中药火麻仁基原植物大麻的TIFY基因家族鉴定及功能分析

目的:从全基因组层面对大麻(Cannabis sativa)TIFY基因家族进行鉴定与功能分析,为解析大麻TIFY家族基因功能及其对大麻素等次生代谢产物生物合成的调控机理奠定基础。方法:采用已有大麻基因组数据,通过NCBI,PlantTFDB,MEME及TBtools等生物信息学分析工具,鉴定大麻中的TIFY家族基因,并对其编码蛋白的理化性质、系统进化、基因结构、染色体定位及组织差异表达模式等进行分析和可视化作图。结果:该研究共鉴定到大麻TIFY家族基因成员14个(CsTIFY1～CsTIFY14),分属于TIFY,JAZ,ZML和PPD共4个亚家族,其核酸序列长度为365～1 369 bp,编码氨基酸长度为118～442 aa,等电点为4.64～9.96。14个CsTIFYs不均匀的分布在8条染色体上,亚细胞定位预测其蛋白均定位细胞核中。CsTIFYs基因的启动子区具有多种非生物胁迫响应的顺式作用元件,可参与植物的不同生长发育和非生物胁迫调控。转录组表达热图分析表明,CsTIFYs在不同大麻品种的雌花及同一品种的花、苞片、茎、叶中均存在表达差异。结论:该研究从全基因组水平鉴定到大麻CsTIFY家族转录因子14个,并对其结构特点和表达模式进行研究,预测大麻CsTIFYs可能在大麻的JA信号转导通路、非生物胁迫及大麻素生物合成中发挥重要调控作用,将对大麻中TIFY家族的基因功能研究以及大麻优质品种选育提供科学参考。     

黄花蒿Dof基因家族鉴定及在GA-UV处理下对青蒿素生物合成的影响＊

目的 Dof（DNA binding with one finger）家族是高等植物中特有的一类转录因子家族，参与植物中光、激素、非生物胁迫等多种胁迫响应调控。本研究基于全基因组数据对黄花蒿Dof（AaDof）转录因子家族进行鉴定及表达模式分析，探究Dof家族基因在青蒿素合成调控中的作用。方法 经PFAM数据库鉴定获得AaDof序列，通过生物信息学软件分析其理化性质、亚细胞定位、基因结构、蛋白保守结构以及启动子序列结合元件等，并基于赤霉素（Gibberellic acid， GA）、紫外线B（UV-B）及二者协同胁迫下黄花蒿转录组数据对其表达模式进行分析。结果 本研究从全基因组水平共鉴定出51个AaDof基因，均含有保守的C₂-C₂单锌指结构，依据系统发育分析分为8个亚族，同一亚族内基因结构与蛋白保守结构域相对保守。亚细胞定位预测显示12个AaDof蛋白定位在细胞外，其余均定位在细胞核。启动子元件分析发现AaDof家族基因启动子区富含光、激素等多种响应元件。对AaDof在GA、UV-B和GA+UV-B处理下的表达模式分析发现，AaDof基因对GA胁迫处理响应较弱，仅有少量基因敏感，其表达主要受到UV-B胁迫影响。C1及C2.1亚族大部分基因在UV-B胁迫下上调表达，而A亚族大部分基因在UV-B胁迫下下调表达。qRT-PCR验证表明AaDof1、AaDof17和AaDof44在GA和UV-B处理下表达量显著上调，推测其可能通过参与GA和UV-B调控网络，正向调控青蒿素生物合成。结论 本研究系统鉴定了黄花蒿AaDof家族基因并筛选了3个可能正向调控青蒿素生物合成的候选AaDof基因，为黄花蒿Dof家族基因功能研究及其在青蒿素生物合成中的调控机制解析奠定基础。     

