丹参BZR基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析

油菜素内酯(brassinosteroid, BR)是一类植物类固醇激素,除了具有生长调节作用外,还具有抗逆功能。BZR (BRASSINAZOLE-RESISTANT)转录因子是油菜素内酯信号转导途径中的调节剂,对植物生长和抵抗环境刺激起着至关重要的作用。本研究对丹参(Salvia miltiorrhiza Bunge) BZR成员的全基因组进行鉴定,鉴定得到6个成员。通过一系列生物信息学分析对它们的基因结构、进化关系、保守基序、顺式作用元件和茉莉酸甲酯胁迫的转录表达情况等进行了表征。基因结构分析表明同一亚类中各成员的基因结构特征相似;通过系统进化分析,将6个丹参BZR基因被分为两类;保守基序分析表明SmBZR蛋白的N末端均含有BZR基因家族的特征性序列;顺式作用元件分析表明SmBZR基因的上游序列含有丰富的与光响应、逆境胁迫响应,植物激素响应和生长发育相关的元件;基于已发表的转录组数据对丹参BZR基因的表达情况分析表明它们可能受茉莉酸甲酯调控。本研究为深入了解丹参BZR基因家族提供了一定的参考价值。     

人参CLE多肽的系统鉴定及其功能分析

CLE(CLAVATA3/Embryo surrounding region-related)多肽对植物根的生长发育具有重要调控作用。本研究采用生物信息学方法对人参CLE基因进行鉴定,对其基序进行了比对、偏好性分析,并采用全长进行了系统进化分析,对人参CLE基序在根的生长发育功能进行初步研究。结果表明,从人参基因组及转录组对应的蛋白库中鉴定出15种人参CLE多肽序列,对应21个基因,命名为PgCLE+数字,其中11种多肽序列为首次报道;多序列比对及偏好性分析表明,人参PgCLE与拟南芥CLE的同源多肽较为一致,但是部分人参CLE在第3位氨基酸上表现出了对A氨基酸的偏好性;系统进化树表明,PgCLE1、PgCLE3、PgCLE5、PgCLE6、PgCLE25a/b、PgCLE26、PgCLE27、PgCLE45a/b/c/d聚类在一起,PgCLE9、PgCLE12、PgCLE14a/b、PgCLE16、PgCLE20、PgCLE41、PgCLE44a/b聚类在一起,均同拟南芥对应的CLE亲缘关系较近;采用人参不定根系统研究发现,PgCLE9、PgCLE14、PgCLE16、PgCLE20...     

大麦GRX家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

谷氧还蛋白(glutaredoxin, GRX)是一类小分子氧化还原酶,这一家族的成员广泛存在于各种生物之中,并且参与了许多重要生化反应。根据活性位点的氨基酸序列,可以将这一家族分为CPYC型,CGFS型以及CC型三类,其中CC型GRX仅在高等植物中存在。本研究通过生物信息学方法,鉴定出了25个大麦GRX基因,其中4个属于CGFS型,3个属于CPYC型,18个属于CC型。除了染色体位置不明的一个基因之外,其余的24个基因分布在除了4号染色体之外的6个染色体上。大麦中的GRX家族成员分别在多个器官中高表达,主要集中体现在幼穗、花器官、生长中的分蘖、根以及衰老的叶片中。本研究对大麦中的GRX基因进行了鉴定,并结合水稻和拟南芥中的结果进行了对比和分析,为后续研究提供了一定的参考和依据。     

水稻NRL基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

NRL (NPH3/RPT2-Like)基因家族是植物中特异存在的基因家族,根据拟南芥NRL基因家族中参与植物向光性响应的NPH3 (NONPHOTOTROPIC HYPOCOTYL 3)和RPT2 (ROOT PHOTOTROPISM 2)命名.本研究利用生物信息学方法鉴定到27个水稻NRL基因,分布在除10号染色体...     

