苹果CAX基因家族生物信息学和表达分析

[目的] CAX(Ca2+/H+exchanger antiporter)是一类重要的跨膜转运蛋白,在植物体内阳离子转运上起着非常重要的作用.本文对苹果MdCAXs基因进行了生物信息学和组织特异性表达分析,以期为该类基因的功能研究奠定基础.[方法]利用生物信息学的方法对苹果MdCAXs基因家族染色体定位、蛋白质等电点、亲疏水性、跨膜区域、亚细胞定位及保守结构域进行了预测和分析,同时还分析了MdCAXs基因与其他物种CAXs基因的进化关系.采用实时荧光定量PCR法对苹果MdCAXs基因在不同盐处理下根、茎、叶中的表达变化进行分析.[结果]苹果MdCAXs家族包含8个成员,分别属于CAXsⅠ型中的A亚型和B亚型,编码436～817个氨基酸,等电点4.97～7.12,且都为疏水性蛋白;所有MdCAXs基因编码的氨基酸都有11个及以上的跨膜区域,含有CAXs基因5个典型的功能域:N-端自抑制区域(NRR)、C-端功能区域、Ca2+功能域(CaD)、C功能域和D功能域.亚细胞定位预测MdCAXs主要是定位在质膜和内质网上.苹果MdCAXs基因具有组织特异性表达特点,不同种类盐处理根、茎、叶中表达发生不同程度的变化,反映了MdCAXs存在功能上的差异,对不同阳离子有特异性的应答反应.[结论]苹果MdCAXs是一类跨膜转运蛋白,具有植物CAXs基因典型的结构特征,根、茎、叶对不同的盐离子具有不同的表达响应.     

水稻RR基因家族生物信息学及表达模式分析

水稻反应调节因子（response regulators,RR）家族在植物生长发育中扮演着重要角色,探究RR基因在水稻中的进化及生物学特征具有重要意义。水稻RR基因家族共有22个成员,包含15个A型和7个B型基因。分析发现,水稻RR蛋白的理化性质存在差异,其中B型均为亲水蛋白（GRAVY<0）;水稻RR基因有5个旁系基因对,分别为OsRR8和OsRR15、OsRR5和OsRR11、OsRR9和OsRR10、OsRR1和OsRR2、OsRR20与OsRR18,预测其与已知功能基因具有相似的功能;保守基序Motif 1与Motif 3均属于REC超级家族,作为响应调节器接收来自双组分磷酸转移系统中的信号传导,在22个OsRR蛋白中均有分布。调控元件与表达模式分析表明,RR基因具有调控脱落酸、水杨酸、茉莉酸、赤霉素与生长素等多种信号转导的潜能,参与植物防御低温、干旱等胁迫及光和厌氧等信号响应过程,同时也具有调控水稻不同组织生长发育的功能。通过对水稻RR基因进行生物信息学分析,为后续深入研究水稻RR家族成员的功能提供理论依据,也为进一步揭示植物生长发育及信号传导机制奠定了基础。     

苹果SBP基因家族生物信息学分析

首先利用生物信息学方法对苹果42条SBP蛋白序列的系统发生和SBP基因组定位进行分析,然后对其氨基酸组成成分、理化性质以及二级和三级结构进行预测和分析,同时还分析了苹果与拟南芥的SBP基因家族之间的联系。结果显示着42条蛋白序列与拟南芥16条SBP蛋白序列一起被分成了7个亚族,拟南芥与苹果SBP基因间具有较高的保守性。基因组定位结果显示42条SBP基因分布在12条染色体上。研究还发现不同亚族间氨基酸数目、氨基酸序列疏水性存在一定的差异;二级结构预测分析发现,42条氨基酸序列以随机卷曲和α-螺旋为主要组成部分,而且42条氨基酸序列三维结构相似。     

