杨树TLP基因家族的生物信息学分析

[目的]分析预测杨树类甜蛋白(TLP)基因家族功能,为杨树TLP蛋白的差别研究、功能基因发掘及遗传性状改良提供理论依据.[方法]从Phytozome数据库搜索杨树TLP基因家族序列,并依据Pfam数据库进行筛选鉴定,利用生物信息学方法对其编码的蛋白氨基酸序列进行预测分析.[结果]从Phytozome数据库中筛选获得50个TLP基因家族序列,其编码的蛋白分子量10.19~74.09 kD,氨基酸数量98~672个,等电点(pI)4.15~9.12,大部分为亲水性蛋白和不稳定性蛋白,在细胞内外均有分布,并具有thaumatin蛋白家族的保守结构域,其中42个成员能形成与抑菌有关的酸性侧翼区域,且大多数成员具有FF motif结构和5个保守的REDDD氨基酸残基,但少数氨基酸残基发生改变.50个杨树TLP基因家族成员可分为4个进化组,各进化组成员的蛋白理化特性和亚细胞定位不完全一致,且功能域结构和motif结构也具有多样性,各进化组成员间差异与进化程度总体上呈正相关.根据motif结构和功能域结构可将所有成员分别分为7组和4组,但分组结果与系统发育进化结果并不完全一致.[结论]杨树TLP蛋白家族成员存在序列保守性和进化性,特异表达呈多样性,具有抗菌活性,但作用机制存在差异.     

大豆脱落酸受体基因家族鉴定、系统发育进化及表达模式分析

[目的]鉴定大豆脱落酸受体基因(GmPYLs)家族成员,并进行系统发育进化及表达模式分析,为深入研究该基因家族在大豆生长发育和非生物胁迫中的作用机制提供理论依据.[方法]以拟南芥PYLs基因(AtPYLs)家族成员序列为参考,从JGI和NCBI数据库鉴定出GmPYLs基因家族成员;利用生物信息学方法对该基因家族的组成、基因结构、保守性、系统进化、启动子区顺式作用元件及其编码蛋白理化性质和结构域等进行全面分析,并基于转录组测序数据,对GmPYLs基因家族成员的表达模式进行分析.[结果]从大豆全基因组序列中鉴定出21个GmPYLs基因,长度为500~4000 bp,分布在15条染色体上,编码蛋白的氨基酸数量为178~267个,分子量为19457.11~29105.43 Da,理论等电点(pI)为4.82~7.23,均为亲水蛋白,但稳定性存在明显差异,主要定位于细胞质中.GmPYLs蛋白的二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主.GmPYLs基因家族成员可分为四大组,同一组成员基因结构及其编码蛋白的氨基酸序列、三级结构、结构域和保守基序(motif)均相似.大豆、拟南芥、苜蓿和水稻的PYLs基因被分为五大类群(Ⅰ~Ⅴ),大豆、拟南芥、水稻和苜蓿的大多数PYLs基因归于Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类群;Ⅳ类群含少量的拟南芥和大豆PYLs基因,而Ⅴ类群仅含少部分苜蓿PYLs基因.拟南芥与大豆直系同源基因对数量多于拟南芥与苜蓿直系同源基因对数量.21个Gm-PYLs基因的启动子序列主要包含响应逆境胁迫、调节生长发育及响应植物激素的顺式作用元件,且所有GmPYLs基因的启动子区至少含有1个植物激素响应元件,其中,以含ABA响应元件的GmPYLs基因数量最多.GmPYLs基因具有组织表达特异性,且品种间的表达模式也存在差异.[结论]GmPYLs基因家族成员在系统发育进化上较保守,其基因组复制事件可能发生在豆科植物分化以后,且大部分GmPYLs基因被保留,在响应非生物胁迫中存在广泛的潜在机制,尤其与激素响应密切相关.     

芹菜TCP基因家族全基因组鉴定、进化分析和表达研究

[目的]鉴定芹菜基因组中TCP转录因子基因家族成员,为开展芹菜TCP基因功能研究及遗传改良提供理论依据.[方法]基于芹菜全基因组数据,对TCP家族成员进行了鉴定,系统分析了该家族成员的理化性质、基因结构、蛋白功能域、染色体分布、系统进化和转录表达丰度等,并采用qRT-PCR验证TCP参与了高温胁迫的应答.[结果]芹菜中...     