三七SBP转录因子基因家族鉴定与生物信息学分析

目的 鉴定三七SBP(PnSBP)家族，并分析其蛋白序列特征、功能特性及表达模式。方法 采用生物信息学方法，从三七基因组文件中鉴定出具有完整开放阅读框的PnSBP基因，对其蛋白理化性质、亚细胞定位、保守基序(motif)、启动子顺式元件、蛋白互作网络、表达模式进行分析。结果 共鉴定出33个PnSBP基因，均具有SBP-box结构域，系统进化树将拟南芥、水稻、三七的SBP基因共分为8个亚家族，PnSBP启动子有许多激素响应元件及MYB转录因子结合位点，表达分析发现摘蕾会引起6个PnSBP基因在芦头与主根中的表达升高，推测PnSBP家族可能参与调控三七皂苷的生物合成。结论 本研究对PnSBP转录因子家族进行全基因组鉴定，初步筛选了在摘蕾后在主根与芦头表达升高的，转录调控皂苷生物合成过程的PnSBP基因。     

穿心莲TCP基因家族全基因组鉴定及非生物胁迫下的表达分析

穿心莲是我国岭南地区重要的药用植物,具有清热解毒、抗菌消炎等功效。TCP基因家族是调控植物生长发育和胁迫响应的一类转录因子。为解析TCP基因家族成员在穿心莲非生物胁迫下的作用,该研究基于全基因组水平鉴定穿心莲TCP基因家族,并进行了其响应非生物胁迫的表达模式分析。结果表明,穿心莲TCP基因家族共有23个成员,氨基酸长度为136～508 aa,相对分子质量为14 854.71～55 944.90 kDa,等电点为5.67～10.39,均定位于细胞核,不均匀分布于13条染色体上,系统进化分析将其划分为3个亚家族：PCF、CIN和CYC/TB1。基因结构和保守基序分析显示绝大多数TCP基因家族成员均含有相同排列顺序的motif 1、motif 2、motif 3和1～3个CDS。启动子顺式作用元件分析表明穿心莲TCP基因家族的转录表达可能受光、激素和逆境胁迫的诱导;结合TCP基因家族响应逆境胁迫的表达模式分析和qRT-PCR验证,预测到ApTCP4、ApTCP5、ApTCP6和ApTCP11可能参与响应干旱、高温和MeJA等多种非生物胁迫。该研究为深入挖掘穿心莲TCP基因响应非生物胁迫下的功...     

黄花蒿bZIP转录因子基因家族及光调控表达模式分析＊

目的碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper,bZIP)是青高素生物合成途径中的重要调控因子,本研究利用生物信息学手段鉴定黄花蒿全基因组bZIP转录因子家族成员并对其在光调控下表达模式进行分析,为进一步探索AabZIP转录因子功能及其对青蒿素合成途径的调控机制提供参考依据。方法以BLAST、Hmmsearch程序及Pfam数据库对黄花蒿基因组中bZIP基因进行筛选及鉴定,MAGA7.0软件、GSDS2.0、meme、ExPASy等在线工具对AabZIP家族进化关系、基因结构、保守结构域、蛋白理化性质等生物学信息进行分析,利用TBtools软件分析AabZIP基因在光调控下基因特征。结果全基因组水平上共鉴定出78条AabZIP家族成员,基于拟南芥分组将其分为10个亚族和1个未分组成员(AabZIP78),其中S亚族数量最多,有22条(28.2%);AabZIP基因结构较为保守,78条AabZIP基因中发现14组同源基因序列,其中13对受到纯化选择影响;除AabZIP78与番茄bZIP保守基序一致外,其余序列均与拟南芥bZIP保守基序一致;不同光照胁迫下基因表达水平存在较大差异,其中A、G、H及S亚族中大部分成员在蓝光胁迫下高表达。结论AabZIP响应光调控并参与复杂的青蒿素代谢途径,本研究可为进一步深入研究黄花蒿中bZIP转录因子基因进化、功能及光调控响应机制等奠定基础。     