苹果WRKY基因家族生物信息学及表达分析

【目的】鉴定苹果（Malus domesticaBorkh.）基因组上132个WRKY基因,为研究苹果WRKY转录因子在非生物和生物胁迫以及生长和发育过程中的调控作用奠定相关理论基础,也为进一步分析苹果WRKY基因提供信息。【方法】利用HMMER 3.0软件,通过WRKY保守域全蛋白序列PF03106用于鉴定苹果WRKY基因。采用WebLogo 3、DNAMAN 5.0、MapInspect、MEME和MEGA5.1等软件对其蛋白序列进行生物信息学分析。采用RT-PCR技术检测苹果WRKY基因的组织表达情况。【结果】鉴定得到132个苹果WRKY基因。分组鉴定和进化树分析结果显示,苹果WRKY蛋白分为I、II和III类型,I组共有24个成员可进一步分为I-C和I-N亚组,其锌指结构是C₂H₂类型（CX₄CX_22-23HXH）。II组含有1个WRKY区域共有79个成员,可进一步分为II-a、II-b、II-c、II-d和II-e亚组,分别有8、12、31、14和14个成员,其锌指结构为C₂H₂类型（CX_4-5CX₂₃HXH）。III组共有29个成员,其锌指结构为C₂HC类型（CX₇CX_23-24HXC）;WRKY结构域分析显示,其高度保守,绝大多数都含有WRKYGQK七肽和锌指结构;染色体定位分析显示,苹果WRKY分布于苹果17条染色体中,呈不均匀分布。染色体1和9上分布最多,为13个;其次是染色体12,分布12个;染色体2、5和14分布最少,为4个;基因结构分析表明,MdWRKY基因家族多数由2-5个外显子组成,基因结构进化高度保守;保守元件分析表明,MdWRKY基因家族包含10个保守元件：元件1-6为WRKY盒;元件7-10为未知盒。MdWRKY基因家族都包含有WRKY盒,I组中含有2个WRKY盒,II-a和II-b亚组中含有未知元件8,III组中含有未知元件7和9。半定量结果显示,12个MdWRKY均在根、茎、叶、花和果中表达,且呈现出多种相对表达模式。【结论】苹果WRKY基因家族结构高度保守,可能参与调控苹果生长和发育等过程。     

苹果Dof转录因子生物信息学及其表达分析

为了解苹果Dof转录因子家族的生物学信息与功能,利用苹果基因组GDDH13 v1.1检索及RNA-seq转录本重构找到51个Dof基因,并通过Pfam和SMART检测确认,进一步对这些Dof基因进行全面分析.结果表明,除MD07G1265700外,其他50个Dof蛋白均含有一个明显的Dof结构域,且有一个CX2CX21CX2C基序.这些Dof基因编码氨基酸数为163～523,相对分子质量为18210～55800,等电点为5.01～10.30,多数Dof成员定位于细胞核中,少数定位于叶绿体或线粒体中.组织特异表达显示多数Dof基因在营养器官中的表达量高于生殖器官,而MD01G1084700、MD07G1153300、MD08G1040100、MD15G1034500基因在未成熟的果肉中表达量最高.盐碱胁迫下,除MD05G1023800基因没有检测到表达外,其他Dof基因的表达均受盐碱胁迫影响,只是响应强度和时间有差异,基因表达显著上调的有7个,显著下调的有15个.该研究结果为进一步揭示苹果Dof转录因子生物功能奠定了理论基础.     

巴西橡胶树LIM结构域基因克隆与生物信息学分析

根据乙烯利刺激巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)胶乳差异表达cDNA文库的EST序列信息,利用RACE技术从胶乳中成功克隆了1个含有LIM结构域的未知功能新基因HbLIM的全长cDNA。生物信息学分析表明,该基因全长cDNA由1016bp的碱基组成,拥有1个570bp的开放阅读框编码189个氨基酸残基;推测氨基酸序列富含Lys,Ser,Ala和Leu,含有2个LIM结构域和2个N-豆蔻酰化位置。序列相似性分析表明,HbLIM编码的氨基酸序列与蓖麻、杨毛、葡萄相应的LIM基因的相似性高达98%,95%和92%。这些研究结果为深入探讨LIM结构域蛋白在巴西橡胶树乳管发育及乳管代谢中的功能奠定了基础。     