铁皮石斛糖苷水解酶GH3基因家族鉴定及表达模式分析

利用生物信息学方法对铁皮石斛GH3基因家族成员进行筛选、鉴定,对其基因结构、蛋白理化性质、亚细胞定位、系统进化、蛋白质二级结构及跨膜预测、基序及染色体定位进行分析,同时分析GH3基因家族在不同组织以及低磷与正常磷水平下的表达模式。在铁皮石斛全基因组中筛选得到13个GH3家族基因,其中一个基因存在可变剪切,表达为14个GH3蛋白。GH3基因家族蛋白可分为3个亚家族,各亚家族中不同基因相对保守;各成员均含有内含子与外显子,内含子相位在0～2,13个基因分布在8染色体上。GH3基因家族在铁皮石斛的8个组织中均有表达,其中白根和花蕾表达量高,茎和唇瓣低,推测GH3基因家族可能参与铁皮石斛根系生长以及开花现蕾。低磷与正常磷水平表达结果表明,低磷水平下叶中基因LOC110110392、LOC110100144表达上调,根中基因LOC110095762、LOC110107269表达上调。该研究对铁皮石斛糖苷水解酶GH3基因家族成员生物信息学、在不同组织以及正常磷与低磷条件下的表达水平进行研究分析,筛选响应低磷信号的糖苷水解酶基因,为后期研究糖苷水解酶参与低磷条件下铁皮石斛多糖代谢调节机制提供研究基础...     

短柄草Hsf家族全基因组鉴定、分类和高温响应

分析短柄草Hsf家族成员的进化关系,并进行分类;利用多种软件和在线工具分析短柄草Hsf的蛋白结构功能域和基因启动子区域的顺式作用元件;分析基因组信息,进行基因的染色体定位;利用荧光实时定量技术(qRT-PCR),分析短柄草Hsf基因在高温胁迫下的表达模式,鉴定出一些高温诱导表达的Hsf基因。     

梨STP基因家族鉴定及PbrSTP11调控梨花粉管生长的功能分析

[目的]本文旨在对梨单糖转运蛋白(sugar transporter protein,STP)基因家族成员进行鉴定,分析其序列特性、基因结构、氨基酸序列保守功能域、染色体定位以及组织表达特性,为其功能研究奠定基础.[方法]基于梨的全基因组数据,采用生物信息学方法进行序列鉴定和分析.通过不同糖种类和浓度培养梨花粉来分析糖...     

玉米SEs基因家族生物信息学分析

为获悉玉米SEs基因家族的功能和系统进化关系,利用生物信息学方法对玉米SEs基因家族进行鉴定,同时分析其家族成员理化性质、蛋白质二级结构、进化关系、基因结构、保守结构、氨基酸序列、染色体及启动子顺式作用元件。结果表明,在玉米中共鉴定到10个SEs基因家族成员,编码蛋白质的氨基酸序列长度为320～534 aa,分子量大小为33.85～56.94 kDa,等电点为6.57～9.15;亚细胞定位预测结果表明大部分玉米SEs蛋白定位在细胞质和原生质;系统进化树将玉米SEs基因家族分为3支;基因结构的保守基序分析说明玉米SEs基因家族存在一定的差异性;10个玉米SEs基因家族成员主要分布在Chr1、Chr5和Chr9上;氨基酸多序列比对分析表明10个玉米SEs基因家族成员存在一定的结构相似性;蛋白序列中存在10种Motif;启动子顺式作用元件分析表明玉米SEs基因主要受光响应、茉莉酸信号响应调控。     

