辣椒HD-Zip基因家族鉴定、系统进化及表达分析

【目的】鉴定辣椒HD-Zip基因家族,并利用生物信息学方法系统分析其在基因组中的分布、基因结构、进化分化特征及在不同组织中的时空表达特异性,解析该家族的进化特征及生物学功能。【方法】根据已报道及PlantTFDB数据库中的拟南芥HD-Zip序列,利用本地BLAST工具在我国辣椒测序品种‘遵辣1号’基因组中比对,并利用Pfam、SMART工具进一步验证。采用EMBOSS Programs、MEGA、GSDS、MEME、MCScanX、OrthoMCL、Circos等软件预测辣椒HD-Zip基因家族成员蛋白理化性质,构建系统进化树,定位染色体,分析基因结构、基因复制类型及直系、旁系同源基因。基于GEO数据库,运用R软件、本地perl语言及Cytoscape分析辣椒HD-Zip组织表达差异并绘制共表达网络。【结果】本研究在‘遵辣1号’基因组中鉴定获得42条辣椒HD-Zip,命名为CaHDZ01—CaHDZ42。CaHDZs长度跨度较大,70% CaHDZ蛋白的pI小于7.0。除CaHDZ42,其余基因不均匀地分布在12条染色体上,部分基因为片段复制。该基因家族可分为4个亚族,分别含有18、9、5、10个HD-Zip,基因结构及蛋白结构域差别显著。辣椒、番茄和拟南芥3个物种中的直系同源基因对数目大体相同,但同为茄科的辣椒和番茄之间的稍多;辣椒中的旁系同源基因少于番茄和拟南芥,说明辣椒基因组的倍增事件并没有使CaHDZs明显扩增。对无油樟、水稻、玉米、番茄、马铃薯、辣椒‘CM334’、辣椒‘Zunla-1’、毛果杨、葡萄以及拟南芥9个代表物种的HD-Zip进化特征分析结果表明,从被子植物开始,HD-Zip基因家族就稳定存在4个亚族。推测在形成4个亚族前,HD-Zip分为两组,其中一组分化成I和II亚族,而另一组则分化成为III和IV亚族。CaHDZs在根、茎、叶、花芽、花和果实不同发育时期的表达模式分析结果显示,4个亚族具有不同程度的表达趋势。其中I亚族基因在辣椒不同组织中的表达量均较高,且不同成员间表达模式不同,CaHDZ22在茎中的表达最高,表明该基因可能对辣椒茎的生长有重要作用。II、III和IV亚族基因在不同组织中的表达量相对较低,但部分基因在特定组织中具有较大的表达量。如CaHDZ34在辣椒果实成熟后期具有较大高的表达量,CaHDZ02和CaHDZ28在果实膨大时表达较高,CaHDZ04在果实成熟前期具有较高的表达量。CaHDZs表达网络中有33对基因表达趋势的相关系数（PCC）大于0.8,6对大于0.9,表明CaHDZs协同调控了辣椒的生长发育,不同亚族之间也具有协同性。【结论】在‘遵辣1号’基因组中鉴定获得42条CaHDZs,可分为4个亚族,不同亚族的基因结构、蛋白保守结构域及表达模式不同。在进化过程中,辣椒HD-Zip保守性高,数目没有明显扩增,I和II亚族、III和IV亚族关系更近。CaHDZs具有组织表达差异性,协同调控了辣椒的生长发育。     

