马铃薯GATA12基因克隆及表达分析

GATA转录因子是一类广泛存在于真核植物中的转录因子,GATA转录因子具有锌指结构,是锌指蛋白家族的成员之一。为了进一步分析马铃薯中GATA基因的结构与功能,本研究以马铃薯(Solanum tuberosum)栽培品种‘陇薯3号’为材料,克隆了StGATA12转录因子编码基因,分析了其序列特征、表达模式,并分析了该基因在马铃薯不同组织中的表达量。结果表明马铃薯GATA12基因序列含有一个全长为1 407 bp的开放阅读框,编码一个由437个氨基酸残基构成、分子量为49.22 kD、理论等电点为6.55的蛋白。StGATA12转录因子含有C-X_2-C-X_(18)-C-X_2-C锌指环,属于GATA转录因子家族Ⅰ亚族。组织表达分析显示,StGATA12在马铃薯根、茎、花和叶中均有表达,在花中的表达量最高。本研究对GATA12基因的研究可以为作物增产提供一定的理论基础。     

基于转录组的剑麻杂交种‘11648号’GATA基因家族的鉴定及表达分析

GATA转录因子在植物中广泛存在,并参与生长发育、生物和非生物胁迫等多种生物学过程,为深入阐明GATA基因家族在剑麻相关生物学过程中的重要功能。本研究基于转录组水平鉴定手段,对剑麻基因家族进行鉴定分析以及表达模式研究。在前期已完成的RNA-seq数据上,利用相关软件对剑麻GATA基因家族进行鉴定,同时对得到的剑麻GATA基因进行理化性质、保守结构域、进化关系和表达模式分析。在剑麻中共筛选获得23个GATA基因,其编码蛋白质的氨基酸数目在118～581之间,分子量约为12.74～64.87 ku,等电点为5.19～10.22。亚细胞定位预测结果显示18个AhGATAs定位于细胞核,3个AhGATAs定位于叶绿体,2个定位于线粒体。AhGATAs基因家族含有GATA、RPN13_C、AhXH、CCT和Tify这5个相对保守的结构域。进化树分析表明剑麻GATA蛋白可分为5个亚家族。23个剑麻GATA基因在剑麻紫色卷叶病不同发病时期呈现不同的表达规律。本研究在转录水平上初步完成了剑麻GATA基因家族的鉴定与功能分析,为后续深入解析AhGATAs基因在剑麻中的具体功能提供参考。     

水稻CNGCs家族的鉴定及非生物胁迫诱导表达模式分析

为了解水稻CNGCs家族成员的基因结构、进化特征、亚细胞定位、启动子顺式作用元件和生物学功能,本研究利用生物信息学的手段对水稻CNGCs家族进行鉴定,运用RT-qPCR的方法分析OsCNGCs在非生物胁迫下的诱导表达模式。结果表明,水稻共有16个CNGCs,分布在1、2、3、4、5、6、9和12号染色体上。进化树分析显示OsCNGCs可分为4个大组(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ),而Ⅳ组可以细分为Ⅳ-A和Ⅳ-B 2个亚组。OsCNGCs启动子区域存在多种顺式调控元件,包括各种类型的光响应元件、厌氧诱导响应元件、逆境相关转录因子结合元件、防御和逆境响应元件、低温响应元件以及各种植物激素响应元件等,暗示OsCNGCs在响应多种激素和非生物胁迫中可能存在重要调控作用。多种非生物胁迫诱导表达分析表明,大多数OsCNGCs基因表现出明显的差异表达。本研究为解析CNGCs家族基因在水稻应对非生物胁迫中的功能提供了参考。     

水稻干扰素相关发育调节因子的生物信息学分析

干扰素相关发育调节因子(interferon-related developmental regulator factor, IFRD)在动物中有较深入研究,参与动物细胞发育和分化及多种疾病的发生,但是在植物中研究较少。为了挖掘植物IFRD基因的功能,本研究对禾本科模式作物水稻IFRD基因家族成员进行了系统的生物信息学分析。本研究鉴定得到5个水稻IFRD基因家族成员,分布在4条染色体上,根据进化树把它们分为2个亚家族,不同亚家族成员具有不同的基因组结构、蛋白质保守基序和表达模式。高温、盐胁迫处理后的转录组测序分析结果显示,该基因家族成员(OsIFRD3, OsIFRD4)对逆境的响应变化差异显著;蛋白质相互作用分析结果显示水稻IFRDs可能与mRNA可变剪接因子、甲硫氨酰t RNA合成酶、rRNA加工蛋白相互作用;启动子分析显示水稻IFRD启动子具有非生物胁迫和植物激素响应元件。综上表明水稻IFRD基因家族可能通过调控m RNA可变剪接和蛋白质的合成参与高温、盐胁迫逆境响应途径。本研究为深入解析水稻IFRD基因功能提供了重要信息。     

