藜麦CqKEA基因家族的鉴定及表达

运用生物信息学的方法对CqKEA基因家族进行系统分析,结果表明,CqKEA基因家族包含10个成员,通过系统发育分析将其分为三组,同组基因具有相似的基因结构、蛋白motif和功能;部分基因的表达存在显著的组织特异性,并且干旱、高温和盐胁迫也会对部分基因的表达产生影响。对CqKEA基因家族的分析为藜麦耐逆机理研究和分子育种奠定了基础。     

藜麦异戊烯基转移酶基因(CqIPT)家族的全基因组鉴定与分析

基于藜麦全基因组和转录组数据，利用生物信息学的方法对藜麦IPT(CqIPT)基因家族进行了鉴定和系统分析。结果表明，在藜麦基因组中鉴定到12个可分为4个亚组的CqIPT基因，同亚组CqIPT基因具有相似的基因结构和蛋白Motif结构；CqIPT基因家族所有成员的表达模式存在明显差异，CqIPT9仅在顶端分生组织和花序中显著表达，CqIPT5和CqIPT11在花和未成熟的种子及干种子中显著表达；非生物胁迫下的基因表达同样存在多种模式。本研究为深入研究藜麦CqIPT基因的功能提供了一定的理论基础。     

藜麦内参基因筛选及盐胁迫相关基因表达分析

为了利用实时荧光定量PCR(quantitative Real-Time PCR,qRT-PCR)分析藜麦(Chenopodium quinoa Willd)相关基因表达,提高结果的准确性,筛选出稳定表达的内参基因至关重要.我们分别利用geNorm、NormFinder和Bestkeeper程序分析了6个藜麦候选内参基因在NaCl胁迫下表达的稳定性,并用实时荧光定量PCR技术对藜麦盐胁迫相关基因P5CS1和CMO基因相对表达量进行分析.结果表明,藜麦在NaCl胁迫下ACT-1和TUB-6做为内参基因表达最稳定,为最佳内参基因;藜麦P5CS1基因表达水平上调6倍左右,CMO基因上调30～40倍.本研究为NaCl胁迫下藜麦基因表达分析提供了可靠的内参基因,并且对NaCl胁迫下P5CS1和CMO基因表达情况做出初步分析.     

藜麦4,5-多巴双氧化酶基因(CqDODA)家族的全基因组鉴定与分析

基于藜麦高质量基因组数据，鉴定了18个CqDODA基因家族成员，并对其进行了系统分析。结果表明：大多数CqDODA蛋白理化性质差异较小；根据CqDODA基因的亲缘关系可分为三支，分支1中的8个CqDODA基因在甜菜素合成中具有重要的作用；分支1的CqDODA基因结构差异较小，并且蛋白高度保守；CqDODA基因在逆境胁迫或者激素处理下可能存在响应。本研究结果可为深入研究CqDODA基因在藜麦甜菜素合成中的作用提供理论依据。     

藜麦黄素单加氧酶基因(CqYUCCA)家族的全基因组鉴定与分析

利用生物信息学的方法从藜麦基因组中鉴定得到25个CqYUCCA基因，并对其蛋白信息、进化关系及表达模式进行了系统的分析。结果表明：25个CqYUCCA基因不均匀地分布在藜麦12条染色体上，基因家族亲缘关系显示其编码的蛋白被分成四个亚组，每组的基因结构及蛋白基序的位置、数量均具有较高的相似性。根据已发表转录组数据分析，部分CqYUCCA基因受到干旱、高温以及盐胁迫的诱导。这些结果为进一步研究CqYUCCAs蛋白的生物学功能奠定了基础。     

藜麦热激蛋白60(CqHSP60)基因家族生物信息学和表达模式分析

为了探究藜麦HSP60基因(CqHSP60)的结构特征、基因功能和表达模式,基于藜麦全基因组和转录组数据,利用生物信息学方法对CqHSP60基因家族进行鉴定和系统分析。依据亚细胞结构定位分为了三个亚组,每个亚组具有相似的Motif和基因结构;通过RNA-Seq数据对CqHSP60基因在不同发育阶段进行了表达分析,并对在热、干旱、盐胁迫等不同处理条件下CqHSP60基因的胁迫响应进行了分析,结果表明CqHSP60基因在花簇和干种子中表达量较高,并对不同的胁迫模式均有响应;在CqHSP60基因的启动子区发现了多个与胁迫相关的顺式调控元件,这表明这些基因在多重胁迫下受到应激响应。     

欧洲山杨bHLH转录因子家族全基因组分析

为了研究欧洲山杨中bHLH转录因子家族成员的分类和进化,分析其在干旱胁迫应激中可能行使的功能,本研究利用多种生物信息学手段从全基因组水平鉴定和解析欧洲山杨bHLH转录因子,并对干旱胁迫下的欧洲山杨根部转录组进行分析.结果显示,欧洲山杨的基因组中有167个bHLH转录因子家族蛋白.通过与拟南芥bHLH蛋白序列进行系统发育分析将其分为15个亚家族,并推测出39个PtbHLH的功能,这些功能表明bHLH转录因子家族涉及到欧洲山杨生长发育的多个生理过程.基因结构和motif分析显示,同一亚家族中几乎所有的PtbHLH都有相似的外显子/内含子排布和蛋白质motif结构.此外,利用RNA-seq数据分析干旱胁迫处理下PtbHLH基因的表达情况,筛选出4个潜在的bHLH抗旱蛋白.     

