全基因组关联分析在大豆遗传学上的研究进展

全基因组关联分析(GWAS)是挖掘作物重要性状遗传信息的主要手段。随着测序技术的快速发展,开发单核苷酸多态性(SNP)标记的成本大幅降低,以连锁不平衡(LD)为遗传基础的GWAS技术已被广泛用于研究作物的农艺、品质和抗性等复杂性状。近年来GWAS技术已成功运用到对大豆重要性状的遗传解析上,并取得了一系列的研究进展。在简要介绍GWAS技术的原理和实施方法的基础上,总结分析了近年来其在大豆重要农艺性状、品质性状和逆境抗性性状上的遗传学研究进展及应用前景。     

榛子SBP基因家族鉴定及其系统进化和表达分析

SBP蛋白是植物所特有的一类转录因子,并广泛存在于植物中.研究发现,该基因家族成员参与响应包括植物生长、发育和抗逆等生物学过程,其功能研究具有重要意义.榛子是一种主要以果实为产品的重要经济林木,且该物种SBP基因家族的研究也未见报道.本研究以生物信息学手段为基础,结合转录组数据,从中筛选得到10个榛子SBP-like基因(SPL基因),并对其编码蛋白理化性质、保守区域和模体进行预测和分析,进而对基因家族进化关系和花发育不同时期表达水平进行了分析.结果表明:榛子的10个SPL基因可以分为5个大组群;均含有该基因家族所特有的C3H和C2CH结构域以及一个核定位信号;同时,基于花发育不同时期的转录组数据分析,部分成员在不同时期表达水平存在显著差异,预示该基因可能与花果发育有关.该研究将有助于榛子SPL基因参与其花果发育分子调控机制的深入研究.     

陆地棉GhACS基因家族鉴定及表达分析

1-氨基环丙烷-1-羧酸合酶(1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase,ACS,EC 4.4.1.14)是乙烯生物合成过程的限速酶,对乙烯在高等植物体内的代谢调控具有至关重要的作用.本文通过系统发育分析和序列比对研究,鉴定出陆地棉基因组共编码22个GhACS基因,其编码蛋白含有7个与功能密切相关的保守基序,C末端具有多个潜在的Ser磷酸化位点;GhACS基因组织表达分析显示每个GhACS在棉花不同组织不同发育阶段表现出不同的基因表达谱,这些结果为进一步探究陆地棉GhACS基因家族的功能提供了有力的依据和参考.     

茶树ANR基因家族的全基因组鉴定与分析

花青素还原酶(anthocyanidin reductase, ANR)是原花青素生物合成途径中的关键酶之一,同时,ANR通过调节植物不同组织中花青素的积累影响植物对光的吸收程度和叶面温度,提高茶树的防御力和对环境的适应性。利用生物信息学分析方法,从‘舒茶早’基因组数据中鉴定出茶树ANR基因家族成员,并分析ANR家族成员的基因结构、蛋白理化性质、保守基序及顺势作用元件。结果表明,CsANR家族有21个成员,分为7类,含有多个保守基序,编码287～627个氨基酸,其中,有15个蛋白为亲水性蛋白,6个为疏水性蛋白。对CsANR家族基因的顺势作用元件分析表明CsANR家族含有光响应、防御和胁迫响应、植物激素响应(茉莉酸甲酯、生长素、脱落酸及赤霉素)和低温响应元件,说明该基因家族可能在参与植物生长发育及应对胁迫中发挥作用,本研究结果可为茶树ANR基因功能研究提供依据。     

布氏轮藻肌动蛋白基因家族的全基因组鉴定及表达分析

为了解肌动蛋白actin在轮藻植物生长发育中的潜在功能,本研究利用生物信息学方法对布氏轮藻肌动蛋白基因家族进行了鉴定及表达分析.在布氏轮藻中共鉴定出16个肌动蛋白基因,将其重命名为CbACT1～CbACT16,其氨基酸长度为361～1182 AA,相对分子质量为39 886.71～117 256.72 Da,等电点介于4.68～8.93;亚细胞定位预测显示15个肌动蛋白基因位于细胞质中,1个位于叶绿体中;二级结构结果表明肌动蛋白基因主要以无规则卷曲和α螺旋为主;共线性分析中仅发现一对源自片段重复的旁系同源基因;系统发育结果表明轮藻肌动蛋白基因可以分为两个亚家族,结合基因结构及保守基序分析,同一亚家族倾向于具有相似的外显子分布,较多的共有基序;基于启动子顺势作用元件分析表明,16个肌动蛋白基因参与了许多与生物和非生物胁迫、激素调节和光反应有关的生命活动.组织表达分析显示,16个基因在四种不同组织中存在差异性表达,表明它们在不同组织的生长发育过程中具有不同的功能.因此,轮藻肌动蛋白基因家族可能参与了轮藻植物不同组织的发育过程及响应生物和非生物胁迫等的过程.     

