苦荞蛋白磷酸酶2C家族的鉴定及表达分析

为了研究苦荞蛋白磷酸酶2C(PP2C)家族的成员和分类,及后续探究其在苦荞生长发育中的功能,本文利用生物信息学方法对苦荞PP2C家族进行鉴定、分类,并对其基因结构、保守基序、分子进化等进行分析.结果表明,苦荞PP2C家族有81个成员,划分为A-K的11个亚族,并且在同亚族中序列特征相似,而不同亚族间序列特征有一定差异;苦荞PP2C家族有14次基因重复事件.此外,qRT-PCR分析结果表明其A亚族基因在苦荞根、茎、叶、花、果中均有表达,除FtPP2C44外的8个基因在苦荞花、果中表达量较高;在苦荞幼苗中,除FtPP2C08外的8个基因均受ABA诱导表达量上调.上述结果揭示了苦荞PP2C家族的成员组成、序列特征、扩增和其A亚族基因的组织表达模式及受ABA诱导表达情况.     

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...     

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.     

茶树NAC转录因子家族的鉴定及生物信息学分析

利用生物信息学手段对茶树NAC转录因子家族的成员、系统发育、编码蛋白的理化性质和结构以及创伤胁迫处理后的表达进行分析.研究结果显示,茶树NAC转录因子家族包含49个成员,与拟南芥的106个NAC成员构建系统发育进化树,结果显示,茶树缺乏拟南芥NAC家族17个亚族中的第10和第14两个亚族.理化性质和结构分析显示茶树NAC蛋白质绝大多数是亲水氨基酸,二级结构以无规则卷曲为主,三级结构大部分相似.保守基序分析表明,茶树NAC成员共包含7个保守基序,其中基序3、4、2和5、1分别代表NAC结构域的A、B、C和D亚结构域,而基序7表示的是亚结构域E.第15,16和17亚族的大部分成员都缺失了第2和第4两个保守基序,而第15亚族成员具有一个特异的保守基序6.在机械创伤处理条件下表达模式分析表明,第11亚族的CsNAC33和CsNAC34两个成员虽然具有不一样的蛋白结构域组成,但在应对创伤处理时呈现相对一致的表达模式,而16亚族的CsNAC47和CsNAC48两个成员具有一致的蛋白结构域组成,但其表达模式出现分化.上述结果为后续进行茶树NAC基因家族功能的研究提供了理论依据.     

菠菜AMT基因家族鉴定与表达分析

铵态氮转运蛋白（AMT）负责铵态氮的吸收与转运,对植物的生长和发育起重要的调节作用.对菠菜SoAMT基因家族进行了基因组鉴定、生物信息学分析、组织表达谱及氮素响应表达谱分析,结果表明：菠菜基因组中共存在6个AMT的基因,包括5个AMT1成员和1个AMT2成员,主要分布在1,4,5,6条染色体上,编码区长度为1 443~15 06 bp;6个SoAMT蛋白均包含AMT基因家族特有的保守结构域及保守基序,含有9~11个跨膜结构域;SoAMT启动子含有较多茉莉酸、厌氧胁迫响应元件.SoAMT基因在根、叶、柄中均有表达,大部分SoAMT1亚家族成员受缺氮、硝态氮或铵态氮诱导表达,而SoAMT2基因表达量受铵态氮抑制.两类亚家族成员不同的氮响应模式,可能与其在氮素响应中的不同作用有关.     

苦荞CCT基因家族生物信息学及表达分析

CCT转录因子在调控植物花期、生长发育及抗非生物胁迫等方面发挥着重要的功能。本研究以拟南芥AtCCT基因家族为参考序列,利用本地BLAST并结合保守结构域等生物信息学工具,筛选出苦荞FtCCT基因家族成员,并对其理化性质、染色体分布、基因结构、系统进化及表达水平进行分析。结果显示:从苦荞中共鉴定出35个FtCCT基因,含1-8个内含子;编码蛋白有117-753个氨基酸残基,等电点为4.96-9.51,均为亲水性蛋白。染色体定位分析表明,这些基因在8条染色体上均有分布。苦荞FtCCT基因家族含有10个保守基序和5个保守结构域,且都含有CCT保守结构域。系统进化分析表明,苦荞的FtCCT基因家族与拟南芥一样可分为3个亚家族,其中CMF亚家族的成员最多。35个FtCCT基因在苦荞根、茎、叶和花中的表达水平具有差异性,在叶和花中具有高表达量的成员较多,只有少数的成员在根和茎中高表达。本研究为进一步解析CCT基因调控苦荞花期及生长发育奠定基础。     

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.     