铁皮石斛查尔酮合酶基因克隆与表达分析

[目的]克隆铁皮石斛中查尔酮合酶(CHS)基因,分析其基本生物学信息及组织表达特异性,为进一步研究CHS基因在铁皮石斛中的表达调控机理及其在铁皮石斛中的功能打下理论基础.[方法]采用铁皮石斛转录组序列与NCBI同源序列进行比对,根据保守区段设计引物克隆铁皮石斛CHS基因的cDNA全长,采用实时荧光定量PCR定量表达分析不同生长年限、不同组织部位中CHS基因的表达水平.[结果]铁皮石斛CHS基因cDNA编码区1188 bp,编码395个氨基酸,GenBank登录号KT783451,分子量为43.2 kD,理论等电点6.05.铁皮石斛GHS氨基酸序列与同属植物金钗石斛(Dendrobium nobile)的CHS氨基酸序列同源性最高,达99%,与非同科植物欧洲大叶杨(Populus trichocarpa)、巨桉(Eucalyptus grandis和紫玉兰(Magnolia liliiflora)等植物的同源性在83%左右.该基因编码的蛋白质属非分泌蛋白,定位于细胞质基质中,为非跨膜结构的亲水性不稳定蛋白.CHS基因在1年生铁皮石斛叶片中的表达量最高,随着植株年龄的增长,叶片中CH基因的表达量降低,茎中的表达量升高.[结论]铁皮石斛CHS基因早期主要参与激素运输和器官形态建成,后期主要参与类黄酮物质合成.     

黄瓜DnaJ基因家族鉴定及对高温胁迫的表达响应

[目的]本文旨在研究黄瓜热激蛋白DnaJ(CsDnaJ)的家族基因鉴定,并分析其在高温胁迫环境下的响应模式.[方法]利用生物信息学软件及黄瓜的全基因组测序数据库、公共数据库对CsDnaJ进行基因家族成员、染色体位置、蛋白特性、结构特征、进化及复制模式和组织表达特性分析,同时通过实时定量PCR技术分析其在高温胁迫环境下的...     

木薯NOX基因家族成员的生物信息学及其表达分析

[目的]搜索鉴定木薯还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(NOX)基因家族成员,分析其生物学信息及在不同组织和非生物胁迫下的表达模式,为深入研究该家族基因对木薯块根发育的调控机理及提高木薯抗逆性提供理论参考.[方法]从JGI数据库下载木薯的基因组序列,由pfam数据库下载4个NOX蛋白结构域相关的HMM文件,通过HMMER程序筛选NOX基因家族成员,利用生物信息学分析软件对该家族蛋白的理化性质、氨基酸序列和结构特征进行分析.基于GEO数据库的转录组测序(RNA-Seq)数据,对木薯NOX基因家族成员在不同组织和干旱胁迫下的表达模式进行分析.[结果]从木薯基因组中共鉴定到15个NOX基因家族成员,包括9个NOX基因和6个FRO基因(NOX祖先基因).FRO基因的外显子数(6~9个)明显少于NOX基因的外显子数(11~14个),且FRO基因的内含子序列较NOX基因短,NOX基因的第一个外显子相对保守.15个NOX基因家族成员分布在木薯的9条染色体和1个结构支架上,且均被定位在染色体末端,除6号染色体有4个基因、8号和14号染色体有2个基因外,其他染色体均只有1个基因.木薯NOX蛋白的分子量和氨基酸数明显高于FRO蛋白,而理论等电点(pI)差异不明显.FRO蛋白含6~9个保守跨膜结构域,而NOX蛋白均只含4个跨膜螺旋区,且均位于第350~750位氨基酸残基.木薯NOX家族蛋白有10个保守结构域,其中Motif1和Motif8存在于所有的NOX和FRO蛋白中,Motif6为NOX蛋白所特有,Motif3只独立存在于FRO蛋白中.NOX蛋白均具有典型的保守结构域和相似的蛋白质结构,其脱氢酶结构域明显折叠成催化域裂缝结构,且C末端氨基酸极度保守.由RNA-Seq数据的基因表达谱可知,NOX基因家族成员在不同木薯叶片、中静脉、叶柄、茎、侧芽、茎尖分生组织、根尖分生组织、易碎胚性愈伤组织、胚性愈伤组织(OES)和贮藏根中均有表达,但呈不同的表达模式,其中,Manes.14G042600和Manes.S089900在储藏根中高表达,Manes.06G128700和Manes.09G172500在须根和根尖分生组织中高表达.在木薯品种KU50和新选048的叶片中,Manes.14G042600基因在干旱胁迫下呈上调表达,推测NOX基因在特定组织及响应非生物胁迫过程中扮演重要角色.[结论]木薯NOX基因家族成员具有保守基因结构,其编码蛋白具有保守的功能域,尤其是C端氨基酸序列;NOX基因表达具有组织特异性,部分成员的表达受非生物胁迫的影响.FRO蛋白和NOX蛋白具有较明显的共进化关系.