黄瓜GRAS家族全基因组鉴定与表达分析

GRAS转录因子参与调节植物生长发育和胁迫响应等多种生物学过程。黄瓜(Cucumis sativus L.)是重要的蔬菜经济作物,关于GRAS基因家族的研究在黄瓜中鲜有报道。为了解析GRAS基因的功能,本研究利用生物信息学技术鉴定了黄瓜GRAS基因家族成员,并分析了其家族成员的理化性质、基因和编码蛋白质的结构、基因间的进化关系和表达模式。结果表明:黄瓜GRAS家族包含37个成员,多数CsGRAS编码蛋白为中性或偏酸性蛋白,由单外显子基因编码;系统发育分析将黄瓜GRAS成员分为16个亚家族,每个亚家族具有不同的保守结构域和功能;37个GRAS基因不均匀地分布在黄瓜7条染色体上,含有1对串联重复基因和3对片段重复基因;基因表达模式分析显示,CsGRAS基因具有组织表达特异性,揭示了其在黄瓜不同组织器官发育中的潜在功能。本研究结果为探明黄瓜中GRAS基因的功能提供了数据支持。     

毛竹CCT基因家族成员的鉴定及表达分析

CCT基因家族广泛参与植物昼夜节律、开花、作物产量及胁迫等多种生长过程,对植物的生长发育和形态建成有着重要的影响。目前毛竹CCT基因尚未被发掘研究,本研究利用生物信息学方法对毛竹CCT基因家族成员进行鉴定,并对其理化性质、进化关系、保守结构域、基因结构、顺式作用元件以及不同光处理下的表达模式进行了分析。结果表明：毛竹基因组中共有37个CCT家族成员,这些家族成员间基因长度存在着一定的差异,所编码的CCT蛋白大多属于不稳定的亲水性蛋白;家族成员在进化过程中CCT基因的长度逐渐变短,外显子数量变少,基因结构差异较大;家族成员含有多种保守结构域,处于同一亚家族成员的保守结构域基本类似;毛竹CCT家族成员含有多种不同的顺式作用元件,如光响应元件、脱落酸响应元件等,基本所有的基因都含有光响应元件,且这些基因在不同光质下的表达量存在着明显的差别。本研究结果为毛竹CCT家族基因在毛竹开花和遗传改良等方面提供一定的理论依据和参考。     

水稻类甜蛋白基因家族鉴定及表达的初步分析

本研究鉴定水稻基因组中类甜蛋白(TLP)家族基因,并对部分基因的组织表达特异性进行研究,为开展水稻类甜蛋白基因功能及分子进化机制研究提供基础。基于水稻基因组数据库,通过生物信息学方法对候选的47个水稻类甜蛋白基因家族成员进行鉴定、聚类及结构功能分析,通过q RT-PCR技术,检测14个Os TLP基因在LTH及其近等系水稻幼苗的叶片、根、叶鞘和花穗中的时空表达水平。基因和蛋白结构分析表明,Os TLP基因有5种结构类型,蛋白保守氨基酸基序高度一致。聚类分析显示,水稻类甜蛋白基因归属10个进化组,分布于12条染色体上,其中成员最多的进化组Ⅴ中的基因主要来自3号和12号染色体。q RT-PCR结果显示,14个Os TLP在6个品种水稻根、叶鞘、叶片和花穗中相对表达水平不同,多个基因在根中有较高的基础表达。本研究为进一步研究TLP家族在水稻生长发育和对抗胁迫中的作用提供了理论基础。     

毛果杨MGT基因家族全基因组水平鉴定及表达分析

为探究MGT基因家族在毛果杨生长发育及响应胁迫中的作用,本研究在毛果杨全基因组范围,通过生物信息学分析PtrMGT基因家族成员的数量、进化关系、染色体位置、基因结构、编码蛋白基本特征、启动子顺式作用元件,并对各成员的组织表达特异性以及对NaCl胁迫与ABA处理的响应特性进行了分析。结果表明：PtrMGT家族共含有10个基因,可分为4个亚族;有2对同源基因且Ka/Ks值均小于1;家族成员启动子区含有数量不等的非生物胁迫响应元件,共12种、146个元件;PtrMGT家族编码的蛋白均含有GMN序列,同一亚族基因编码蛋白的序列相对保守;PtrMGT家族成员在毛果杨根、茎和叶表达量具有差异;NaCl胁迫下,PtrMGT家族基因在根、茎和叶中表达量在0～48 h内均表现为先上升后下降的变化趋势;ABA处理下,大部分成员表达量先升后降,小部分成员表达量持续下降,表明PtrMGT家族基因对NaCl胁迫与ABA处理产生响应且响应模式出现分化。本研究为深入研究PtrMGT基因家族功能提供理论基础。     