水稻全基因组磷脂酶家族蛋白筛选及其生物信息学分析

利用已鉴定磷脂酶基因同源筛选的方法对水稻全基因组范围的磷脂酶基因进行鉴定与筛选,有助于研究其家族基因的各种功能.通过对水稻全基因组进行分析,筛选鉴定磷脂酶家族成员,并对编码蛋白的跨膜区、等电点、分子量等理化性质以及进化、基因组定位、表达特征进行生物信息分析.结果表明：水稻磷脂酶家族基因分为3个亚组,亚组内基因表现出明显相似的结构及进化特征,且磷脂酶家族基因编码蛋白具有相同的3个保守基序,染色体上的磷脂酶家族基因表现出了明显的不均衡性,磷脂酶家族大部分基因表达量偏低,部分表现出了组织表达偏好性,少部分基因在水稻各个组织或生育阶段表达量比较高,可能同水稻发育相关.     

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.     

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15.6～60.8kD,等电点介于4.65～10.88,除CsSTR3、4、9、10、11和13,其他CsSTR都为亲水性蛋白.物种进化分析结果表明,CsSTR3、4、10、11、12、13、14与蛇根木、萝芙木、长春花和喜树中的STR位于同一进化分支;但进化关系较近的CsSTR基因间,其内含子数目和长度、蛋白保守基序的数量和类型不同.表达分析结果显示,CsSTR基因表达受低温、干旱、盐胁迫以及茉莉酸甲酯调控,大部分CsSTR基因在顶芽、成熟叶和根中具有较高的表达量.启动子分析结果表明,CsSTR基因启动子区含有许多与生长发育和逆境反应相关的元件.ERF、MYB、Zinc Finger、bZIP家族转录因子是与CsSTR基因启动子结合较多的蛋白.     

水稻DUF642家族基因的鉴定及在非生物逆境中的表达分析

DUF(domain of unknown function)家族,是指含有未知功能域的蛋白质家族,在植物生命活动中发挥着重要的调控作用. DUF642是其中一个高度保守的植物特异性的未知细胞壁相关蛋白家族,参与调控植物的生长发育以及逆境响应.在水稻全基因组内对DUF642家族成员进行了鉴定,并对其染色体定位、进化关系、基因结构、蛋白结构和启动子顺式作用元件等进行了系统的分析.结果显示,水稻DUF642基因家族有6个成员,分布在1号、3号、4号、7号染色体上.系统发育进化树分析可将6个水稻DUF642蛋白分为3个亚组,基因结构和蛋白结构保守基序分析都表明水稻DUF642家族成员在进化上具有较高的保守性.启动子顺式作用元件预测以及非生物逆境诱导表达模式分析表明,OsDUF642家族基因在水稻响应非生物逆境胁迫中具有重要作用.以上结果加深了对植物DUF642基因家族的认识,并为进一步阐明OsDUF642基因家族成员在水稻抵御非生物逆境中的生物学功能提供了参考依据.     

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.     