水稻PMEI基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

果胶是植物细胞壁的主要组成成分之一,在种子形成、果实等器官发育过程中发挥着重要的作用。果胶甲酯酶(pectin methylesterase, PME)使果胶去甲酯化,而果胶甲酯酶抑制剂(pectin methylesterase inhibitor, PMEI)是通过调节PME去甲酯化活性来共同调控果胶的甲酯化水平。水稻PMEI家族基因已有少量研究,但目前还没有进行过系统的生物信息学分析。本研究根据鉴定得到的49个水稻PMEI家族基因,利用单、双子叶植物的3个物种进行系统进化关系分析,结果表明水稻和玉米的PMEI基因之间同源性更高。对水稻PMEI进行结构特征域分析表明,大多数成员含有PMEI基因家族的特征结构域;利用RNA-Seq和微阵列数据进行分析,显示该基因在多个组织中表达,特别是在花药、雄蕊中有着较高的表达量,但在胚乳中几乎不表达;亚细胞定位预测表明,大部分PMEI基因存在于细胞膜中,在胞质、细胞核、质体、高尔基体、线粒体、过氧化物酶体等胞内位置也有分布,预示着PMEI功能的多样性。本研究通过对水稻PMEI基因家族的生物信息学分析,为进一步开展水稻PMEI基因家族的功能研究提供...     

甜菜TIFY基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

TIFY转录因子对植物体生长发育和胁迫响应有重要调控作用,本研究目的在于鉴定分析甜菜(Beta vulgaris L.)中的TIFY转录因子。试验以甜菜基因组数据为基础,利用生物信息学技术在全基因组水平鉴定并分析甜菜TIFY家族成员。结果表明：甜菜中共有21条TIFY基因,基因间序列相似性较低;共线性分析发现只有BvTIFY15与BvTIFY18之间存在基因复制事件;BvTIFY转录因子家族包括2个TIFY蛋白、8个JAZ蛋白、6个ZML蛋白、5个PPD蛋白;蛋白互作预测发现,JAZ家族成员对JA信号有重要的调控作用。本研究对BvTIFY基因的结构与功能进行分析,发掘出甜菜根中应答盐胁迫基因BvTIFY13与BvTIFY15,为后续BvTIFY基因的功能研究提供一定理论基础。     

蓝星睡莲CBF基因家族的全基因组鉴定与分析

CBF (C-repeat binding factor)是一类转录激活因子,在植物应对低温等非生物胁迫中起重要作用。为探究蓝星睡莲(Nymphaea colorata) CBF基因家族的生物学特性,本研究从蓝星睡莲全基因组中筛选到11个CBF家族成员,依次命名为NcCBF1～NcCBF11,并对其理化性质和基因表达等进行了分析。结果表明,蓝星睡莲CBF基因编码蛋白的长度为181～397 aa,分子量在20.17～43.11 kD之间,大多表现为酸性亲水蛋白,亚细胞定位于细胞质和细胞核中。系统进化分析发现,蓝星睡莲与拟南芥亲缘关系最近,与水稻同源性较远。NcCBFs基因中存在2对旁系同源基因(NcCBF2～NcCBF5, NcCBF4～NcCBF9),Ka/Ks值分别0.297 7和0.189 2,在进化过程中受到了较强的纯化选择作用。NcCBFs家族成员除NcCBF9和NcCBF4外,均为内含子缺失型,基因家族在染色体上呈现不均等分布,编码的蛋白序列均含有motif 1保守基序。预测蛋白二级结构主要由无规则卷曲和α-螺旋构成,三维结构均由1个α-螺旋和2个β-折叠构成。蛋白互作分析表...     

棉花WOX转录因子家族基因的全基因组鉴定与分析

为了挖掘可用于棉花花器官或纤维发育研究的候选基因,基于已发布的陆地棉全基因组数据,利用生物信息学的分析方法鉴定了陆地棉WOX(WUSCHEL-related homeobox,WOX)转录因子基因家族,并从染色体分布、基因及蛋白理化性质、蛋白结构、多重序列比对、系统进化树和基因表达模式等方面对该基因家族的特征进行了比较分析。结果表明,鉴定到37个陆地棉WOX转录因子家族基因,命名为GhWOX1~GhWOX37。亚基因组定位结果显示,37个陆地棉WOX转录因子家族基因分布在除了A04、A06、A09、D04、D06和D09号亚基因组以外的20个亚基因组,A亚组比D亚组多1个GhWOX转录因子家族基因。多重序列比对分析棉花WOX转录因子家族成员均具有高度保守的同源异型结构域;系统进化树分析发现棉花WOX转录因子家族可以分为3个亚家族(Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类),各亚类分别含有23,7,7个GhWOX转录因子家族基因成员。对NCBI中陆地棉的EST数据库比对分析,有11个GhWOX转录因子家族成员没有可匹配的EST序列,其他26个GhWOX转录因子家族成员在棉花的根、茎、叶、花、胚珠、纤维和种子等组织和器官中广泛表达。为深入研究棉花和其他植物中WOX家族的鉴定和功能研究奠定了基础。     