艾bZIP基因家族全基因组鉴定及萜类合成调控基因筛选北大核心CSCD

艾是我国重要的药用植物和经济作物,具有温经散寒、止痛、抗炎、抗过敏等功效。艾叶精油富含挥发性萜类化合物,广泛应用于艾灸及保健品中,市场开发潜力巨大。bZIP转录因子家族在植物中数量众多,广泛参与植物生长发育、胁迫应答和萜类等次生代谢产物合成调控,但艾bZIP家族及其功能鲜有报道。该研究基于艾基因组系统鉴定bZIP家族转录因子,分析其蛋白理化性质、进化关系、保守基序和启动子顺式作用元件等特性,并筛选可能参与萜类合成调控的候选基因。结果显示:从基因组水平共鉴定到156个AarbZIP转录因子,其编码氨基酸为99~618 aa,相对分子质量为11.7~67.8 kDa,理论等电点为4.56~10.16。根据拟南芥bZIP家族分类,AarbZIP蛋白分为12个亚族,同一亚族蛋白具有相似的保守基序。启动子顺式作用元件分析表明AarbZIP家族与光和激素响应密切相关。同源性比对和系统发育分析共筛选出5个可能参与萜类合成调控的AarbZIP基因。qRT-PCR结果表明5个候选AarbZIP基因在艾不同组织中表达存在显著差异,其中AarbZIP29和AarbZIP55在叶片中表达量最高,AarbZIP81、AarbZIP130、AarbZIP150在花蕾中表达量最高。该研究为艾bZIP家族基因的功能研究及其在艾萜类合成中的调控作用解析奠定基础。     

中药火麻仁基原植物大麻全基因组YABBY转录因子分析

目的:分析大麻(Cannabis sativa)YABBY转录因子家族序列特征、染色体定位、基因结构、保守基序、系统进化和基因的差异表达;为深入研究YABBY基因功能提供分子基础,为工业大麻优良品种选育提供理论支撑。方法:通过生物信息学手段对火麻仁基原植物大麻YABBY基因家族进行鉴定和分析,使用PlantTFDB,ExPASy,MEME,WoLFPSORT,PLANTCARE等在线网站及TBtools,MEGA,DNAMAN等软件进行YABBY预测和分析并进行可视化作图。结果:大麻中含有6个YABBY基因成员,分布在5条染色体上,其中5个定位在细胞核,1个定位在胞外;氨基酸数目185~235个,等电点介于5.05和9.34,相对分子质量在20 582.45~26 282.7 Da;所有CsYABBY蛋白都包含有锌指结构和YABBY两个保守结构域,CsYABBY基因启动子区具有多种与胁迫相关的顺式作用元件,并且在不同部位和不同品种的表达量存在差异。结论:该基因家族的表达可能会受到激素和外界环境因素影响,大麻YABBY基因具有组织表达特异性,花中特异性高表达的基因可能对大麻雌花的发育有重要调控作用,YAB1和YAB5亚族的CsYABBY可能参与大麻素的合成过程。     

黄芩MYB转录因子家族全基因组鉴定与分析

目的:黄芩中主要活性成分黄酮类化合物的生物合成途径已解析,但相关调控机制研究薄弱。本研究基于黄芩全基因组对SbMYB转录因子进行系统鉴定和分析,筛选可能参与黄酮类化合物生物合成的候选SbMYB家族成员。方法:通过HMMER和BLAST筛选SbMYB转录因子;采用IQ-TREE、ExPASy、GSDS、TBtools、Cytoscape等在线工具和软件对SbMYB家族的进化关系、基因结构、基因表达模式、蛋白调控网络等进行生物信息学分析。结果：全基因组水平上共鉴定到146个SbMYB转录因子,分为4个亚族和1个未分族成员,R2R3-MYB亚族成员最多（116个）;SbMYB基因结构较为保守,随机分布在9条染色体上;同一亚族有相似的MYB保守结构域和基序组成;SbMYB在根、茎、叶中具有相似的表达模式,与花中差异较大;SbMYB与黄酮合成相关结构基因的蛋白质-蛋白质相互作用分析筛选到43个SbMYB可能调控黄酮合成途径关键酶。结论:MYB转录因子调控植物次生代谢合成,本研究系统分析黄芩MYB转录因子家族并筛选可能参与黄酮类化合物生物合成的候选基因,为其调控机制研究奠定基础。     

基于丹参基因组的蛋白磷酸酶2C家族的系统分析

目的:基于全基因组策略系统解析药用植物丹参的蛋白磷酸酶2C家族成员,为研究丹参逆境胁迫响应的分子机制奠定基础。方法:采用BLASTP序列比对、系统发育树构建、基因表达分析等方法解析丹参PP2C亚家族成员、基因结构以及差异表达图谱。结果:丹参基因组共注释到83个PP2C家族成员,在高等植物中保守存在;系统进化分析将PP2C家族分为13个亚家族(PP2CA-PP2CL,A、B、C、D、E、F1、F2、G、H、I、J、K、L),结构域高度保守;PP2CA亚家族基因启动子含有多种逆境胁迫应答的顺式作用元件,大部分PP2CA基因表达显著响应逆境胁迫信号。结论:本实验系统研究丹参PP2C基因的结构、在不同组织部位的表达及逆境胁迫下的响应,为揭示丹参响应生物或非生物胁迫的分子机制研究提供理论依据。     