竹叶花椒TPS基因家族全基因组分析

为了探究香料植物TPS基因家族的潜在功能,本研究以香料植物竹叶花椒(Zanthoxylum armatum DC.)为材料,利用生物信息学方法对其萜类合成酶基因家族的理化性质、基因重复类型、亚细胞定位、进化关系、染色体定位与共线性、基因结构和基因表达进行了系统地分析.我们在竹叶花椒全基因组中共鉴定到53个TPS基因家族成员,它们编码蛋白氨基酸长度为173～859 aa,分子量为20.21～98.44 kDa,等电点范围在4.87～9.10,主要定位于细胞质和叶绿体当中.进化分析显示,ZaTPSs可以划分为6个亚家族,TPS-a和TPS-b亚家族的成员最多.其中48个成员都包含TPS家族的保守基序motif1.染色体定位与共线性分析显示,53个成员在11条染色体上不均匀分布,存在4处串联重复,共线性分析证明竹叶花椒与其同科物种甜橙[Citrus sinensis(L.) Osbeck]的TPS基因有更近的基因进化关系.基因表达差异分析显示,ZaTPSs有一定的组织表达特异性,在幼花中表达量最高,其次是果皮.这些研究结果表明TPS基因家族在竹叶花椒果皮挥发油的合成和防御等方面发挥了重要作用...     

茶树异胡豆苷合成酶基因的全基因组鉴定和表达分析

基于隐马可夫模型检索和序列比对,从茶树基因组鉴定出17个异胡豆苷合成酶(Strictosidine synthase,STR)基因(CsSTR1～17).理化分析表明,CsSTR蛋白长度在147～552个氨基酸之间,分子量介于15.6～60.8 kD,等电点介于4.65～10.88,除CsSTR3、4、9、10、11和...     

10种昆虫过氧化氢酶基因的全基因组鉴定与特征预测

【目的】在全基因组水平上鉴定10种具有代表性昆虫的过氧化氢酶(CAT)基因,并对鉴定所得CAT基因的基本特征和系统发育关系分别进行预测和分析。【方法】在NCBI数据库中下载CAT氨基酸序列作为询问序列,通过本地Blast方法在10种昆虫全基因组水平搜索和鉴定CAT基因并命名。通过生物信息学方法预测10种昆虫CAT家族基因的特征、氨基酸同源序列一致率、保守结构域等。通过MEGA-X软件用最大似然法推断10种昆虫的CAT基因的系统发育。【结果】共鉴定得到23个CAT基因,内华达古白蚁(Zootermopsis nevadensis)、东亚飞蝗(Locusta migratoria)、人虱(Pediculus humanus)、苜蓿蓟马(Frankliniella occidentalis)、茶翅蝽(Halyomorpha halys)、赤拟谷盗(Tribolium castaneum)、黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)、冈比亚按蚊(Anopheles gambiae)、家蚕(Bombyx mori)和意大利蜜蜂(Apis mellifera)基因组上分别有3,1,1,1,4,3,2,1,6和1个CAT基因,均具有全长的转录组序列,编码406～553个氨基酸,氨基酸分子量为46.0～63.7kDa,等电点为5.21～9.19。鉴定得到的CAT基因共有122个外显子,99个内含子,且外显子与内含子分布模式在物种间差异较大而种内的CAT基因结构相似。有7个CAT基因编码有信号肽,信号肽包含17～22个氨基酸残基。所有CAT基因编码的氨基酸序列的N端具有1个由17个氨基酸组成的CAT近端活性区域,而C端由9个氨基酸组成的CAT血红素配体区域所组成;其中家蚕的BmCat2基因中单独含有1个细菌胞外溶质结合区域。10种昆虫的CAT1基因具有1∶1的直系同源关系,家蚕出现特异性扩增独立形成支系,与CAT1支系互为姐妹群。【结论】研究结果提供了10个代表性昆虫CAT基因的基础信息,为进一步开展该基因的功能研究奠定了基础。     

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.     

