[目的]本研究有助于了解EXP基因家族的基本特征,为深入研究其功能搭建平台。[方法]本研究对从巨桉(Eucalyptus grandis Hill)中筛选出35个EXP基因家族成员(Egr EXP1 Egr EXP35),利用生物信息学方法对其基因特征与表达模式进行综合分析。[结果]巨桉EXP基因分布在8条染色体之上,EXP蛋白均定位在细胞质膜上发挥作用,大多数的家族成员具有信号肽。巨桉EXP编码的蛋白质由α-螺旋、延伸链、无规卷曲、β-转角组成。进化分析结果表明,巨桉EXP蛋白与毛果杨(Populus trichocarpa) EXP蛋白的进化关系接近。35个巨桉EXP基因在巨桉未成熟木质部、成熟叶片、韧皮部、茎尖、木质部以及幼叶组织中表达模式存在显著差异。[结论]EXP基因家族各成员的表达模式不同,Egr EXP17、Egr EXP18可能在巨桉木材形成过程中起重要作用。

【目的】从全基因组水平上鉴定巨桉生长调节因子(growth-regulating factor,GRF)基因家族成员,分析其在不同氮素水平下的组织表达模式,为巨桉GRF基因功能研究及氮高效利用桉树品种的培育奠定基础。【方法】在NCBI网站中选择巨桉基因组,用拟南芥和毛果杨的GRF蛋白序列与巨桉基因组数据库进行BLAST蛋白序列同源比对,并通过InterPro和SMART数据库进行保守结构域分析,获得巨桉GRF基因。利用在线网站Ex-pasy protparam、SignalP-5.0、WoLF PSORT和SOPMA,对巨桉GRF蛋白进行基本理化性质分析、信号肽预测、亚细胞定位及二级结构预测。利用MEGA7.0软件构建系统进化树,使用MEME在线平台分析EgrGRF蛋白的保守结构域和基序,用Plant CARE预测基因上游的顺式作用元件,并使用TBtools软件将结果可视化。以2年生巨桉苗为供试材料,浇灌氮素浓度分别为45(高氮)、15(常规氮)和1.5(低氮)mmol/L的营养液,4 d后取样,采用实时荧光定量PCR技术检测EgrGRF基因在3种氮素水平下的叶片、茎和根中的表达情况。【结果】鉴定得到6个巨桉GRF基因家族成员(EgrGRF1～EgrGRF6),分布于4条染色体上;6个EgrGRF蛋白的氨基酸数目为296～605个,分子质量为33 415.86～64 630.89 u,理论等电点为7.29～8.85,脂溶指数为39.93～64.79,均为亲水性蛋白;无规则卷曲和α-螺旋为主要二级结构元件,均定位于细胞核上,未检测到信号肽存在。系统进化树分析表明,巨桉、毛果杨和拟南芥的GRF家族成员可分为4组,各组中EgrGRF蛋白数量分别为0,3,1和2个,多数EgrGRF成员与毛果杨亲缘关系较近。基因结构及蛋白基序分析结果显示,巨桉GRF基因家族成员具有2～4个内含子;6个EgrGRF蛋白均具有CX9CX10CX2H和QX3LX2Q保守基序。顺式作用元件分析表明,EgrGRF基因启动子区含有茉莉酸甲酯、脱落酸、分生组织表达及低温等响应元件。实时荧光定量PCR结果显示,EgrGRF2和EgrGRF6基因在低氮处理的巨桉叶片中优势表达,EgrGRF2、EgrGRF3、EgrGRF5和EgrGRF6基因在低氮处理根中的表达量较高氮和常规氮处理显著升高,EgrGRF4基因在常规氮处理茎中的表达量最高。【结论】鉴定获得6个巨桉GRF基因家族成员,其中EgrGRF4基因可能参与茎生长发育的调控,EgrGRF2、EgrGRF3、EgrGRF5和EgrGRF6基因可能参与了巨桉对低氮胁迫的响应。

【目的】系统地鉴定和分析水稻DBB基因家族，为水稻DBB基因家族的功能研究奠定基础。【方法】基于水稻的全基因组数据，利用生物信息学方法综合分析水稻DBB基因家族的染色体位置、蛋白质的理化性质、进化关系、保守基序、顺式调控元件和表达模式。【结果】从水稻中共鉴定出13个DBB基因，命名为OsDBB1～OsDBB13，这些OsDBB基因在12条水稻染色体中的7条上分布不均。系统发育分析发现，水稻DBB基因家族可分为4个亚族：Group 1～ Group 4，并且同一亚族中DBB基因的内含子和外显子具有相似的数量和排列。水稻的13个OsDBB基因包含10个保守基序，其中Motif 1是这些基因共有的保守基序，推测其与保守结构域相关。OsDBB基因的启动子序列含有与生长发育、激素、应激反应以及光响应有关的调控元件。不同的OsDBB基因在不同组织中表达各不相同，具有一定的特异性。【结论】水稻OsDBB基因在植物生长发育和响应非生物胁迫具有重要作用。

