甘蓝型油菜HD-ZIP基因家族的鉴定和表达分析

为揭示HD-ZIP蛋白家族成员在甘蓝型油菜全基因组中的分布及相关特征,通过生物信息学方法共鉴定出74个HD-ZIP转录因子,分别被定位到甘蓝型油菜的19条染色体和8条随机序列;这74个HD-ZIP蛋白都含有高度保守的HD-ZIP结构域;系统发育进化树将该家族成员聚为4大类;共线性分析发现大部分基因不仅在A和C染色体组间存在共线性,而且在各自染色体组内也存在串联重复事件;基因表达分析发现,大部分HD-ZIP家族基因在根和叶中均有表达,并且在根中表达的基因多于叶片,受到盐胁迫处理时,大部分基因表达量会增加。初步明确了甘蓝型油菜HD-ZIP家族成员结构特点和相关功能,为进一步研究甘蓝型油菜HD-ZIP蛋白家族基因的生物学功能奠定了基础,为油菜抗性育种工作提供科学依据。     

辣椒抗坏血酸生物合成酶GME基因家族的鉴定和表达分析

GDP-甘露糖-3′,5′-异构酶基因(GME)是抗坏血酸途径中的关键限速酶,该基因可以调节AsA合成。为了解辣椒中GME基因家族功能及在非生物胁迫下的表达情况,通过生物信息学方法对辣椒GME基因家族进行鉴定,并对基因结构、结构域、系统进化关系、基因表达模式和非生物胁迫表达情况进行分析。结果表明,在辣椒中有2个GME家族成员,CaGME1和CaGME2,分别分布在3号和8号染色体上,都有6个外显子;CaGME1和CaGME2蛋白均具有NADB Rossmann家族中高度保守的NADPH结合位点、底物特异性结合位点,均不具有信号肽,为亲水性蛋白,定位在细胞质粒的可能性最高,均不具有跨膜结构,二级结构主要以不规则卷曲和α-螺旋为主;系统进化树分析表明,该基因编码的氨基酸序列与番茄和马铃薯的亲缘关系最近;qRT-PCR分析结果表明,在低温、茉莉酸甲酯和盐胁迫下CaGME1和CaGME2均被诱导上调,在赤霉素下均被诱导下调。综上可知,CaGME1和CaGME2基因在胁迫下不同的表达情况表明其在非生物胁迫中发挥作用,可为辣椒逆境胁迫机制研究提供参考。     

烟草类异黄酮还原酶基因家族的分子克隆

为揭示类异黄酮还原酶(Isoflavone reductase-like,IRL)在烟草次生物质合成和生理功能中的作用,从品种龙里红花烟中克隆普通烟草IRL(NtIRL)基因家族2个成员的全长cDNA和gDNA序列,完成了生物信息学分析、Southern杂交和RT-PCR等分子鉴定。NtIRL1基因为1 946bp,全长cDNA为1 257bp;NtIRL2基因为2 089bp,全长cDNA为1 261bp。NtIRL1和NtIRL2蛋白均为310个氨基酸,分子质量分别为34.652和34.650ku,等电点分别为5.58和5.78。2个蛋白可能发生磷酸化等翻译后修饰,无信号肽,定位于细胞质,但有可能通过跨膜域与质膜发生联系。预测这2个蛋白的K8~G88为AdoHycase(cl09931)保守域,I9~T239为NmrA(pfam05368)保守域,并具有PIP类型蛋白的所有保守性基序和活性残基。预测2个蛋白的二级结构以α螺旋和延伸链为主;三级结构具有PIP酶典型特征,中间有1个催化裂口。BLAST和系统发生分析进一步证实NtIRL家族属于PIP大家族,与IFR的关系比PCBER和PLR更近。Southern blot杂交也证明,普通烟草基因组中有且只有2个IRL基因存在。半定量RT-PCR结果显示,NtIRL1和NtIRL2均在根中优势表达,在地上部各器官中表达很弱或无表达。     

甘薯基因组NBS-LRR类抗病家族基因挖掘与分析

NBS-LRR类基因家族是植物抗病R基因(Resistance gene)数量最多的一类,具有NBS (Nucleotide-binding site)和LRR (Leucine-leucine-repeat)结构域。甘薯(Ipomoea batatas)栽培种基因组已完成测序,但尚未注释,本研究对甘薯基因组序列进行外显子预测,得到甘薯染色体组全基因组蛋白序列,在此基础上进一步对NBS-LRR家族基因鉴定和分析表明,甘薯基因组中含有379个NBS-LRR家族基因,占全基因组基因总数的0.212%,其中N型亚家族120个,NL型103个, CNL型133个, TNL型22个, PN型1个。所有染色体上均有NBS-LRR家族基因分布,但数量明显不同,其中有60.9%的NBS-LRR基因序列呈簇状分布。NBS-LRR基因序列有15个保守结构域,在N端较为保守。研究结果为甘薯进一步开展NBS-LRR家族基因的功能研究和抗性育种提供了参考。     

植物氮素吸收利用相关NPF基因家族研究进展

氮(N)是植物生长发育需要量最大的矿质营养元素,也是作物产量的限制因子。硝态氮(NO₃^--N)是植物吸收利用氮素的主要形态之一。目前,植物中已报道4个基因家族(NPF、NRT2、CLC和SLAC1/SLAH)参与硝态氮的吸收和利用,其中NPF基因家族成员数量众多且功能多样化,近年来获得较多关注和深入研究。模式植物拟南芥和主要粮食作物水稻、玉米和小麦中,分别含有53、93、79和331个NPF基因。拟南芥NPF家族中已有超过一半成员(31/53)的生物学功能被解析,粮食作物水稻中NPF基因功能亦有较多报道。研究表明,NPF基因广泛参与了植物对氮素的吸收及其调控、转运、分配/再分配等过程,一些成员对于改良和提高作物氮素利用率(nitrogen use efficiency, NUE)具有重要作用。因此,从氮素进入植物体及其在植物体内流动的层面出发,发掘具有重要功能的候选NPF基因,对于解析植物利用氮素的分子机制及其遗传改良具有重要意义。本文综述了模式植物拟南芥以及粮食作物中已报道的NPF基因在氮素吸收和利用中的生物学功能。目前粮食作物玉米中仅有4...     

