家族鉴定、结构分析、蛋白基本理化性质、亚细胞定位、染色体定位、顺式作用元件、蛋白质相互作用与表达分析等方面，对豌豆PsCBF基因家族进行系统鉴定和分子特征分析。【结果】在豌豆中共鉴定出21个PsCBF基因，染色体定位显示18个PsCBF基因分布在1、2、4、6与7号染色体上，其余3个未组装到染色体上(PsCBF19～PsCBF21)。21个PsCBF基因编码蛋白的氨基酸数在123(PsCBF09)～349(PsCBF11)，且均属于疏水性蛋白。亚细胞定位预测显示18个PsCBF基因(85.71%)定位在细胞核上，二级结构主要以无规则延伸为主。蛋白基序显示同一类群的基因都具相似的保守基序特征且该家族成员包含1～7个保守基序；同一类群的基因也具有相似的基因结构，且该家族基因含1～2个外显子。PsCBF基因启动子区分析表明其含有多种顺势作用元件，在激素反应，组织特异表达以及逆境响应中起作用。蛋白聚类网络图显示其蛋白可能在豌豆应对非生物胁迫中起调节作用。此外，本研究发现低温胁迫后K_2<...     

油橄榄Ⅲ类过氧化物酶家族的进化和表达分析

【目的】Ⅲ类过氧化物酶（PRX）是一类植物特有的氧化还原酶,在植物生长发育和胁迫响应方面具有十分重要的作用。本研究拟探讨油橄榄Ⅲ类PRX基因家族的进化和表达模式,旨在为油橄榄分子育种提供参考。【方法】利用生物信息学方法鉴定并分析了油橄榄Ⅲ类PRX基因家族的系统发育关系、分组、染色体分布、复制基因、基序分布、基因结构图、顺式作用元件分布和在不同组织和不同非生物胁迫下的表达,并对部分成员基因进行了实时荧光定量PCR验证。【结果】（1）鉴定得到了106个OePRX基因,根据其与拟南芥和毛果杨PRX蛋白序列的系统进化关系分为了14个组。（2）OePRX基因不均匀地分布于23条染色体上;片段复制是该基因家族扩张的主要动力,且复制基因在进化过程中受到了较强的纯化选择;与拟南芥相比,油橄榄PRX基因与毛果杨PRX基因的亲缘关系更近。（3）同一组中OePRX蛋白的等电点、分子量、基序分布、基因结构、信号肽分布、在不同组织中的表达模式均比较保守;OePRX基因启动子中含有较多的生长发育元件和激素应答元件;在油橄榄干热胁迫和水涝胁迫下,38%的OePRX基因显著差异表达。【结论】油橄榄OePRX基因家族明...     

玉米ZmC3H18基因的序列及表达分析

CCCH型锌指蛋白是锌指蛋白超家族的一个亚家族,一般包含1~6个由三个半胱氨酸和一个组氨酸组成的基序,在植物的生长发育和非生物胁迫过程中均发挥重要的调控作用。本研究中,我们对CCCH型锌指蛋白基因ZmC3H18的序列及表达进行了分析。ZmC3H18蛋白包含2个CCCH结构域,系统进化树分析表明ZmC3H18与单子叶植物中同源基因的进化关系更近。ZmC3H18基因在组织器官中呈组成型表达,但是在生殖器官中的表达量高于在营养器官中的表达量。ZmC3H18基因在气生根中的表达模式显示该基因在气生根原基起始过程中表达量最高。此外,顺式作用元件分析显示ZmC3H18基因的启动子区含有响应冷、热和干旱胁迫的顺式作用元件。实时定量PCR分析显示ZmC3H18基因的表达受非生物胁迫(冷、热、盐和干旱)调控。这些表达结果显示ZmC3H18基因在生殖生长和非生物胁迫过程中均发挥重要作用。本试验结果将为玉米ZmC3H18基因的功能研究提供重要信息。     

番茄C2H2型锌指蛋白的鉴定及生物信息学分析

植物C2H2型锌指蛋白转录因子广泛参与植物的生长发育及对逆境应答反应等生命过程。为了更好地理解番茄中C2H2型锌指蛋白转录因子的种类和数量,利用番茄基因组数据库,鉴定出92条番茄C2H2型锌指蛋白。蛋白质理化分析结果表明,不同亚家族成员的氨基酸长度差异较大,且多为碱性氨基酸;进化树分析结果表明,所有C2H2家族成员被分为5个亚家族,每个亚家族成员数量差异较大;结构域分析显示每个成员都含有C2H2结构域,同一亚家族间结构域的数量、种类、分布具有一致性;染色体定位结果显示,有91个成员定位在12条染色体上;组织表达分析结果表明,C2H2转录因子基因家族成员在各个组织中都有表达,表达量具有差异性。本研究将为番茄C2H2型锌指蛋白的生物学功能分析提供参考。     