红花SPL基因家族全基因组鉴定及表达分析

SPL基因家族是植物特有的转录因子,广泛参与调控植物生长发育,包括花和果实的发育、胁迫响应和次生代谢物的合成等。为探究红花SPL基因家族的进化和功能,本研究基于红花基因组数据库筛选得到21个SPL基因,利用生物信息学方法对其进行分析。结果表明,红花SPL基因家族鉴定得到的21个成员聚类为6个亚家族,同一个亚家族成员具有相似的基因结构和基序,大多数CtSPL蛋白具有1个完整保守的SBP结构域;CtSPL基因启动子区域存在光反应元件,激素应答元件、胁迫响应元件以及和植物生长发育有关的调控元件;miRNA靶位点预测表明有15个CtSPL基因受miR156家族的调控;表达模式分析表明,CtSPL基因呈现组织特异性表达。经茉莉酸甲酯(MeJA)和表油菜素内酯(EBR)处理后,多数CtSPL基因表达量发生变化,推测这些基因参与了红花不同激素的响应。     

芋淀粉合成酶基因家族的鉴定、生物信息学及表达分析

【目的】鉴定芋淀粉合成酶(CeSS)基因家族,并对其生物信息学及表达模式进行分析,为芋产量、品质和营养性状的遗传改良提供参考。【方法】使用HMMER 3.12b软件以SS基因家族典型保守结构域Glyco＿transf＿5为模型,鉴定芋基因组中SS基因家族信息,利用生物信息学软件分析其分子结构特征、系统发育关系及顺式作用元件,采用转录组和实时荧光定量PCR技术检测其在正常生长发育条件和干旱胁迫下的转录表达。【结果】在芋基因组中鉴定了6个SS基因(CeSS1、CeSS2、CeSS3-1、CeSS3-2、CeSS4和CeGBSS1)。6个预测的芋SS基因长度为4980～61 347 bp,对应的CDS长度为1275～2895 bp,编码蛋白的氨基酸残基数量为424～964个,分子质量为48 067.43～109 391.75 Da,理论等电点为5.18～6.11。系统进化分析显示6个芋SS蛋白分布在5个亚家族。基因结构分析显示,6个CeSS基因外显子数量为7～15个。在6个CeSS蛋白中鉴定出10个保守motif,其中7个获得注释。在保守结构域上,CeSS1、CeSS2、CeSS4和CeGB...     

苹果TCP转录因子家族生物信息学分析

TCP蛋白家族是一类植物特有的转录因子家族,参与多种生理生化过程,具有重要的调控作用。本文利用生物信息学方法对苹果TCP转录因子家族成员、基因分类、基因结构、染色体定位、系统进化关系和结构域序列保守性进行了预测和分析。结果表明,苹果TCP基因家族包含52个成员,分为3类:ClassⅠ、ClassⅡ和ClassⅢ;MdTCP蛋白含有115~612个氨基酸,等电点为5.41~10.65;除3号染色体外,其余16条染色体均有MdTCP基因分布,其中5号染色体最多,有7个。     

苹果LRR-RLK基因家族鉴定和表达分析

[目的]从苹果全基因组中鉴定LRR-RLK家族蛋白成员,并进行生物信息学和表达模式分析,为研究苹果LRR-RLK的潜在功能提供理论基础.[方法]利用BLASTp基于GDR数据库鉴定苹果LRR-RLK家族成员,通过ExPASy Proteomics Server、Cell-PLoc、CD-Search Tool、MEGA...     

Bioinformatics and Expression Analysis of the LIM Gene Family in Apple

【Objective】 In order to lay a basis for the further functional research and application of MdLIM genes, this study were carried out to analyze the bioinformatics (e.g promoter action element, conserved domain, gene clustering, gene structure, chromosome localization) and expression of the LIM gene family in apple. 【Method】Based on the apple genome database GDR and PLAZA, the members of LIM gene were identified. The MdLIM amino acid sequence prediction, subcellular localization prediction, LIM domain analysis, and phylogenetic tree the gene structure were completed by ExPASy Proteomics Server, Cell-PLoc, CD-Search Tool, MEGA7, and GSDS, respectively. In addition, the expression pattern of MdLIM genes in different tissues and in peels with different degree of fruit russeting in samples was analyzed by real-time qRT-PCR.【Result】A total of eleven MdLIM genes were identified from apple genome. These MdLIM proteins contained 96-222 amino acid residues with isoelectric points ranging from 6.14 to 9.01. The results of subcellular localization showed that the apple LIM proteins were distributed in the nucleus. Analysis of promoter showed these 11 MdLIM genes contained cis-acting elements related to hormone responses, environmental adaptability and adversity induction. Conserved domains showed that ten MdLIM proteins had double LIM domains except MdLIM8. According to the phylogeny relationship, MdLIM genes were divided into four categories. The expression patterns of the 11 MdLIM genes in flowers, leaves, fruit peels and stems were determined by real-time RT-PCR, and the results showed that their diverse and specific expression could be detected in all of the four tissues, suggesting that they might play different roles in different tissues. 【Conclusion】Eleven MdLIM genes were identified from the whole genome of apple, and they could be divided into four groups, and distributed on 7 chromosomes with diverse and specific tissues expression patterns.     

