大豆bHLH转录因子家族成员的进化及功能分化研究

碱性螺旋-环-螺旋蛋白(basic Helix-Loop-Hleix,bHLH)转录因子家族是动植物中最大的转录因子家族之一,主要由碱性氨基酸区域和螺旋-环-螺旋区域组成,在动植物生长发育和胁迫应答反应中发挥着重要作用.本研究通过对大豆全基因组生物信息学分析和分子生物学研究手段,深入研究了大豆bHLH基因家族的进化机制,同时探讨了该基因家族在大豆中的功能分化.结果表明,大豆中含有340个非冗余的bHLH基因家族成员,通过对这些成员的Pfam蛋白结构域、Motif组成和系统进化关系的分析,将这些成员分为15组共24个亚家族,在大豆20条染色体上呈现不均匀分布.bHLH理化性质差异较大,编码的大豆氨基酸数量为91～815aa,相对分子量为10 273.88～91 300.38,理论等电点为4.56～10.40;碱性氨基酸区含有His5-Glu9-Arg13保守序列,与靶基因结合有关,HLH区含有Arg23和Arg55,与形成二聚体有关,同时含有5种保守元件.多数成员在大豆根以及花发育的5个时期中具有组织表达特异性,不同基因表达量差异较大.     

甘蓝型油菜BnbHLH122基因的克隆、表达模式及胁迫响应分析

为了进一步探究甘蓝型油菜bHLH转录因子的生物学功能,本实验采用同源克隆技术从甘蓝型油菜中克隆了2个bHLH122转录因子基因全长cDNA序列,分别命名为:BnbHLH122-1(GenBank登录号为MT795160)和BnbHLH122-2(GenBank登录号为MT795161).生物信息学分析表明,BnbHLH122-1和BnbHLH122-2蛋白为不稳定的亲水性蛋白,都含有bHLH保守结构域,分别与白菜和甘蓝中预测的bHLH122蛋白的亲缘关系最近.亚细胞定位和转录激活活性验证实验结果表明两个BnbHLH122蛋白均定位在细胞核且具备转录激活活性.qRT-PCR实验结果表明BnbHLH122-1基因主要在花期的根中表达,BnbHLH122-2基因主要在苗期的根和花期的花中表达.此外,高温、低温、干旱、高盐、渗透、核盘菌胁迫以及ABA、SA、MeJA激素处理均能显著影响BnbHLH122基因的表达,由此说明甘蓝型油菜BnbHLH122基因可能在维持植株正常的生长发育和抵御逆境胁迫过程中发挥重要调节作用.     

茶树NAC基因的鉴定及其在逆境反应中的表达调控分析

利用隐马可夫模型检索和同源比对的方法,从茶树基因组鉴定出108个NAC成员(CsNAC).理化特征、进化关系、基因结构和保守基序分析表明,CsNAC蛋白长度在134～1950个氨基酸之间,分子量介于15.4～222kD,等电点介于4.60～9.91,大部分为亲水性蛋白(除CsNAC97).其中,CsNAC3、8、14、23、32、74、82、90、106蛋白含跨膜结构域.进化分析将CsNAC家族分为18个亚类,ONAC022和NAP亚类成员最多,AtNAC3和OsNAC8亚类成员最少.CsNAC基因启动子区富含响应干旱、低温、盐胁迫以及病原菌侵染的序列元件.据转录组数据分析结果,CsNAC基因家族成员在不同组织和胁迫处理后呈现显著的表达差异.低温和干旱胁迫下的CsNAC共表达网络中,ABA参与调控其关键基因的表达;KEGG分析显示,信号传递、糖代谢、植物与病原菌互作等途径存在显著富集.     