大白菜TPS基因家族鉴定及其在高温胁迫下的表达分析

为明确大白菜TPS(BrTPS)家族成员信息及对高温胁迫信号的响应,本研究利用生物信息学方法,在大白菜基因组数据库中鉴定了BrTPS基因家族成员,并对其理化性质、进化特征、蛋白结构及在高温胁迫下的表达模式进行分析。结果表明,大白菜全基因组含有15个TPS基因家族成员,分布于8条染色体上。除BrTPS14和BrTPS15外,其余成员各含有1个TPS和1个TPP结构域,并且所含motif的排列顺序也完全一致。理化性质分析发现,15个成员的氨基酸长度介于129~1459 aa之间,分子量大小在14.73~165.83 kD之间,大部分BrTPS蛋白为酸性蛋白和亲水蛋白,以无规则卷曲作为二级结构主要构成元件。进化分析表明,大白菜TPS基因家族成员可分为2类,其中ClassⅠ包含5个成员,ClassⅡ包含10个成员。本研究对高温胁迫前后不同组织和持续高温胁迫下叶片中的表达分析,发现大部分的BrTPS基因可对高温胁迫产生响应,但在表达规律上存在差异。这些研究结果为后续研究大白菜TPS基因提供一定参考。     

GDFs基因家族候选基因对崇仁麻鸡生长性状的影响

利用崇仁麻鸡差异性状的重测序结果,将生长分化因子(GDFs)基因家族作为候选基因,筛选与崇仁麻鸡生长性状相关的多态位点。结果发现,GDF-2、GDF-8和GDF-10基因的多态位点对崇仁麻鸡的生长性状有着显著或极显著的影响。单倍型分析结果显示,GDF-2和GDF-10基因的单倍型H3H3为劣势单倍型组合可以选择淘汰。研究结果表明,GDFs基因家族候选基因对崇仁麻鸡的生长性状有一定的影响。     

菠萝酸性转化酶基因家族初步生物信息学及表达分析

酸性转化酶（acid invertase, AIN）在菠萝采后蔗糖降解过程中起着重要作用,基于菠萝全基因组数据库,预测菠萝AIN家族基因并进行生物信息学分析,解析其在采后菠萝不同贮藏温度下的表达变化情况,为阐明AIN基因在采后菠萝果实贮藏特性中的作用奠定基础。以水稻AIN家族基因为探针,在菠萝全基因组中鉴定到2个菠萝细胞壁酸性转化酶基因（cell wall acid invertase, CWIN）和2个液泡酸性转化酶基因（vacuolar acid invertase, VIN）,分别命名为AcCWIN1、AcCWIN2、AcVIN1、AcVIN2,设计编码区引物进行测序验证,并进行生物信息学分析。进化分析结果表明,AcCWIN1、AcCWIN2和AcVIN1、AcVIN2蛋白分别归于细胞壁酸性转化酶和液泡酸性转化酶2个进化支上,且均属于糖基水解酶家族GH32,基因结构、保守域和保守基序均一致。荧光定量分析结果表明,菠萝果肉中AcVIN1和AcVIN2在果实采后贮藏过程中表达量升高,且AcVIN1在发生黑心病的部位大量表达,而AcCWIN1和AcCWIN2在采后贮藏过程中表达量逐渐降低,且随着贮藏温度的升高其表达量降低,预示AcVIN1、AcVIN2较AcCWIN1、AcCWIN2在菠萝采后蔗糖降解和黑心病的发生方面发挥着更为重要的作用。     

梨CRK家族基因及其腐烂病菌侵染响应成员的鉴定

在植物响应逆境过程中,半胱氨酸富集类受体激酶（Cysteine-rich receptor like kinase,CRK）起重要的调控作用。本研究中以结构域Stress-antifung（Pfam：PF01657）和Pkinase（Pfam：PF00069）的保守序列为种子序列,在全基因组范围鉴定了梨（Pryus spp.）CRK家族成员。此外,对其蛋白理化性质、进化特征、基因在染色体上的位置、顺式作用元件（cis-acting regulatory element,cis-element）和表达模式进行了分析。共获得32个CRK家族成员,其氨基酸数、分子量和等电点分别介于440 ~ 1 217、48.90 ~ 137.02 kD和5.31 ~ 8.59,主要位于质膜。根据进化分析,将来自梨、拟南芥、苹果、番茄和水稻的156个CRK分为6个亚组,梨CRK主要分布于亚组Ⅳ,Ⅴ和Ⅵ。梨CRK中存在5个串联重复的基因簇,共包含了20个成员。此外,该基因家族所有成员的启动子区域都存在多个响应激素和逆境信号的cis-element。接种腐烂病菌Valsa pyri（Vp）后,杜梨（Pyrus betulifolia,抗病）和‘早酥’梨（Pyrus bretschneideri,感病）中分别发现8个和10个CRK发生了差异表达,6个基因在两种资源中都发生了差异表达。差异基因中,Pbr001477.1和Pbr000205.4在抗、感病资源中都显著上调,而其他基因的表达量在两种资源中呈现不同的变化趋势。     