杨树GABA支路3个基因家族的鉴定和表达分析

【目的】 γ-氨基丁酸(GABA)与植物的生长发育有着密切的联系。结合前期对GABA抑制杨树不定根发育的研究,对GABA支路基因家族的特征和表达模式进行研究,为进一步解释其在不定根发育中的作用奠定基础。【方法】从银白杨(Populus alba)×P. glandulosa ‘84K’(‘84K’杨)基因组中鉴定出GABA支路的PopGAD、PopGABA-T和PopSSADH 3个基因家族成员,并利用生物信息学方法分析其特征,以及与其他物种相关基因家族的亲缘关系;利用qRT-PCR研究外源GABA及其降解抑制剂vigabatrin(VGB)对各基因表达的影响。【结果】①PopGAD、PopGABA-T和PopSSADH 3个基因家族成员数量依次为6、2和2个,启动子序列中主要包含与光、激素和环境等响应相关元件。②系统进化分析表明,PopGAD家族中PopGAD6与家族其他成员亲缘关系较远;PopGABA-T和PopSSADH家族中的两个基因成员亲缘关系较近。③基因表达分析表明,不定根生长过程中GABA支路基因总体上在根中表达量高于茎和叶。外源GABA或VGB处理对PopGAD和PopGABA-T两个基因家族成员在根、茎和叶中的表达量影响程度不同,但对 PopSSADH基因家族的表达则无明显影响。【结论】 GABA支路3个基因家族在‘84K’杨树响应光、激素和环境胁迫等方面具有重要作用。外源GABA和VGB处理对PopGAD和PopGABA-T家族成员的影响较大,并且均在根中表达量最高,表明这两个基因家族在不定根生长过程中发挥着重要调控功能。这为深入解析GABA在树木不定根发生中的作用机制奠定了基础。     

茶树GELP基因家族的鉴定与表达分析

从拟南芥数据库中获得GELP基因家族注册号,运用生物信息学分析的方法,在茶树数据库中得到了GELP基因家族成员86个,这些基因可分为9个亚族.其编码蛋白的氨基酸数为171～753,理论等电点为4.35～9.48,蛋白质分子量为18.59419～84.55054 kDa.基因结构分析表明,有3条基因只有2个外显子,其余基...     

水稻bHLH基因家族成员表达模式分析

为了研究碱性-螺旋-环-螺旋（basic-helix-loop-helix，bHLH）转录因子的生物学功能，通过对开源数据库TIGR中水稻基因序列的预测，我们找到了水稻中的部分bHLH转录因子家族成员．用反转录-聚合酶链式反应（RT-PCR）的方法在水稻根、茎、叶、花和种子中，对这些成员的表达模式进行分析，然后与已有的拟南芥的表达信息进行比较．结果显示，部分序列相似度较高的bHLH基因，表达模式也较为相似，说明其在功能上可能存在联系．     

棉花RAV基因家族鉴定及其对石墨烯处理的表达响应

为了探究石墨烯对棉花作物生长发育的影响,我们将棉花种子随机分为空白组和实验组,利用不同浓度石墨烯溶液处理棉花幼苗根系.通过评价棉花植株和根系的生长发育指标,筛选出最佳石墨烯溶液处理浓度.与空白组相比,实验组25 mg/L的石墨烯溶液处理后的棉花植株生长发育状况最好.利用qRT-PCR技术分别检测空白组和25 mg/L实...     