甘薯、番茄和拟南芥中丝氨酸羟甲基转移酶基因家族功能研究

丝氨酸羟甲基转移酶(serine hydroxymethyltransferase, SHMT)普遍存在于植物中,在高等植物的一碳代谢和光呼吸过程中起着重要作用,然而该家族在甘薯中的功能尚不清楚。文章通过同源比对获取甘薯、番茄、拟南芥中21个SHMT基因家族的信息,通过系统进化树分析,发现21个SHMT蛋白形成4个分支;利用蛋白motif分析、蛋白结构域分析、基因外显子内含子结构分析、蛋白的二级结构和三级结构预测、蛋白质理化性质分析、核定位序列(nuclear localization sequence, NLS)、亚细胞定位分析预测,发现蛋白高级结构和基因结构在同一分支内更为保守,即同源性越高的蛋白,其结构、性质更为接近。通过对番茄中SHMT基因进行表达量分析,发现SHMT基因可能在番茄种子发育、开花、果实成熟方面发挥作用。另外,通过对拟南芥SHMT(AtSHMT)家族在胁迫条件下的表达水平进行分析,推断多个AtSHMT基因对胁迫尤其是盐胁迫、冷胁迫、热胁迫产生应答,表明SHMT基因家族在胁迫应答中起到调控作用。综上,文章将甘薯、番茄、拟南芥中SHMT基因家族的生物信息学分析及基因表...     

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.     

利用大麦寡核苷酸芯片进行小麦苗期叶片热胁迫基因表达谱分析

植物感受热胁迫时基因表达发生变化，而这些差异表达的基因对植物耐热性起着至关重要的作用.为揭示小麦热胁迫响应的分子机理，以38℃热胁迫的小麦幼苗为处理组(HS)，同期未经处理的小麦幼苗为对照组(CK)，分别提取叶片RNA与Affymetrix Barley1基因芯片杂交.杂交结果显示，在总共22840个探针中，对照组(CK)和热胁迫组(HS)共检测到8486个阳性探针，占总探针数的37.15%.利用半定量RT-PCR技术对11个差异表达基因的表达模式进行验证，发现10个基因与芯片的表达类型完全一致. 利用Gene Ontology的GO information对差异表达的基因进行了分类，表明差异表达的基因涉及逆境胁迫、信号转导、物质运输、光合作用、蛋白代谢、脂肪代谢、碳水化合物代谢等多个方面.其中有大量热激蛋白和分子伴侣相关基因上调表达.上调表达的热激蛋白包含热激蛋白各个家族，且上调表达的平均倍数明显高于其他基因的上调倍数.另外泛素—蛋白酶体通路中的多个关键酶的基因也发生了差异表达，预示着负责蛋白质选择性降解的泛素—蛋白酶体通路也参与了植物对热胁迫的应答机制.     

SAP蛋白与植物的抗逆性

植物在非生物逆境胁迫下会产生多种诱导蛋白以适应胁迫环境,其中SAP蛋白(Stress Associated Protein) 因其抗非生物胁迫的能力逐渐受到广泛关注.该文介绍SAP家族基因和蛋白的特性、分类以及SAP基因的表达调控、转基因研究的进展,并对该蛋白的应用前景进行了展望.     

白桦BpGRAS 1基因的克隆及耐盐功能分析

[目的]GRAS转录因子是植物特有的转录因子家族之一,在植物响应盐、干旱等非生物胁迫中发挥重要的调控作用.从白桦(Betula platyphylla)中克隆GRAS转录因子基因,研究其耐盐功能,为研究木本植物GRAS转录因子的抗逆机制奠定理论基础.[方法]在白桦转录组数据库中获得一个GRAS转录因子基因,命名为BpG...     

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.     

AtOSAK1在植物氧化胁迫响应中的功能研究

植物类蛋白激酶ABC1家族(Activity of bc1 complex)在植物生长发育及响应非生物胁迫中扮演着重要的作用.该课题组克隆并研究了ABC1家族中一个的基因At OSAK1.半定量RT-PCR检测及启动子驱动GUS报告基因分析的结果显示,At OSAK1基因的表达无组织特异性,且受甲基紫精(MV)的诱导表达.At OSAK1-GFP亚细胞定位显示,At OSAK1蛋白定位在叶绿体中.不同浓度MV处理条件下,过表达At OSAK1植株的种子萌发率和存活率比野生型(Col-0)和突变体osak1高.这些研究表明,At OSAK1基因参与了抗氧化胁迫的响应.     