梭梭HaNAC12转录因子抗逆功能验证

【目的】验证梭梭NAC转录因子基因（HaNAC12）的抗逆功能,以期解析梭梭响应逆境胁迫的分子机制,为梭梭及其他作物抗逆遗传改良提供理论参考。【方法】通过实时荧光定量PCR对HaNAC12基因在干旱、高盐、ABA处理下的表达模式分析。利用同源重组法、农杆菌介导喷花法、喷洒除草剂等方法构建并筛选HaNAC12转基因拟南芥...     

柚cDNA中NBS-LRR类R基因同源序列的分离

 提取柚花柱的总RNA，通过逆转录合成其cDNA，根据已知植物抗病基因（R基因）的NBS保守区设计简并引物，对cDNA进行扩增，获得大小约为500 bp的PCR产物，对连接产物进行酶切归类，筛选得到不同类别的克隆12个，并进行了测序。通过序列同源比较分析发现，其中有10个片段属于NBS-LRR类抗病基因的同源序列（RGA），与已知植物R基因相应区段的氨基酸序列的同源性为11.5%～47.1%。     

玉米11个ZmbZIP基因的鉴定及表达特征分析

以玉米自交系郑58为试验材料,利用生物信息学方法和qPCR技术,设置200 mmol/L NaCl、20%PEG6000、4 ℃低温和硝态氮或铵态氮缺乏等胁迫试验,对11个ZmbZIP基因进行生物信息学分析,探测这些基因应答低温、干旱、盐害、缺氮等胁迫时的响应表达模式。系统进化树分析结果表明,11个ZmbZIP基因可以细分为2个亚组;qPCR分析结果表明,不同亚组的ZmbZIP基因在玉米不同组织中呈现不同的表达特征,同一亚组的基因呈现类似的表达模式,反映了ZmbZIP基因在玉米生长发育进程中生物学功能的保守性和分化性。人为模拟盐、干旱、低温和氮缺乏等胁迫的结果表明,ZmbZIP基因受到各种逆境因子的广泛调控,亚组I中的ZmbZIP1、ZmbZIP6和ZmbZIP13的表达量同时受NaCl溶液胁迫诱导而上调(相对表达量上调2倍),受PEG6000胁迫抑制下调;亚组II中的ZmbZIP38、ZmbZIP77、ZmbZIP112和ZmbZIP124同时受盐、PEG6000和低温胁迫诱导上调,硝态氮缺乏胁迫抑制ZmbZIP1、ZmbZIP6和ZmbZIP134基因表达,而铵态氮缺乏胁迫下,这3个基因表达明显上调,推测这些基因广泛参与应答逆境胁迫响应途径。     

玉米大斑病菌Velvet基因家族生物信息学分析

采用生物信息学方法对玉米大斑病菌Velvet基因家族成员进行序列鉴定,并从理化性质、保守结构域、二级及三级结构以及功能域等方面进行预测和分析。结果表明,该家族各成员无信号肽结构。玉米大斑病菌Velvet家族基因与其他植物病原真菌Velvet家族基因具有较高同源性。该家族成员具有典型的Velvet超家族保守结构域。二级结构分析结果显示,该家族各成员蛋白质的结构元件均主要由无规则卷曲构成。家族成员可能通过可逆磷酸化在植物病原真菌的次生代谢中发挥作用。上述结果为进一步研究Velvet基因家族在植物病原真菌次生代谢中的作用打下了基础。