水稻OsURGT2基因的克隆、表达及功能预测分析

植物细胞中核苷酸糖转运蛋白(NST)将胞质溶胶中的核苷酸单糖转运至高尔基体或内质网内,这对于植物细胞壁非纤维素多糖合成时单糖的供应至关重要。本研究从水稻中克隆了一个含有NST蛋白结构域的基因,命名为OsURGT2。对OsURGT2蛋白的理化性质、结构特点、基因启动子中的顺式作用元件及表达模式等进行了预测及分析。结果表明,水稻OsURGT2基因的全长编码序列为1 008 bp,编码335个氨基酸。OsURGT2蛋白为疏水性蛋白,含有9个跨膜结构域和多个磷酸化位点,与一个GDP-甘露糖转运蛋白的三级结构较相似。OsURGT2基因对高、低温和盐胁迫处理有较强的表达响应、受多种植物激素(赤霉素,水杨酸,茉莉酸甲酯)处理诱导表达。结果说明,OsURGT2极有可能编码一个具有某种核苷酸糖转运活性的蛋白,并可能在水稻生长发育过程中应答逆境方面发挥重要作用。     

水稻抗坏血酸氧化酶基因家族生物信息学分析

抗坏血酸氧化酶(ascorbic acid oxidase,AAO)是多铜氧化酶家族中的一员,在植物生长发育过程中起重要作用。为深入研究水稻AAO基因家族的功能特征及表达模式,采用生物信息学从Phytozome的水稻数据库鉴定出14个AAO成员,并对其染色体定位、蛋白理化性质及二级结构、基因结构、保守基序、系统发生树和表达模式等方面进行预测分析。结果显示,14个OsAAO不均匀地分布在8条染色体上,多为碱性蛋白;蛋白二级结构以无规则卷曲为主要组成部分;基因结构和保守基序分析表明,OsAAO内含子数目变化差异较大,但氨基酸序列具有较强的保守性;系统发生树可分为3个亚家族,OsAAOs与玉米、高粱簇在一起,亲缘关系较近;另外表达模式分析发现,OsAAO在不同的组织部位表达水平具有差异,这表明其行使功能不同。这些结果为今后研究该基因家族的生物学功能和培育耐旱品种提供理论依据。     

水稻DUF760基因家族的全基因组鉴定与表达谱分析

为了探索DUF760基因家族在水稻生长发育中的潜在功能,对水稻DUF760基因家族进行了全基因组鉴定、分类、启动子序列分析和表达谱分析。通过生物信息学技术在水稻和拟南芥中分别鉴定了6,8个DUF760家族成员。系统进化树分析将这些家族成员分成2个亚家族,二者在蛋白保守基序和基因结构上也存在一些特征差别。水稻DUF760家族基因启动子区域存在多个响应逆境胁迫和植物激素的顺式作用元件,ABRE(脱落酸响应)元件存在于家族所有成员的启动子序列中,OsDUF760-1启动子区域拥有9个脱落酸(ABA)相关的响应元件。在ABA处理水稻后,OsDUF760-1的转录表达水平显著下调,而OsDUF760-3显著上调,二者在干旱胁迫处理水稻后的表达变化模式与ABA处理水稻后的表达变化模式一致,说明这2个基因可能通过ABA信号途径参与水稻干旱胁迫响应,并且扮演不同的角色。除对ABA和干旱胁迫处理具有较强响应外,水稻DUF760家族成员还对JA(茉莉素)、低温及稻瘟菌处理具有较强的响应表达变化。     

生菜WOX基因家族的鉴定与分析

WOX转录因子是植物特异性转录因子。已有研究表明,WOX家族成员在植物生长发育和非生物胁迫响应中起着重要作用,但在生菜(Lactuca sativa L.)中,WOX基因家族的生物学功能研究还很少。本研究在生菜中鉴定到14个可能的LsaWOX基因,分析了他们的基因结构、蛋白保守基序、三级结构、染色体定位和顺式作用元件等,并将其划分为三个主要分支(如远古支系,中间支系和WUS支系)。本研究对生菜中WOX家族成员进行了鉴定和初步分析,为进一步研究生菜中WOX基因家族的生物学功能提供理论依据。     