基于转录组数据的半夏AP2/ERF基因家族鉴定及逆境响应分析

目的：鉴定并研究半夏AP2/ERF转录因子的功能,为推进半夏品种的遗传改良提供理论依据。方法：该文基于半夏三代转录组数据鉴定了半夏中AP2/ERF家族成员,并对其进行系统的生物信息学分析,同时利用实时荧光定量聚合酶链式反应（Real-time PCR）检测半夏AP2/ERF在不同组织及不同胁迫条件下的表达情况。结果：通过转录组数据共筛选出8个全长AP2/ERF转录因子家族成员,归为AP2、ERF和DREB 3个亚家族;半夏AP2/ERF的氨基酸数目为251～512个,等电点为5.29～11.72,不稳定指数为45.90～82.41,且主要定位于细胞核中;半夏AP2/ERF基因的结构域和Motifs相对保守。组织特异性表达模式分析显示,半夏AP2/ERF基因在不同组织部位中具有不同的表达模式,且主要在叶中表达。逆境胁迫应答分析表明,PtERF1主要响应NaCl的胁迫诱导;PtERF2和PtERF4在低温和聚乙二醇（PEG）胁迫下表达量均有较大幅度的上调;PtERF3同时响应低温和NaCl两种逆境的诱导;PtERF5同时响应高温、低温、NaCl、PEG胁迫诱导;PtERF7在高温胁迫下表达...     

不同生长年限巴戟天蒽醌类含量差异比较及转录组学挖掘蒽醌类生物合成相关基因

目的 研究不同生长年限巴戟天Morinda officinalis根部蒽醌类化合物的含量差异及生物合成相关基因。方法 采用HPLC测定1年生和6年生巴戟天根中蒽醌类化合物成分,并进行比较转录组分析,采用qRT-PCR验证基因表达结果。结果 HPLC检测结果显示在6年生根中蒽醌类物质显著增加,通过比较转录组分析,从1年生和6年生巴戟天的根中筛选到8 619条差异表达基因,KEGG分析表明差异基因主要富集在各种次生代谢物的生物合成、苯丙素生物合成、泛醌和其他萜类醌生物合成等通路中。此外,共鉴定到13条蒽醌生物合成途径相关的差异表达Unigenes,其中ICS、SK、CS、DHNA-CoA synthase均在6年生根中上调表达,而DXS、DXR、DAHPS、IDH均下调表达,DHQD/SDH既有上调表达的又有下调表达的Unigenes。进一步选择6个候选基因进行qRT-PCR验证,验证结果与转录组数据一致。结论 为鉴别参与巴戟天蒽醌生物合成的相关基因提供参考,为后期进一步深入研究蒽醌类生物合成的累积规律分子机制提供基础数据。     

2个丹参鲨烯合酶基因的克隆和鉴定

目的 克隆与鉴定丹参Salvia miltiorrhiza鲨烯合酶基因。方法 基于丹参基因组的基因预测结果设计引物,通过RT-PCR方法,克隆丹参鲨烯合酶基因。利用生物信息软件对基因序列进行了结构分析,对基因编码多肽进行了序列同源性比较和保守结构域分析,利用实时定量RT-PCR方法对基因进行表达模式研究。结果 通过RT-PCR方法扩增得到2个丹参鲨烯合酶基因（SmSQS1和SmSQS2）,它们编码的多肽具有鲨烯合酶相关结构域和保守基序。这2个基因具有不同的外显子/内含子结构特征,具有不同的组织特异性表达模式和时间表达模式。结论 丹参基因组中存在2个鲨烯合酶基因,它们具有不同的基因结构特征和表达模式,可能在丹参甾体类和三萜类化合物生物合成中起不同作用。     