小黑麦NAC转录因子基因TwNAC01克隆及生物信息学分析

NAC(NAM、ATAF1/2、CUC2)是在调控植物发育、衰老、生物与非生物逆境以及激素反应等方面具有重要作用的一类转录因子。为探索六倍体小黑麦耐干旱机制,本研究以六倍体小黑麦为材料,利用快速扩增cDNA末端(RACE)与反转录·聚合酶链反应(RT-PCR)技术克隆到1条NAC转录因子cDNA全长,分析了其生物信息学特点,同时利用实时定量PCR技术分析其在干旱胁迫下的组织部位表达特点。结果表明,所克隆小黑麦基因ORF全长1 059 bp,编码352个氨基酸。该基因预测蛋白中具有NAM亚家族保守的氨基酸序列,且其预测蛋白氨基酸序列与山羊草中的NAC转录因子氨基酸序列同源性高达90%以上。该基因预测蛋白属亲水性蛋白,无跨膜结构域与信号肽区域,二级结构包含45个α-螺旋,57个β-折叠和250个无规则卷曲。预测蛋白定位于细胞核内。在干旱胁迫下,该基因在开花后22 d的小黑麦幼粒和根部的表达量明显高于茎和叶,且表达量显著受干旱胁迫诱导。可见所克隆的基因为小黑麦NAC转录因子,将其命名为TwNAC01(GenBank登录号为MG736919),其在小黑麦抗旱应激反应中具有重要作用。小黑麦NAC转录因子基因TwNAC01的克隆对于揭示小黑麦的抗旱性机制以及小黑麦抗旱基因工程育种具有重要意义。     

伴矿景天WRKY基因家族鉴定及镉胁迫响应分析

【目的】WRKY转录因子在植物响应非生物胁迫过程中发挥着重要的调控作用,目前超积累植物伴矿景天(Sedum plumbizincicola) WRKY转录因子的研究较少。进行SpWRKY基因家族的全基因组鉴定及其在镉胁迫下的表达模式分析可为后续SpWRKYs基因克隆和耐镉功能分析提供参考。【方法】对伴矿景天WRKY基因家族进行全基因组鉴定和生物信息学分析,利用转录组数据和qRT-PCR技术检测WRKY基因在镉胁迫下的表达模式并进行转基因拟南芥耐镉性的分析。【结果】伴矿景天基因组中共鉴定出77个SpWRKYs,非均匀地分布在各条染色体上;系统进化树分析发现,伴矿景天WRKY成员被分成3大类群(Ⅰ—Ⅲ),第Ⅱ类群又被分成5个亚群(Ⅱa—e);共线性分析发现,伴矿景天WRKY基因家族和拟南芥(Arabidopsis thaliana)之间存在7个共线基因对,和玉吊钟(Kalanchoe fedtschenkoi)之间存在53个共线基因对;SpWRKYs基因之间存在19个片段复制基因对;启动子序列分析发现,SpWRKYs启动子有多种与激素和逆境响应等相关的顺式调控元件;镉胁迫表达分析发现,7个...     

菠菜抗坏血酸过氧化物酶基因家族的鉴定及表达分析

利用生物信息学分析方法,在菠菜全基因组中鉴定出了菠菜(Spinacia oleracea)抗坏血酸过氧化物酶(APX)家族成员,并对其理化性质、亚细胞定位、基因结构、保守基序、同源关系及基因表达进行了分析,发现菠菜中存在7个SoAPXs(SoAPX1～7)基因,并通过进化树分析将菠菜APX家族分为4类.基因结构分析发现该家族基因由5～9个外显子构成.亚细胞定位预测表明大部分菠菜APX蛋白定位在细胞质.实时荧光定量聚合酶链式反应(qRT-PCR)结果表明:SoAPXs在各个组织器官中呈组成型表达,其中SoAPX1和SoAPX3的组织表达模式相似,SoAPX4和SoAPX5相似,SoAPX2在新叶中表达最高,SoAPX7在雄花中表达最高.对经胁迫处理后的样品进行表达分析发现,低温胁迫与氧化胁迫对SoAPXs的表达均有诱导作用,盐胁迫与干旱胁迫也刺激了大部分SoAPXs的表达.这些结果表明:SoAPXs可能在菠菜的抗盐、耐寒、抗旱以及抗氧化过程中起作用,为后续深入鉴定APX家族成员的功能提供参考.     

FZD蛋白家族的起源与演化分析

FZD(Frizzled)蛋白家族是Wnt信号通路的跨膜受体,在动物发育过程中起着非常关键的作用.通过对不同物种(从单细胞动物到哺乳动物)基因组中FZD家族基因的检索,发现FZD蛋白家族起源于早期的、与海绵动物具有共同祖先的后生动物.进化分析结果表明,FZD蛋白家族分为4个亚家族:FZD1/2/3/4/6/7亚家族、FZD5/8亚家族、FZD4亚家族和FZD9/10亚家族;不同亚家族之间的motif组成不同,但在C端都含有一个保守的KTXXXW motif.进化速率分析结果表明,尽管FZD蛋白家族成员在演化过程中受到较强的纯化选择,但是在其基因发生复制或motif组成变化的分支上仍有正选择的作用.该结果可为进一步理解FZD蛋白家族的起源与演化动态提供一定的参考.     