植物中GATA转录因子的研究进展

GATA转录因子是一类广泛存在于真核生物中的转录因子,在植物光响应调控、叶绿素合成、细胞分裂素响应以及碳、氮代谢等生物学过程中发挥重要作用,这些生物学过程与作物产量息息相关,对GATA家族的研究可以为作物增产提供一定的理论基础。GATA转录因子具有特殊的锌指结构,而且根据前人对拟南芥、蓖麻、水稻等植物的研究发现,锌指结构的大部分氨基酸位点在大部分成员中是高度保守的。本研究主要对GATA转录因子的特异结构、分类、进化分析以及生物学功能进行论述。通过对前人的研究成果加以总结,归纳出了GATA转录因子参与植株的生命过程,例如,与拟南芥的花期等生长过程具有相关性,和植物的非生物胁迫的相关性,例如,参与沙冬青的抗旱性等非生物胁迫过程,以及与植物次生代谢的相关性,例如,参与调控拟南芥的碳、氮代谢等次生代谢过程。本综述详细论述了国内外关于GATA转录因子的研究进展,为进一步对GATA转录因子的研究提供帮助。     

水稻3-磷脂酰肌醇激酶FAB1/PIKfyve基因家族的鉴定及功能分析

FAB1/PIKfyve是催化3-磷酸磷脂酰肌醇(PtdIns3P)形成3,5-二磷酸磷脂酰肌醇(PtdIns(3,5)P2)过程的关键酶,其产物PtdIns(3,5)P2在真核细胞发育中发挥重要功能.为探寻PtdIns(3,5)P2在水稻生殖发育过程中的功能,本研究结合生物信息学和遗传学方法,对水稻FAB1/PIKfyve基因进行鉴定,分析其理化性质、基因结构、保守结构域、系统进化、顺式作用元件和组织表达模式并利用CRISPR/Cas9基因编辑技术获得osfab1b突变体.生物信息学分析结果显示,水稻基因组中共鉴定到9个FAB1基因家族成员;基因结构分析显示FAB1家族基因结构存在差异,外显子数量为8～12个;保守结构域分析表明仅OsFAB1A和OsFAB1B含有N端FYVE结构域,其余成员具有Cpn60_TCP1结构域和PIPKc激酶结构域;系统进化分析提示FAB1家族功能在单双子叶植物中具有高度保守性;FAB1基因上游调控区域顺式元件预测发现多种生长发育相关、光响应以及激素和胁迫响应顺式元件;组织表达模式分析显示大多数FAB1基因为泛表达,其中FAB1C亚类基因在内外稃中的高表达提示其可能参与花器官发育.最后通过CRISPR/Cas9系统得到osfab1b突变体,经碘染观察花粉活力无明显异常,暗示FAB1家族在水稻生殖发育调控中存在功能冗余.本研究结果为单子叶模式植物水稻中磷脂酰肌醇调控网络及其生物学功能的研究提供了理论参考.     

丹参Ca~(2+)/H~+反向转运蛋白(SmCAX)基因家族鉴定与表达分析

CAX (Ca~(2+)/H~+exchanger antiporter)是一类重要的跨膜转运蛋白,在调控植物Ca~(2+)平衡,参与转运重金属离子中具有重要作用。研究丹参CAX家族基因的结构特征及表达特征有助于解析其功能。为揭示丹参CAX家族的功能,本研究运用生物信息学方法,结合丹参基因组和转录组鉴定出7个CAX家族成员。分析其编码蛋白质的理化性质、结构特征及亚细胞定位,以及不同组织中基因表达水平。结果显示,丹参CAX基因家族共包含7个成员,编码228～731个氨基酸,均为疏水性跨膜蛋白,二级结构以α螺旋为主,三级结构全为单体。亚细胞定位预测显示SmCAX蛋白主要分布在质膜或内质网膜上,其它部位也有少量分布。表达模式分析结果显示,丹参CAX家族成员表达模式差异较大:SmCAX3和SmCAX6在各组织中表达丰富,表达模式相似;SmCAX2和SmCAX5在叶组织中高表达,有明显的组织特异性;而SmCAX1与SmCAX4在野生丹参与栽培丹参中表达模式相反。本研究为今后深入阐释丹参CAX基因家族的功能提供了理论基础,并为运用基因工程技术改良丹参品质提供参考。     