汉麻聚酮合酶基因家族成员鉴定与表达分析

目的 在从全基因组层面对汉麻Cannabis sativa聚酮合酶（polyketide synthases,PKSs）基因家族进行鉴定和功能分析,为解析汉麻次生代谢产物的合成与积累奠定理论基础。方法 基于已发布的高质量汉麻基因组,利用生物信息学工具对汉麻PKS基因家族进行鉴定并对其物化性质、基因结构、蛋白构象以及表达模式进行分析,利用Alphafold算法对关键PKS蛋白结构进行预测。结果 共鉴定出9个汉麻PKSs(CsPKS1～CsPKS9),分布在5条染色体上。通过对汉麻和其他物种PKS的系统发育分析,CsPKSs主要被分为3组：group1包括Cs PKS2～CsPKS4与花药特异性CHS样酶（anther specific chalcone synthase-like,ASCL）同源;group2含有CsPKS1和CsPKS5～CsPKS8为类CHS超家族（chalcone synthase like,CHSL）与苯戊酮合酶（valerophenone synthase,VPS）和茋类合酶（stilbene synthase,STS）等关系较密切;group 3仅含有CsPK...     

基于转录组分析华细辛甲基丁香酚生物合成途径的相关基因

目的获得华细辛Asarum sieboldii转录组数据库和差异表达基因,识别华细辛甲基丁香酚生物合成相关基因。方法以华细辛地下部分(根)和地上部分(叶片)2个样本作为供试材料,采用Illumina Hiseq 4000进行转录组测序,并从头拼接,对Unigene进行功能注释和差异性分析。结果共获得12.25 Gb数据,拼接得到129 003个Unigene,可归类于52个GO分类,涉及363条KEGG代谢通路。分析发现,共有439个差异表达基因,其中上调基因占38.3%,下调基因占61.7%,差异较大;136个Unigene与苯丙素类次生代谢途径相关,其中44个Unigene参与甲基丁香酚的生物合成过程。结论本研究得到大量华细辛转录本信息,所发掘的与甲基丁香酚生物合成相关的Unigene为相关基因的分离、功能验证及其表达调控机制的阐明提供了重要依据。     

基于权重基因共表达网络分析挖掘人参皂苷Rh1生物合成相关基因

目的 通过权重基因共表达网络分析（weighted gene co-expression network analysis,WGCNA）挖掘人参皂苷Rh1生物合成相关基因。方法 以种植于吉林省人参主产区304个农家品种的转录组测序数据为基础,以人参皂苷Rh1含量为表型进行差异表达基因的挖掘。结果 通过WGCNA获得6个与人参皂苷Rh1含量密切相关的基因共表达模块,根据关联分析结果确定Green模块为与人参皂苷Rh1含量显著相关的关键模块。功能注释结果显示Green模块内的基因富集到m RNA结合、蛋白修饰等多个相关途径。通过构建基因互作网络筛选获得7个核心基因,功能预测表明这些基因可能在人参皂苷Rh1的生物合成途径中起着重要作用。对7个候选基因进行茉莉酸甲酯（methyl jasmonate,Me JA）体外调控分析。对人参不定根进行MeJA诱导处理,随Me JA的诱导,comp9517＿c0＿seq1、comp10896＿c0＿seq1、comp43180＿c0＿seq2、comp64014＿c0＿seq8的表达量与人参皂苷Rh1的含量同时呈现显著变化,但只有comp64014＿c0...     

基于蟾蜍分泌腺转录组对蟾蜍二烯酸内酯合成途径关键基因的挖掘

目的 挖掘蟾蜍二烯酸内酯（bufadienolides,BDs）生物合成途径的关键基因。方法 使用激光捕获显微切割技术捕获中华大蟾蜍分泌腺[耳后浆液腺（CE）、皮肤浆液腺（CK）和皮肤粘液腺（CN）]为实验材料,在DNBseq测序平台进行转录组测序,并进行生信分析及对转录组结果进行验证。结果 共得到63.01 Gb原始数据和4 550个差异基因,其中CE和CK共有上调差异基因880个,其GO和KEGG富集显示主要在甾类激素生物合成、胆汁酸合成和C21类固醇生物合成等功能;CN上调差异基因主要富集在蛋白质糖基化、细胞黏结、体液免疫应答等功能。在CE、CK组上调的差异基因富集结果中发现有28种与BDs合成相关的物质的代谢、合成及运输等功能,且参与调控的基因有94个。对上述基因进行蛋白互作网络分析（protein-protein interaction network,PPI）分析,结果显示,94个基因中有34个存在互作关系,其中基因AMACR、HSD17B4、SCP2及ACOT8参与调控胆汁酸合成,基因LOC122926609参与调控石胆酸结合,结合文献分析,作者认为初级胆汁酸合成途径是B...     