植物中的DREB类转录因子

DREB转录因子属于AP2/EREBP转录因子家族.AP2/EREBP转录因子是特异存在于植物中,与植物发育密切相关的一类转录因子的总称.该家族有五个亚家族,其家族成员的蛋白质序列均含有保守的AP2 domain.其中,DREB转录因子特异地与DRE顺式作用元件相结合,在调节低温,干旱和高盐等胁迫反应时具有重要作用.一个DREB转录因子可以调控下游的多个抗逆基因,从而使植物产生抗逆性.植物抗逆反应是一个非常复杂的过程,目前人们对其信号转导正在进行进一步的探究.     

簸箕柳R2R3-MYB转录因子家族全基因组分析

为研究簸箕柳中R2R3-MYB转录因子家族成员的分类和进化,以及在抗重力刺激中可能具有的功能,本研究使用全基因组鉴定策略和其它生物信息学手段对簸箕柳相关家族成员进行详细的分析.结果表明,在簸箕柳中共鉴定出158个R2R3-MYB蛋白,这些成员进一步被分为23个亚组.基因结构和基序组成分析表明,在同一亚组中的基因通常具有相似的内含子-外显子结构和相似的基序组成,进一步支持了系统发育分析的结果.通过共线性分析了SsMYB家族的进化,85对SsMYB基因被预测来自串联或者片段复制事件,这在SsMYB家族的扩展中起着重要作用.此外,本研究利用RNA-seq数据分析重力刺激下SsMYB基因的表达情况,筛选出20个潜在的MYB抗重力刺激蛋白.     

紫心甘薯转录因子bHLH的基因克隆及功能研究

通过对紫心甘薯中bHLH类转录因子的基因进行分子克隆，对其结构、表达模式及功能进行研究，明确了其结构特征和生物学功能.通过采用RACE克隆方法，获得了编码bHLH基因且长度分别为2 516 bp和2 304 bp的cDNA全序列.基于DNA序列的分子进化树分析结果表明:两者分别属于植物bHLH1和bHLH2基因家族的成员，分别将其命名为IbbHLH1(GenBank登录号:KC708871)和IbbHLH2 (GenBank登录号:JF508437);IbbHLH1和IbbHLH2蛋白均定位于细胞核; 在3个甘薯品种(系)的块根中，IbbHLH2基因与花色素苷合成途径中的酶基因(CHS、CHI、F3H、DFR、ANS和3GT)的表达量变化趋势相一致，初步推测转录因子IbbHLH2可能参与了紫心甘薯花色素苷合成途径一系列酶基因的表达与调控.     

玉米1,3,4-三磷酸肌醇5/6 激酶ITPK家族基因的鉴定和分析

 1,3,4-三磷酸肌醇5/6-激酶(ITPK)是一种在动物、植物、线虫中都比较保守的多功能酶, 在生物信号传导及生长发育中起重要作用。为了充分研究玉米中ITPK 家族基因系统分析、全生育期基因表达模式及逆境胁迫表达模式, 利用玉米基因组数据库, 通过生物信息学手段, 鉴定玉米ITPK 家族基因的全序列、定位和编码蛋白, 通过序列比对进行进化和分类分析。利用玉米高通量芯片表达数据进行组织表达差异性、干旱胁迫和病害胁迫表达谱分析。结果表明, 玉米基因组中含有6 个ITPK 家族基因, 分布于玉米的4 条染色体上。MEME 保守结构域分析显示, ZmITPK1-5 均含有3 个保守的ATP-grasp-4 结构域, ZmITPK6 含有两个ATP-grasp-4 保守结构域。进化树分析表明ZmITPK 可分为3 个亚家族。各个发育阶段中, 多数成员在生殖器官或营养器官中均有较高的表达量, 只有ZmITPK1 在所有器官中表达量都不高。ZmITPK2 和ZmITPK3 基因受干旱胁迫处理诱导不同程度上调表达。而在生物胁迫条件下均无显著上调或下调表达。     

菠菜SoNAC转录因子家族的全基因组鉴定与分析

采用生物信息学分析方法,从菠菜基因组中筛选鉴定了57个菠菜NAC转录因子,并对其基因结构、编码蛋白和系统进化进行了分析;通过荧光定量聚合酶链式反应qRT-PCR分析,研究了高温和盐处理后菠菜叶片中NAC基因的表达模式.研究结果显示:菠菜NAC转录因子可以被归入2组17个亚组,GroupⅠ包含10个亚组,GroupⅡ包含...