雷蒙德氏棉和亚洲棉TCP基因家族的生物信息学分析

TCP基因家族是植物中特有的一类转录因子家族,涉及了植物的多种生长途径以及各种生理生化反应的信号传导。为了更好地了解TCP基因家族在雷蒙德氏棉和亚洲棉基因组中的数量和分布情况等,通过生物信息学方法,在雷蒙德氏棉(D5)和亚洲棉(A2)全基因组中分别鉴定出37个TCP基因家族成员,并对TCP家族成员进行基因结构、染色体定位、保守域、进化关系等分析。结果表明,雷蒙德氏棉和亚洲棉全基因组分别编码37个TCP转录因子成员。雷蒙德氏棉30个成员基因分布在10条染色体上,亚洲棉37个成员基因分布在13条染色体上;内含子/外显子结构分析表明,TCP基因结构较为简单,大部分不含内含子;功能结构域分析,发现所有TCP转录因子具有高度保守的TCP结构域;根据结构域差异和系统发育分析的结果,将TCP基因家族分成2个亚族,进一步划分为PCF、CIN、CYC/TB1三个亚类。以上结果为进一步研究棉花TCP基因家族各成员的功能奠定一定的理论基础。     

陆地棉KFB基因家族全基因组鉴定与表达分析

【目的】KFB(Kelch containing F-box protein)是普遍存在于各种生物体中含有F-box结构域的一类家族蛋白,参与众多生物过程。本研究旨在开展陆地棉KFB家族基因鉴定和表达分析。【方法】利用生物信息学方法从陆地棉(TM-1)基因组中鉴定KFB家族成员,与已知的拟南芥、水稻、大豆等KFB蛋白序列构建系统进化树;进一步针对第Ⅱ亚族进行基因结构、染色体定位和表达分析。【结果】从陆地棉基因组共鉴定出150个KFB家族成员,进化分析表明这些基因可分为7个亚族。陆地棉KFB第Ⅱ亚族24个基因分布在14条染色体上,有9对直系同源基因;该亚族基因结构简单,半数基因只有1个外显子;qRT-PCR结果表明,该亚族基因具有较为广泛的组织表达模式,但在不同组织的表达存在差异。【结论】这些结果显示陆地棉KFB第Ⅱ亚族基因在进化过程中出现了功能分化。     

陆地棉ZF-HD蛋白的全基因组分析

ZF-HD(Zinc finger-homeodomain)蛋白属于同源异型盒蛋白家族,在动植物发育过程中起重要的作用。利用生物信息学的手段,研究陆地棉标准系TM-1基因组中ZF-HD蛋白的数目、亚细胞定位、染色体分布、基序、进化关系和组织表达情况。TM-1中共有35个Gh ZHD蛋白成员,且大部分成员定位到细胞核内;分布在20条染色体和2条Scaffold上,且具有11对直系同源基因;进化树分析表明,TM-1基因组中的ZF-HD蛋白大致分为6个小组,每个小组成员间具有类似的基序类型和排列顺序;大部分Gh ZHD基因在胚珠和纤维组织中表达,还有部分基因在根、茎、花、蕾和分生区中表达,在叶和愈伤组织中表达的基因最少。     

陆地棉PPO基因全基因组鉴定及对黄萎病菌的响应分析

【目的】多酚氧化酶(Polyphenol oxidases,PPO)广泛参与植物抵抗病虫害等生物逆境胁迫的过程。本研究旨在研究棉花中的PPO基因及其表达模式,验证多酚氧化酶与棉花抗黄萎病的关系。【方法】分析了黄萎病菌V991侵染下异源四倍体陆地棉TM-1根系中PPO酶活力变化,并利用TM-1的基因组数据库,鉴定相关基因,并进行生物信息学和表达分析。【结果】共筛选到13个候选GhPPO基因。这些基因都不含内含子,所编码的蛋白包含2个铜离子结合位点和PPO的保守序列(酪氨酸酶、DWL和KFDV保守结构域)。进化分析显示,陆地棉PPO基因的种内相似性大于种间相似性,并且相互之间形成了多对重复基因。GhPPO的表达量差异较大,少数基因具有组织特异表达的特性,多数基因在棉花不同组织中表达量都很低。实时荧光定量聚合酶链式反应分析结果表明:GhPPO6D在棉花根系中表达量较高,且在黄萎病菌V991侵染后上调。【结论】GhPPO6D可能参与了棉花与黄萎病菌的互作过程,与V991侵染后棉花根系PPO酶活力上升相关。     