西伯利亚杏全基因组CBF基因家族鉴定及低温胁迫下的表达模式

【目的】利用西伯利亚杏全基因组数据库鉴定CBF家族成员，并分析CBF转录因子保守域特点与功能及其在低温胁迫下的表达情况。【方法】根据西伯利亚杏全基因组数据库，利用BLASTP和HMM Search搜索西伯利亚杏CBF基因，通过CDD和MEME验证其保守结构域。使用Prot-Param、WOLF PSORT、MAGA X、Phyre2、PlantCARE等生物信息学工具分别分析蛋白理化性质、亚细胞定位、系统发育、蛋白三级结构、染色体定位及顺式调控元件。利用实时荧光定量PCR分析西伯利亚杏CBF基因在低温胁迫后的表达模式。【结果】本研究共鉴定出4个西伯利亚杏CBF基因，它们均具有AP2基因家族保守结构域PKKPAGR和DSAWR序列。西伯利亚杏CBF蛋白包含206～246个氨基酸，蛋白理论分子量平均值为25.80 KDa,平均等电点为5.92。PsCBF3和PsCBF4在基因结构上较为相似，亲缘关系更近。4个PsCBFs亚细胞定位均位于细胞核内。启动子顺式作用元件分析结果显示CBF家族成员可参与植物激素和非生物胁迫响应。西伯利亚杏CBF成员均属于酸性和亲水性蛋白。低温胁迫后，CBF基因主要...     

普通白菜C3H类锌指蛋白基因家族鉴定及表达分析

植物CCCH (C3H)锌指蛋白是一种可识别并结合RNA的蛋白,在植物生长发育、胁迫响应中发挥重要作用。为了了解普通白菜C3H类锌指蛋白家族的特性,通过比对拟南芥C3H类锌指蛋白成员和普通白菜数据库,鉴定普通白菜中C3H类锌指蛋白家族成员,并分析其蛋白质理化性质、系统进化、染色体分布以及在花芽分化阶段不同时期的表达模式。结果显示,共鉴定到84个普通白菜C3H类锌指蛋白家族成员,根据在染色体上的顺序分别命名为BrcC3H1～84,这些成员不均匀地分布在10条染色体上,其中在3号染色体上分布最多,有15名成员;蛋白质理化性质分析表明,该家族成员编码蛋白质氨基酸数量为156～1 542个,理论等电点为4.96～10.84。通过构建系统进化树可将其分为3个亚族,各亚族间基因结构及保守基序差异明显,不同的C3H模型可能是导致差异的重要因素。基因结构分析表明,BrcC3H成员多数含有1个或7个CDS。通过转录组数据对BrcC3H成员在白菜花芽分化不同阶段的表达模式进行分析,发现有21个BrcC3H基因在花芽分化临界期高表达,而在后期表达逐渐降低,其可能参与帮助启动花芽分化。这为进一步研究BrcC3...     

大豆BBX基因家族的鉴定及表达

【目的】对大豆（Glycine max）全基因组BBX（B-box）蛋白基因进行鉴定和生物信息学分析,探究其对非生物逆境胁迫的响应模式,为大豆BBX基因的应用提供参考。【方法】利用生物信息学方法鉴定大豆BBX基因家族成员,分析其保守结构域、系统进化树、基因复制关系、顺式作用元件、组织特异性表达和非生物逆境胁迫（干旱和100 mmol/L NaCl胁迫,均处理0,1,6,12 h）响应模式。【结果】大豆BBX基因家族（GmBBXs）有42个成员,分布在除2和16号染色体外的18条染色体上。保守结构域分析表明,GmBBXs在N端有一个或两个B-box结构域（B-box1和B-box2）,B-box1较B-box2保守;部分成员在C端存在一个CCT结构域。系统发育分析表明,GmBBXs家族成员分为5个亚家族,分别为B1+B2+CCT（Ⅰ型和Ⅱ型）、B1+CCT（Ⅲ型）、B1+B2（Ⅳ型）和B1（Ⅴ型）类型,其成员数量分别为3,8,6,18和7。共线性分析发现,在GmBBXs基因的扩展中存在串联复制和片段复制事件,且片段复制事件比例较串联复制大。GmBBXs基因启动子上含有多种顺式作用元件,如光应答元件、逆境胁迫应答元件和激素响应元件等。GmBBXs基因表达分析结果显示,GmBBXs在大豆根、茎、叶、花、荚果和种子中的表达存在差异,不同GmBBXs响应干旱和盐胁迫的方式不同,获得的36个GmBBXs基因表达数据可分为6种表达模式。【结论】在大豆中共鉴定得到42个GmBBXs基因,分布于18条染色体上,其结构域较为保守;GmBBXs的表达具有组织特异性,参与干旱和盐胁迫响应。     