苹果LysM基因家族的生物信息学及表达分析

【目的】在苹果全基因组中鉴定LysM,通过基因聚类分析、染色体定位、结构分析以及组织表达分析,为苹果LysM的功能研究和利用奠定基础。【方法】利用已公布的苹果基因组数据库GDR和FEM-IASMA,鉴定苹果LysM基因家族成员,并对其进行编号。MdLysM蛋白氨基酸序列的基本信息通过ExPASy Proteomics Server进行预测,亚细胞定位的预测利用WoLF PSORT进行。采用MEGA5软件构建了进化树。应用Plaza程序绘制基因结构,染色体定位信息取自GMDO,鉴定出的39个基因的染色体定位作图使用MapInspector完成;另外,通过实时荧光定量RT-PCR对各基因的组织表达特性进行分析,差异显著性分析通过SPSS完成。【结果】系统地鉴定了39个苹果LysM家族成员。这39个MdLysM蛋白包含241至1 119个不等的氨基酸残基,等电点分布在4.70-9.60范围内。亚细胞定位结果表明,苹果LysM蛋白在细胞核、细胞质、叶绿体、液泡、胞外基质中均有分布。根据聚类分析可将这些基因分为A、B和C 3组,且A组又可进一步被分为Ⅰ、Ⅱ 和 Ⅲ 3个亚族,说明它们的功能可能已经发生了分化。MdLysM蛋白结构域的预测结果及基因结构分析结果均与进化树聚类结果吻合。染色体定位表明,MdLysM分布在苹果17条染色体中的13条上,且此家族的基因在13条染色体上的分布为非均匀的,其中以4号染色体上分布最多,达到了9个,而1、5、7和8号染色体上则未见分布。在苹果LysM家族中鉴定出了10对和1组旁系同源基因,MdLysM基因间存在串联重复和片段重复,它们是苹果LysM家族扩张的主要动力。对39个基因在根、茎、叶、花、果5个组织器官中的实时荧光定量RT-PCR结果显示,5个器官中均能检测到MdLysM的表达,这些基因的组织表达模式具有多样性,表明它们在不同组织中可能扮演不同的角色。【结论】苹果LysM基因家族拥有39个成员,进化上可分为3组,基因结构的复杂程度与进化树聚类存在联系。39个基因分布于13条染色体上,存在重复事件。这些信息为今后苹果LysM基因家族的功能研究奠定了基础。     

苹果山梨醇脱氢酶基因家族的克隆及表达分析

【目的】进一步探明苹果中山梨醇脱氢酶（sorbitol dehydrogenase,SDH;EC 1.1.1.14）基因家族的分子特性。【方法】从‘嘎拉’苹果中克隆 SDH基因家族全长 cDNA 序列和gDNA 序列,检测它们在叶片和果实不同生长时期的表达模式。【结果】获得了12个苹果SDH基因家族cDNA序列,依次命名为MdSDH7-MdSDH18。除MdSDH18基因的全长gDNA序列由6个外显子和5个内含子组成,其余基因的全长gDNA序列由2个外显子和1个内含子组成。根据氨基酸序列相似性可以将这些SDH基因分为A和B两类。所有SDH基因在果实不同生长期均有表达,且中后期表达高于初期,但果实初期的SDH活性高于中后期。A类SDH基因在叶片不同生长时期的表达水平为幼叶＞衰老叶＞成熟叶,SDH活性也呈现出同样的趋势,但B类SDH基因在叶片不同生长时期的表达水平为衰老叶＞成熟叶＞幼叶。【结论】进一步证明了SDH基因在苹果中是以基因家族的形式存在的,且不同的基因家族成员在叶片和果实中有不同的表达特性。     