水稻短链脱氢酶基因的表达及功能分析

植保素为重要的植物抗病防御代谢物,其生物合成需多种氧化酶参与。为研究短链脱氢酶(short-chain dehydrogenase,SDR)基因在水稻植保素生物合成和胁迫响应中的关键作用,本研究从水稻基因组数据中得到与已报道的水稻SDR基因同源性较高的4个基因:OsSDR1、OsSDR2、OsSDR3、OsSDR4,利用RT-PCR技术成功克隆到这4个基因,并进行序列比对及系统进化分析;通过蛋白原核表达,除OsSDR1未检测到蛋白表达,OsSDR2、OsSDR3和OsSDR4均成功表达出蛋白;采用RT-qPCR检测4个基因的诱导表达模式,结果显示4个基因对逆境有不同的响应模式,表明其可能参与到不同的代谢途径。本研究为研究水稻中SDRs蛋白的功能,解析水稻植保素生物合成途径,探讨其在水稻抗逆中的作用提供了研究依据。     

玉米HD-ZIP I亚家族基因鉴定及表达分析

转录因子是植物响应逆境胁迫的重要调节因子,在其整个生长发育过程中发挥着重要的作用。HD-ZIP家族蛋白是植物中特有的一大类转录因子,包含4个亚家族(HD-ZIP I^IV),其中HD-ZIP I亚家族成员主要参与干旱、渗透压等极端环境和ABA及乙烯等激素处理的响应过程。本文采用隐马可夫模型(HMM)在玉米参考基因组中鉴定到17个HD-ZIP I亚家族成员,这些基因不均匀分布于玉米6条染色体上,与水稻的亲缘关系要近于拟南芥。玉米HDZIP I亚家族基因在玉米7种组织中表现出多种表达模式,具有明显的组织表达特异性。另外, HD-ZIP I亚家族基因对高盐、淹水及冷害等不同的逆境胁迫处理呈现出不同的响应模式及响应程度差异。5种不同激素处理后,玉米HD-ZIP I亚家族基因也表现出复杂的响应模式。这些结果为进一步解析玉米HD-ZIP I亚家族基因的生物学功能和作用机理提供了一定的参考价值。     

水稻DUF966基因家族的生物信息学分析

DUF966基因家族是一类未知功能的基因家族,它们在水稻生长发育和逆境胁迫应答反应中可能起重要作用,为了研究这些基因的生物学功能,初步揭示它们对水稻生长发育和抗逆性的调控作用,本研究通过生物信息学方法,分析了水稻DUF966家族基因特征、系统进化、芯片表达谱、跨膜结构域、信号肽以及亚细胞定位。结果表明,水稻DUF966基因家族包含7个成员,几乎都具有转录活性,它们编码的蛋白质只包含1~2个保守的未知功能结构域(DUF966结构域);进化分析表明,该家族可分为4个亚群,其中Os DSR2、Os DSR4、Os DSR5和Os DSR6同属一个亚群,可能具有相似的生物学功能;芯片表达谱分析表明,该家族基因主要在幼苗、花序和茎中呈中、低度表达,Os DSR3和Os DSR7基因受盐和低温胁迫的诱导表达,其它基因受不同非生物胁迫的抑制表达,该家族多数基因还能被白叶枯病菌侵染诱导表达;蛋白预测表明,该家族蛋白不含跨膜结构域和信号肽序列,能够被定位在细胞质中。本研究为系统开展水稻DUF966基因家族的生物学功能研究提供了依据。     

棉花AGO蛋白家族基因鉴定及表达分析

AGO蛋白在所有由小RNA介导的RNA沉默通路中发挥重要作用。在植物中,它广泛参与维持基因组的稳定、调控组织的发育、对逆境的应答以及对入侵的转基因和植物病毒的免疫。对AGO基因家族成员的研究有利于研究其功能。为揭示棉花中AGO家族的功能,本研究利用全基因组信息在陆地棉基因组中鉴定了27个AGO蛋白,并对这些家族成员的特性进行了进化分析,这些AGO蛋白被分为3类,蛋白长度介于731~1462 aa之间,第一、三亚家族蛋白编码区较多,第二亚家族蛋白编码区较少。27个基因分布在16条染色体上。8个基因在所有组织中的表达量较高,棉花AGO基因与拟南芥AGO基因在组织中的表达模式极为相似。本研究为进一步研究棉花中AGO蛋白的功能提供了指导意义。