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。     

西瓜OSCA基因家族全基因组鉴定及胁迫响应分析

【目的】对西瓜OSCA基因家族进行成员鉴定、系统发育分析以及胁迫响应分析,为揭示西瓜OSCA基因生物学功能和抗逆分子机制提供参考依据。【方法】运用生物信息学的方法从西瓜全基因组数据库中鉴定出西瓜OSCA基因家族成员,根据染色体定位信息进行命名。对基因家族成员染色体位置、基因结构、共线性、启动子、蛋白结构和系统发育等进行全面分析。利用转录组数据和qRT-PCR分析西瓜OSCA基因在胁迫条件下的表达情况。【结果】西瓜OSCA基因家族有10个成员,不均等地分布在6条染色体上。西瓜OSCA蛋白分子量变化范围为24.59~91.97kD,氨基酸数量为214~809aa,多数定位于质膜上。共线性分析结果表明,西瓜OSCA基因在进化过程中发生了片段复制事件。西瓜OSCA基因家族分为三大类群,同一类群成员的外显子一内含子的组成模式、蛋白保守基序排列、蛋白二级结构数量比例和蛋白三级结构模型均相似。西瓜、水稻、番茄和拟南芥的OSCA基因被分为6个亚族,每个亚族均有西瓜OSCA基因分布。西瓜OSCA基因启动子区域含有厌氧诱导、冷胁迫应答、光反应和干旱胁迫应答等多种非生物胁迫响应元件。在干旱、低温和盐胁迫下,西瓜OSCA基因家族各成员表达量均有不同程度变化,其中ClaOSCA3和ClaOSCA5在3种不同胁迫条件下表达量均有显著差异（P<0.05）。【结论】西瓜OSCA基因在进化过程中具有一定保守性,与拟南芥、水稻和番茄OSCA基因存在较近亲缘关系。西瓜OSCA基因家族内部存在功能分化,ClaOSCA3和ClaOSCA5可能是胁迫响应机制中的重要抗逆基因。     

小麦HP基因家族鉴定和分析

组氨酸磷酸转运蛋白HP(histidine phosphotransfer proteins)在植物的生长发育调控及逆境胁迫应答中发挥重要作用。为理解HP基因在小麦基因组中的进化特征和功能,研究通过生物信息学分析鉴定普通小麦的HP基因家族成员,对其理化性质、进化特征、基因结构、顺式作用元件以及在逆境胁迫条件下的表达模式进行了分析。结果表明,在小麦基因组鉴定到31个HP基因,编码蛋白质序列包括116～200个氨基酸。通过和其他植物的HP蛋白比较以及对蛋白结构、基因结构和基序的分析,显示小麦HP家族基因序列具有保守性。顺式作用元件预测表明,HP基因具有光、植物激素、干旱、低温等非生物胁迫响应相关的启动子调控元件。热图分析表明,HP基因在应答非生物胁迫中表达模式存在多样性;qRT-PCR分析表明,TaHP5-6B基因在低磷胁迫下受到强烈的诱导表达。综上所述,小麦全基因组鉴定的HP家族基因是非生物胁迫响应的重要基因资源。     

蓖麻RcFEN1基因克隆及非生物胁迫下表达模式分析

【目的】克隆蓖麻结构特异性核酸酶1基因(RcFEN1),并检测其组织表达特性及不同非生物胁迫下的时空表达模式,为揭示RcFEN1基因在蓖麻生长发育和响应低温胁迫等非生物胁迫的功能提供理论参考。【方法】根据蓖麻低温胁迫转录组注释信息,通过RT-PCR对RcFEN1基因编码区(CDS)进行克隆,利用生物信息学软件进行序列特征分析,并利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)检测其组织表达特性及不同非生物胁迫下的时空表达模式。【结果】克隆获得的RcFEN1基因(GenBank登录号OP205366)包含1个1154 bp的开放阅读框(ORF),编码383个氨基酸残基,含有RAD2/XPG核酸酶蛋白家族典型的结构域XPG-N和XPG-I,属于RAD2/XPG蛋白家族成员。RcFEN1蛋白含多个生物活性位点及功能区,但无跨膜区域和信号肽结构,是一个非分泌型亲水蛋白,定位在细胞核。RcFEN1蛋白与特洛花TsFEN1蛋白的氨基酸序列一致性最高,与大叶藻ZmFEN1蛋白序列的一致性最低,分别为90.28%和84.32%。RcFEN1蛋白与一串红和硬皮地星的FEN1蛋白亲缘关系较近。RcFEN1基因在子叶中的相对表达量显著高于根、茎和真叶(P<0.05,下同),在真叶中的相对表达量最低。RcFEN1基因在4种非生物胁迫下均有表达,但表达模式存在明显差异,其中,RcFEN1基因对干旱胁迫响应最敏感,处理2和4 h时相对表达量显著高于对照组(0 h)及其他处理时间;RcFEN1基因在盐胁迫和ABA胁迫下呈现相同的响应表达模式,均在处理4 h时开始表达,随后相对表达量降低;在低温胁迫下,RcFEN1基因在低温胁迫下延迟表达,且处理12 h后才被激活表达,且相对表达量持续增加。【结论】从蓖麻中克隆获得RcFEN1基因属于RAD2/XPG家族成员,是蓖麻低温胁迫下的差异表达基因,参与蓖麻低温胁迫的响应调控。