苹果MADS-box转录因子的生物信息学及其在不同组织中的表达

【目的】分析已知苹果（Malus×domestica）MADS-box基因基本信息,研究其在不同组织中表达情况。【方法】利用NCBI数据库查询并获得苹果MADS-box基因,采用CLC Combined Workbench version 6、WebLogo 3、MEGA4.1、MapInspect和MEME等软件对其蛋白序列进行生物信息学分析。采用RT-PCR技术研究MdMADS基因在不同组织中的表达情况。【结果】共得到26个苹果MADS-box基因。MADS-box结构域分析显示,氨基酸10（I）、16-19（RQVT）、22-23（KR）、29-31（KKA）、33（E）、37-39（LCD）、42（V）和48（S）是保守不变的。保守元件分析表明,苹果MADS-box基因包含4个保守元件：元件1、3为MADS盒;元件2、4为K盒。所有苹果MADS-box蛋白都包含有MADS盒（除MdMADS9）和K盒。进化树分析结果显示,苹果MADS基因共分为5个亚组。MdMADS1、3、4、6、7、8、11、18属于SEP亚组;MdMADS2、5、12属于AP1亚组;MdMADS10、14、15、19、22和MdAGL属于AG亚组;MdMADS16、17、21、MdSOC1、MdSOC1a和MdSOC1c属于SOC1亚组;MdMADS13、23和MdPI属于AP3亚组;MdMADS20属于SVP亚组。染色体定位分析显示,MdMADS在8号染色体上分布最多,共有4个;其次是染色体2、14和17,均分布3个;染色体1、5、6、7、11和16均分布1个;染色体3、4、12和15则没有分布。RT-PCR结果分析显示,SEP和AGL亚组表达模式较为一致,主要在花和果实中表达;AP1亚组除在花和果实中表达外,在其它组织器官中也有表达。【结论】苹果MADS-box基因结构高度保守,多数成员参与调控花和果实发育过程。     

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。...     

黄瓜DIR家族基因的全基因组鉴定及其表达分析

【目的】基于黄瓜基因组信息和转录组测序大数据,利用生物信息学手段,对黄瓜中DIR基因家族进行鉴定,并分析其在不同组织器官和胁迫响应过程中的表达模式,为后续深入研究黄瓜DIR基因的生物学功能奠定重要基础。【方法】基于已报道的DIR基因HMM模型文件,利用HMMER软件包的hmmsearch程序从黄瓜蛋白数据库中筛选出可能的DIR基因ID,并利用在线工具Pfam和SMART进行验证,最终确定黄瓜DIR家族基因。利用ExPASy、TBtools、GSDS、MEME、MEGA、MCScanX和Circos等工具分析黄瓜DIR基因家族成员的理化特征、染色体定位、基因结构、系统进化树和共线性。基于黄瓜在不同组织和胁迫响应下的转录组测序大数据,利用黄瓜V3版本基因组信息进行转录组分析,检索黄瓜DIR基因在不同转录组测序分析中的表达情况,利用TBtools软件绘制表达热图,分析黄瓜DIR基因在不同组织和胁迫响应过程中的表达模式。【结果】在黄瓜中鉴定到23个DIR家族基因,分布于7条染色体上,编码氨基酸个数在78—684,分子量8.70—73.82 kD;系统进化分析将黄瓜DIR基因家族划分为3个亚族,...     

潘那利番茄GRF基因家族全基因组鉴定分析

【目的】分析研究潘那利番茄GRF基因家族全基因组鉴定分析。【方法】研究基于生物信息学方法对潘那利GRF基因家族成员进行全基因组鉴定和分析,并对其起源及进化进行了追溯。【结果】潘那利番茄中共鉴定了10个SpGRF成员,不均匀分布在7条染色体上,预测了SpGRFs蛋白的分子量、等电点、亲水性总均值等理化性质。SpGRFs基因可分为6个亚家族。所有SpGRF基因N端都含有1个QLQ和1个WRC结构域,C端则为多种保守基序。共线性结果显示基因组内有3对6个旁系同源基因,全部为片段复制,SpGRFs受自然选择压力下,有共同起源祖先,与拟南芥亲缘关系更近。【结论】鉴定了潘那利番茄中GRF基因家族的基本信息。