哺乳动物Gpx 基因家族进化选择和功能分歧研究 (动物科学)

研究哺乳动物谷胱甘肽过氧化物酶基因家族(Gpx)的亲缘关系和进化选择压力性质。从NCBI等网站获取哺乳动物Gpx基因编码区核酸序列和GPX蛋白氨基酸序列,并用MEGA、Clustal构建亲缘关系树,用SignalP和TargetP分析信号肽和亚细胞定位信息;用K estimator和PAML分析其Gpx基因家族进化先后顺序和选择压力;用Diverge分析GPX蛋白家族功能分歧。结果表明,GPX蛋白家族进化中形成两个亚类,其一包括GPX1和GPX2,其二包括GPX3、GPX5和GPX6;各GPX蛋白成员均有高度保守的GPX蛋白家族基序和高度保守的硒代半胱氨酸或半胱氨酸残基,氨基端信号肽分析显示,GPX1蛋白为胞浆线粒体型,其余家族成员均为胞外分泌型;哺乳动物Gpx1基因进化上受到严格的负选择作用,Gpx基因家族成员保守区也受到负选择作用,但用枝位点模型却检出了正选择作用,GPX蛋白家族内存在轻微的功能分歧。哺乳动物GPX蛋白家族的进化上的负选择作用表明其在哺乳动物清除自由基抗氧化方面的关键作用。     

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.     

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。     

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。     

硫酯蛋白家族保守区域分析

硫酯蛋白家族(thioester-containing proteins,TEPs)广泛分布于动物界,在动物非特异性免疫反应中发挥了重要的作用,然而其家族成员多,分子进化关系复杂.本研究从基因数据库中挑取已收录TEPs家族各成员的氨基酸全序列,包括α2-巨球蛋白、补体3、补体4、murinoglobulins、卵巨球蛋白、妊娠区带蛋白,α-1-抑制因子等.多重序列比对分析TEPs家族各成员间功能位点和保守区域的变化,构建系统进化树分析TEPs家族分子进化.TEPs家族除保守的GC*EQ**硫酯键区域及两侧的脯氨酸残基,还有7个完全保守的氨基酸残基及G*****Q*T,FPETW,QTD,KPTVK等保守区域.上述分析结果可为深入研究TEPs家族分子进化及动物非特异性免疫进化提供参考.     

意大利蜜蜂幼虫细胞色素P450单氧酶CYP9q1在吡虫啉胁迫下的表达分析

【目的】通过生物信息学方法鉴定一种意大利蜜蜂（Apis mellifera）细胞色素P450单氧酶（CYP450）即AmCYP9q1，分析吡虫啉暴露后不同时间点蜜蜂幼虫体内该蛋白编码基因的表达模式，探讨在吡虫啉胁迫下该蛋白的解毒作用。【方法】利用生物信息学程序，分析AmCYP9q1的氨基酸序列特征、结构域、高级结构以及蛋白互作网络，预测该蛋白的生物学功能；构建系统进化树，分析AmCYP9q1在昆虫CYP450家族中的分类和进化关系；通过RT-qPCR测定幼虫经吡虫啉口服暴露后24，72 h时AmCYP9q1基因的表达情况。【结果】AmCYP9q1由510个氨基酸残基组成，相对分子质量为58.8 kDa，等电点为8.91。AmCYP9q1为亲水性蛋白，不具有信号肽和跨膜结构域。多重序列比对和系统进化分析结果表明，AmCYP9q1为CYP450家族中CYP3 Clan成员，具有典型的CYP450家族共有的保守结构域特征。RT-qPCR分析表明，与对照组相比，吡虫啉口服暴露组的AmCYP9q1基因均呈统计学意义上的上调表达（p<0.05），并且暴露后72 h时的相对表达量显著高于暴露后24 h。【结论】AmCYP9q1属于CYP450家族中的CYP3 Clan，可能在意大利蜜蜂幼虫对吡虫啉的代谢解毒过程扮演了重要的角色。     

黑斑蛙Dmrt4基因的克隆测序

Dmrt基因家族是新近发现的一个与性别决定相关的基因家族.该家族成员都含有一个新的具有DNA结合能力的保守基序--DM结构域,它们在性别决定和分化发育的调控中担负重要的功能.本文采用简并PCR技术,扩增并克隆了黑斑蛙基因组中的DM结构域,经序列分析,获得了Dmrt家族的一个成员rnDmrt4.通过对不同进化地位的物种进行Dmrt4基因的氨基酸序列聚类,发现了Dmrt4基因在系统进化中具有高度保守性,提示该基因在性别分化和功能维持上可能具有重要作用.     

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。