全基因组水平金银花TCP基因家族的鉴定及表达模式分析

目的 对金银花Lonicera japonica TCP（LjTCP）基因家族进行鉴定分析,以期为进一步研究LjTCPs的功能机制奠定基础。方法 以金银花基因组数据为基础,通过生物信息学系统分析TCP基因家族在染色体上的分布、系统进化、基因结构、启动子元件及其表达模式。结果 共鉴定出17个LjTCPs,其中16个LjTCPs分布在9条染色体上,LjTCP17未定位到染色体上,基于系统进化树和多重序列比对,LjTCP基因家族可以分为PCF、CIN和CYC/TB1 3个亚家族,分别包含9、6、2个LjTCPs。基因组内共线性分析表明,全基因组复制和片段性复制在LjTCP基因家族进化中发挥了重要作用。LjTCP基因家族启动子包含许多与植物生长发育、激素响应,以及非生物和生物胁迫相关的调控元件。表达模式分析表明,LjTCP基因在金银花花发育初期表达量较高,随着发育进程表达量呈现下降趋势,并且LjTCP05、LjTCP13、LjTCP14、LjTCP16和LjTCP17基因在花青素含量不同的品种中表达量存在差异。对6个具有低温响应元件的LjTCPs在冷胁迫下的基因表达研究表明,大部分基因在冷处理后基因表达呈现上升趋势。结论 金银花TCP基因家族包含17个成员,各成员的分子特征和表达模式存在差异。     

西伯利亚白刺L-半乳糖-1-磷酸磷酸酶基因克隆与序列分析

目的 克隆西伯利亚白刺Nitraria sibirica维生素C合成过程中L-半乳糖-1-磷酸磷酸酶（L-galactose-1-phosphate phosphatase,GPP）编码基因。方法 利用生物信息学方法对西伯利亚白刺三代转录组数据进行分析,共鉴定出2个GPP基因,并从西伯利亚白刺中成功克隆得到2条NsGPP基因序列,进一步利用生物信息学方法对其理化性质、蛋白结构、保守序列以及系统进化等进行分析,并结合RNA-seq数据分析其在盐胁迫下的表达模式,利用qRT-PCR实验检测其在不同组织中的表达水平。结果 从西伯利亚白刺中成功鉴定克隆出2个NsGPP基因,2个NsGPP基因所编码蛋白均含有保守的FBPase/IMPase/glpX-like（FIG）结构域,且与其他植物GPP蛋白具有较高的相似性。利用多个物种的GPP蛋白序列构建系统进化树,结果显示西伯利亚白刺与灌木或半木质化草本植物亲缘关系更近。Motif分析发现NsGPP蛋白与拟南芥等GPP蛋白较为相似,但也存在差异,并且2个NsGPP蛋白之间也存在差异。此外,NsGPP1与NsGPP2的蛋白三维结构之间也存在微小差别。RNA-seq分析表明,不同浓度NaCl处理下,NsGPP1的表达逐步升高的趋势,而NsGPP2的表达量则较低,且在盐胁迫后其表达水平逐渐降低。qRT-PCR实验结果显示,白刺GPP基因的表达存在组织表达特异性,且在同一组织中NsGPP1的表达水平显著高于NsGPP2。结论 从西伯利亚白刺中成功克隆到2个NsGPP基因,其编码蛋白均含有保守的FIG结构域,且与拟南芥等草本植物的GPP蛋白更为相似。NsGPP基因在不同组织中表达水平具有显著差异,其中NsGPP1可能参与西伯利亚白刺维生素C生物合成并参与白刺抵抗盐胁迫。为进一步解析白刺维生素C生物合成以及耐盐分子机制提供了理论依据。