谷子RNA干扰相关酶类基因家族的鉴定与分析

Dicers酶类、Argonautes蛋白以及RNA依赖的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerases,RDRs)是RNA干扰(RNA interference,RNAi)机制中重要的核心蛋白,但在谷子(Setaria italica)中尚无系统报道.为了研究谷子中与RNA干扰相关酶类基因的特征,本研究对谷子的RNA干扰相关酶类基因家族进行了蛋白质理化性质、亚细胞定位预测、蛋白质保守基序、基因保守结构域、基因家族成员间系统发育关系以及组织特异性表达谱分析.研究共发现24个与谷子RNA干扰相关酶类基因,包括7个DCL(Dicers),13个AGO(Argonautes),4个RDRs.系统进化树分析表明,这些家族被分为3个进化支.同一家族基因成员具有共同的保守结构域.虽然大多数基因可同时在不同发育时期的叶、茎和穗中表达,但其在各时期的穗和茎中的表达量最高.本研究为详细探讨这些基因在谷子生殖和生长发育中的表观遗传修饰作用提供了理论依据.     

小麦TaPOD家族的全基因组鉴定及表达分析

过氧化物酶(Peroxidase, POD)家族成员在调节植物生长发育和响应逆境胁迫中起重要作用。为系统探究小麦(TriticumaestivumL.)TaPOD基因家族的功能及其表达模式,本研究利用生物信息学的方法鉴定了小麦TaPOD基因家族成员,对其理化性质、启动子顺式作用元件、进化特征做了预测分析,并通过小麦转录组和实时荧光定量PCR(Real Time Quantitative, RT-qPCR)分析了其在不同组织、外源激素及逆境胁迫下的表达模式。结果表明,目前基因组测序小麦中包含659个TaPOD基因家族成员,蛋白质序列长度在206～518个氨基酸之间;系统发育分析表明,小麦TaPOD家族成员分为I～VII组且每组成员数量不等;序列比对显示小麦TaPOD家族成员具有5个保守基序,且基因结构等方面存在很大差异,预示着功能存在多样性;染色体定位发现其数量在小麦的21条染色体上分布不均匀,其中2B染色体上数量最多;通过种内共线性分析发现,小麦TaPOD基因共有396个重复事件,同源性较高且进化过程非常保守,主要通过片段复制和串联复制进行扩增,且Ka/Ks比率显示仅有4对家族成员受到...     

玉米BEL1-like基因家族的鉴定、表达和调控分析

BEL1-like(BELL)家族蛋白是植物中普遍存在的一类具有同源异型结构域的转录因子。拟南芥中BELL家族蛋白能与KNOTTED1-like蛋白互作形成异源二聚体,并结合到特异顺式作用元件来调控基因的表达,从而影响植物生长发育进程。本文采用隐马可夫(HMM)模型,在玉米基因组中鉴定到15个BELL家族基因(Zm BELL),分布于7条玉米染色体。通过与拟南芥BELL基因的序列比较将这些基因分为两大类。在玉米8种组织中Zm BELL有不同的表达模式,具有明显的组织表达特异性。基于基因共表达分析及BELL-like蛋白特异结合的顺式元件分析,预测到86个可能受Zm BELL调控的下游靶标基因。这86个基因和12个Zm BELL表达模式相同,并且在基因启动子区存在与BEL1-like蛋白结合的顺式元件。这些结果为进一步解析玉米BELL家族基因的功能和作用机制积累了有价值的资料。     

大豆Abhydrolase_3基因家族进化分析

异黄酮是大豆的重要次生代谢物,参与植物与微生物互作。2-羟基异黄酮脱水酶(hydroxyisoflavanone dehydratase,HID)催化2-羟基异黄酮形成稳定的异黄酮。HID属于Abhydrolase_3基因家族,该基因家族具有多种功能,但该基因家族在大豆中的进化模式尚待研究。为了研究Abhydrolase_3基因家族在大豆中的进化模式,本文在大豆基因组中鉴定了62个Abhydrolase_3基因,串联和片段复制是该基因家族主要扩增方式。根据系统进化关系,将大豆Abhydrolase_3基因家族划分为8个亚家族,其中HID所在的亚家族I基因数量最多,并发生多次基因扩增事件。对大豆Abhydrolase_3基因家族结构分析表明,不同亚家族具有不同的基序。多态性分析表明,亚家族Ⅰ、Ⅲ和Ⅴ具有较高的核苷酸差异,并受到放松的自然选择。基因表达分析表明,除了亚家族II和IV外,其它亚家族的基因在大豆不同组织中有较高表达;亚家族Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ基因受病原菌诱导表达。结果说明HID所在的亚家族I存在基因扩增和功能分化,与病原菌互作相关的基因具有较高的遗传多样性并受病原菌诱导表达。