胁迫相关蛋白(SAP)与植物的抗逆性

植物在非生物逆境胁迫下会产生多种诱导蛋白以适应胁迫环境,其中SAP蛋白(Stress Associated Protein)因其抗非生物胁迫的能力受到广泛关注.该文介绍SAP家族基因和蛋白的特性、分类以及SAP基因的表达调控、转基因研究的进展,结合课题组对高粱SAP的研究,对该蛋白的应用前景进行了展望.     

干旱对藜麦种子萌发及萌发期营养成分的影响

以华青二号藜麦种子为试验材料,采用水培的方式,利用聚乙二醇-6000(PEG-6000)模拟干旱条件,探讨在不同PEG-6000胁迫浓度（0%、5%、10%和15%）和胁迫时间（24 h、48 h、72 h）对藜麦种子萌发率及萌发期蛋白质、氨基酸和葡萄糖含量的影响,以期为藜麦的种植及研究利用提供一定的理论依据.结果表明：种子的萌发率及萌发期蛋白质、氨基酸和葡萄糖含量均随胁迫时间的延长而增加,在72 h时达最高值;种子的萌发率、蛋白质含量在胁迫浓度为5%时最高,分别为96.67%和21.67 mg/g;氨基酸和葡萄糖含量在10%胁迫浓度下达最大值,分别为1.60 mg/g和9.09 mg/g.可见,一定的干旱胁迫可以促进藜麦种子的萌发及萌发期蛋白质、氨基酸和葡萄糖含量的增加.     

菠菜SoSWEET蛋白家族基因鉴定与表达分析

以现有菠菜基因组信息为基础,通过生物信息学方法筛选鉴定16个菠菜SoSWEET蛋白家族成员,命名为SoSWEET1~SoSWEET16.氨基酸残基数量在648~1 140之间,分子质量在54 070.32~95 868.64 u之间,理论等电点（pI）在5.06~5.19之间.亚细胞定位预测有6个SoSWEET蛋白定位于细胞膜,5个SoSWEET蛋白定位于内质网,5个SoSWEET蛋白定位于细胞膜、内质网.系统进化分析将菠菜SoSWEET蛋白家族分成4个亚族,在此基础上对基因结构、保守基序、顺式作用调控元件等进行分析.共鉴定了10个高度保守基序,其中所有菠菜SoSWEET蛋白都包含基序1,2和4,是构成菠菜SoSWEET蛋白中最高度保守的部分.所有菠菜SoSWEET蛋白家族成员都含MtN3_slv和PQ-loop superfamily结构域.大多数SoSWEET蛋白家族的基因含有5个内含子.顺式作用元件预测结果表明,菠菜SoSWEET基因启动子上包含光响应、生长发育、植物激素响应和逆境胁迫响应等顺式作用元件.组织表达分析表明,所有SoSWEET基因在根、茎、叶和叶柄中都有表达,霜霉病胁迫处理后16个基因表现出不同响应变化.本研究为后续深入研究菠菜SoSWEET蛋白家族成员的功能提供了重要参考.     

杨树LEA基因家族全基因组鉴定及表达分析

从杨树基因组中鉴定LEA蛋白家族成员,并分析基因在杨树各组织以及在种子形成、吸涨及萌发过程中的表达情况.从NCBI下载拟南芥、水稻以及大豆等植物的LEA蛋白家族成员,通过blastP程序从杨树基因组中鉴定出候选基因,并采用pfam程序进行进一步筛选获得杨树LEA蛋白基因,最后通过芯片以及EST数据分析基因的表达量.通过对杨树LEA蛋白基因家族在全基因组水平上的搜索,确定了杨树LEA蛋白家族8个亚家族,共87个成员,发现在花中有16个基因高量表达,且其中8个基因具有很高的组织特异性.在吸涨种子中,PtLEA1.1和PtLEA3.1有高量的表达,LEAⅣ,LEAⅤ,LEAⅥ及SMP亚家族成员都具有特异的表达.12个基因在萌发种子中有高量的表达,其中4个基因特异表达,5个基因在种子萌发过程中可能受到光照的影响.此外,3个基因在成熟叶片中出现了下调表达,8个基因在根中具有高量表达,3个基因的高量表达在木质部中被发现.杨树LEA蛋白不同亚家族成员可能参与了植物种子的生长发育、种子的萌发及对胁迫的响应等多种生理功能.     

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。     

干旱胁迫下中国沙棘HB15基因的时空表达模式

中国沙棘是西北高寒干旱区的抗旱型植物,HB类转录因子是参与植物干旱胁迫的重要基因。为发掘沙棘抗旱相关基因,文中以转录组测序获得的HD-Zip家族的中国沙棘转录因子HB15基因为研究对象,采用qRT-PCR技术研究中国沙棘HB15基因在干旱胁迫下的时空表达模式。结果表明:随着干旱胁迫程度增强,HB15基因的表达量在干旱胁迫的中国沙棘的根、茎、叶3个部位均呈现先增加后降低的趋势,并于复水后急剧降低,且3个部位均为上调表达,但表达情况又有所差异。研究结果说明中国沙棘HB15基因受干旱胁迫的诱导表达。