亚太地区大豆质量标准对比分析

大豆是世界各国主要种植的粮食作物之一,因富含脂肪和蛋白质使其成为重要的粮食贸易品种。2018年全球大豆产量已达到3.66亿t,其中美国、巴西、阿根廷3个经济体的大豆产量共占全球总产量80%左右。为推动亚太地区各经济体粮食标准互联互通,促进亚太地区粮食贸易便利化和一体化,对包括中国、美国、澳大利亚、加拿大、日本、韩国、墨西哥、菲律宾、泰国、中国台北等10个亚太经合组织经济体及巴西、阿根廷等2个大豆主产国,共12个经济体的大豆标准进行了系统分析;找出标准适用范围、产品分类、等级划分和等级参数有关质量指标等方面的相同和差异之处,对促进亚太地区大豆标准互联互通提出了建议,可为从事粮食标准化、品质检验、大豆进出口贸易的粮食工作者提供参考。     

斜纹夜蛾几丁质酶家族基因鉴定与时空表达分析

昆虫GH18家族几丁质酶属于多基因家族,在昆虫的蜕皮与变态过程中发挥着至关重要的作用,它催化表皮几丁质的降解.斜纹夜蛾是一种重要的农业害虫,危害290多种植物,但对其几丁质酶未深入研究.本文通过斜纹夜蛾转录组学分析,发现了12种潜在的几丁质酶,分属于8类.对这些几丁质酶在斜纹夜蛾变态发育时在表皮、中肠以及脂肪体的时空表达分析结果表明,SlCht5, SlCht9和SlCht2的表达水平在幼虫转化为蛹时上调表达,说明这些几丁质酶可能参与了斜纹夜蛾变态时期的脱皮作用;而其他几丁质酶的表达具有组织特性,说明它们可能有着不同的功能,如SlCht6仅在中肠和脂肪体中表达,SlCht11,SlCht12 和 SlCht16主要在中肠和表皮表达,SlIDGF2仅在表皮有表达,SlIDGF3和SlCht9在三大组织均有表达.本研究对斜纹夜蛾几丁质酶家族基因的鉴定和时空表达作了初步的分析,为研究它们在斜纹夜蛾发育中的功能与调控打下基础.     

甘薯耐旱和耐盐基因的挖掘和表达分析

甘薯是世界第7大粮食作物,具有产量高、营养丰富、耐干旱和盐碱等优点.通过转录组学方法,基于国内3个甘薯品种的综合转录组数据库中进行耐旱和耐盐相关转录本序列的挖掘,共获得238个转录本,随机选取9条具有全长编码序列的转录本进行PCR扩增、克隆和测序后,测定序列与组装序列相似度均高于98%,表明转录本序列是可靠的.分析这些转录本在不同甘薯品种间的表达水平时发现,耐旱基因在京薯6号中表达量普遍较高,而在徐薯18中则普遍偏低,而耐盐相关基因的差异表达模式却与之相反.利用数字基因表达谱数据进一步分析耐旱和耐盐基因在徐薯18的6个组织或生长发育阶段中的差异和特异表达,结果显示:耐旱和耐盐基因在成熟叶和膨大期块根中相对于其他组织具有高表达且差异显著.采用荧光定量PCR方法验证结果表明,耐旱和耐盐基因在徐薯18不同组织器官或发育阶段表达情况与数字基因表达谱分析结果基本一致.     

植物基因的化学诱导表达系统研究进展

激活基因表达或使基因表达失活的化学诱导系统在确定基因功能及植物生物技术中有许多潜在的应用。基因表达的精确调控是化学诱导系统的重要方面。综述了植物基因的化学诱导表达系统的种类以及最新应用,并对其发展趋势进行了展望。     

基于定制因子的产品族规划方法

提出定制因子概念来表达产品族模型中与客户的定制需求紧密相关的可变产品属性.基于定制因子的产品族规划过程如下1以客户需求的工程指标分析为基础,划分客户群;2根据产品(或单元)属性与客户定制需求相关程度(即定制指标)的高低识别候选定制因子;3改变候选定制因子的值,使产品的性能分别满足不同客户群的工程需求向量,同时通过对候选定制因子变化的控制考虑整个产品族的模块化和标准化;4根据候选定制因子在约束和目标满足过程中的表现,确定产品族的定制因子及其变化范围,确定产品族的核心公共参数及其最优值.对二甲醚发动机的实例研究表明,所提出的产品族规划方法是可行的.     

钢结构损伤识别中Db族小波函数选择

在基于小波分析的结构损伤识别研究中，小波函数的选择是首先要考虑的问题．选取了部分Db（Daubechies Ⅰ）族小波函数，采用小波概率神经网络方法，对一个4层钢框架进行损伤识别研究，探讨了选择不同Db族小波函数对损伤识别结果的影响．研究发现，正则性好、消失矩大等特性的小波函数其损伤识别效果最好．