Genome-Wide Identification and Analysis ofGRGene Family in Cotton

[Objective] Glutathione reductase (GR) gene family is involved in biological processes such as plant growth and abiotic stress response, but its characteristics and functions in cotton have not been known yet. This study aims to explore the role of GR genes in cotton genome evolution and abiotic stress response through the whole genome identification and characterization of GR genes, thus providing a theoretical basis for future studies on the roles of the GR genes in enhancing abiotic stress tolerance in cotton. [Method] The GR genes in Gossypium hirsutum, G. barbadense, G. raimondii and G. arboreum were all identified using bioinformatics software. The physicochemical properties, sequence characteristics, chromosomal location, phylogeny and expression patterns were analyzed. [Result] A total of 18 GR genes were identified. The number of GR genes in G. hirsutum, G. barbadense, G. raimondii and G. arboreum was 6, 6, 3 and 3, respectively. Phylogenetic analysis revealed that GR genes were divided into two sub-groups. The genes in the same subgroup exhibited similar gene structure in relation to exon-intron ratios. The ratios of the non-synonymous mutations (K_a) and homologous mutations (K_s) were all less than 1, indicating that the GR genes underwent strong purification selection during their evolution process. The analysis of the expression patterns of GR genes in upland cotton indicated that all the GR genes responded actively to the stress environment; but under different abiotic stresses, the gene expression patterns were significantly different. [Conclusion] The study explored the evolution and function of the GR gene family in the four cotton genomes, providing a theoretical basis for future studies of cotton GR genes.     

陆地棉Pht1家族成员的全基因组鉴定及表达分析

【目的】磷是植物三大必需矿质元素之一,对植物的生长发育至关重要。Pht1家族的磷酸盐转运蛋白在植物磷吸收和转运方面具有重要作用,然而关于该基因的系统研究工作尚很少开展。本研究旨在进行Pht1家族成员全基因组鉴定和表达模式分析。【方法】通过生物信息学的方法对陆地棉Pht1家族成员的基因结构、编码蛋白质的结构、染色体定位、基因复制和表达情况等进行全面分析。【结果】(1)在陆地棉的基因组中共鉴定到17个磷酸盐转运蛋白基因(GhPT),其中A亚组包含8个GhPT,D亚组包含9个GhPT;(2)棉花GhPT蛋白之间序列相似性很高,并均具有12个疏水的跨膜区域;(3)进化分析表明这些GhPT蛋白主要聚为2大组(GroupⅠ和GroupⅡ),位于同一组的GhPT的编码基因大部分具有相似的内含子/外显子分布模式;(4)17个GhPT基因不均匀分布在A亚组和D亚组中的5条染色体上,串联复制和片段复制可能导致GhPT基因在陆地棉中的扩增;(5)表达模式分析表明,GhPT6和GhPT14在根中表达量最高,且同时响应低磷和低钾胁迫诱导并上调表达。【结论】这些结果将有助于深入了解Pht1家族基因的功能及离子信号途径相互作用的分子机制。     

雷蒙德氏棉PIF-like转座元件鉴定与特征分析

PIF-like转座元件在植物基因组中含量丰富,是植物DNA转座子的重要组成部分。利用基因组学和生物信息学的研究手段,系统研究了雷蒙德氏棉全基因组水平PIF-like转座元件的数量、染色体分布、结构特征、表达模式及相邻基因的种类和功能等,共鉴定了440条包含转座酶且插入位置明确的PIF-like转座元件。这些元件几乎均匀地分布在13条染色体上,上下游2 kb内共有171个相邻编码蛋白的基因,其中132个基因注释到了GO数据库中,且这些基因的功能分布广泛;部分PIF-like转座元件表达,且具有组织特异性。这些遗传信息为深入研究棉花PIF-like转座元件介导的基因和基因组的进化规律以及棉花基因的功能奠定基础。