以苦荞基因组数据库为基础,利用比对程序,经鉴定和筛选,共获得72个苦荞NAC家族基因的序列,对其进行生物信息学分析。基因结构分析表明,除FtPinG0002967400.01.T01基因外,苦荞NAC家族其余71个基因均含有内含子。蛋白质理化性质预测分析表明,72条蛋白序列具有NAC结构域。72个NAC基因共有7个保守基序,在苦荞8条染色体上均有分布。有33个NAC基因在种子发育过程中差异表达。系统进化分析表明,苦荞NAC蛋白序列与拟南芥的可以分为9个亚家族。

【目的】深入研究黄瓜Cucumis sativus水通道蛋白(aquaporin, AQP)基因家族(CsAQP)的相关功能。【方法】通过全基因组分析技术鉴定其家族成员，对其蛋白质理化性质、系统进化关系、选择压力、基因结构、保守基序、顺式作用元件、蛋白质互作进行分析。【结果】黄瓜基因组共有33个AQP基因，含有2～5个数量不等的外显子，在染色体上不均匀分布；根据物种进化关系将黄瓜AQP基因家族划分为5个亚家族；基因组重复序列分析表明：5号和6号染色体上各有2～3对基因串联重复；计算这些基因的同义替换(synonymous, K_s)和非同义替换(nonSynonymous, K_a)的比率，结果显示均小于1，表明其进化受纯化选择作用；顺式作用调控元件分析发现，大部分基因启动子区所含元件与激素调节、光响应、胁迫密切相关。【结论】通过黄瓜全基因组扫描，获得黄瓜基因组的33个AQP家族成员，分属于5个亚族，映射于7条染色体上。上游启动子区含逆境相关作用元件，且部分基因参与串联复制，历经纯化选择。图6表4参26

丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联反应在植物生长发育以及生物和非生物胁迫反应中发挥着重要作用。为探明甘薯基因组中MAPK基因结构特征,利用生物信息学方法筛选鉴定出了18个二倍体甘薯(Ipomoea trifida) MAPK基因家族成员,并分析其基因位置、基因结构、所编码的蛋白质理化性质、保守基序、系统进化和蛋白质互作关系。结果表明:甘薯18个MAPK基因不均匀分布在9条染色体上,所编码的氨基酸数量为365～629,均为亲水蛋白,并且大部分属于酸性蛋白和不稳定蛋白。亚细胞定位预测结果表明,仅有ItfMAPK7、ItfMAPK9和ItfMAPK15三个蛋白位于细胞质中,其余均位于细胞核内。系统进化分析将18个基因分成4个亚组,相同组内成员具有相似的基因结构、外显子数量及motif数量,但亚组之间存在明显的差异,并且发现甘薯的MAPK基因家族成员与拟南芥的亲缘关系最近。进一步分析各个亚组所包含基因的外显子和内含子结构,发现不同的亚组之间ItfMAPK基因的结构存在显著的差异,但亚组之间却十分相似。蛋白质互作分析发现甘薯MAPK基因家族成员既存在组内的两两互作关系,也存在亚组之间的互作关系。ItfMAPKs在7个不同组织中和4种不同非生物胁迫下的表达模式分为两类,大部分MAPK基因家族成员在不同组织中和不同胁迫下的表达量很高,而ItfMAPK6、ItfMAPK10和ItfMAPK12这3个成员的表达量极低。研究结果可为深入探寻甘薯MAPK基因的功能提供参考。

SBP基因家族是植物所特有的一类重要转录因子,含79个氨基酸残基保守结构域,主要参与植物生长发育、生理生化过程。为进一步探讨小麦SBP基因家族的基因功能,通过比对小麦最新基因组数据,结合公布的Chinese Spring的基因组数据,采用生物信息学方法对其基因结构、染色体分布、蛋白保守结构域、系统进化树及表达谱进行分析。结果获得了50个SBP基因,命名为TaSBPs,根据染色体编号排列为TaSBP1～TaSBP50。结果表明,50个小麦TaSBP基因分布于除4B、4D染色体外的其余19条染色体上,编码192～1 104个氨基酸,基因外显子数量2～11个变化不等;串联重复和片段复制是小麦SBP家族基因扩张的主要模式; 7种作物SBP基因的系统进化树可分为4个类别,同一类之间的结构较为相似;小麦50个TaSBP基因家族含有10个motif,推测小麦TaSBP基因家族应都含有motif1、motif2、motif4。50个TaSBP基因都在13个组织器官中检测到转录本,不同组织器官中TaSBP基因的表达存在明显的差异。

利用现有的水稻生物信息资源,共鉴定出了53个水稻dirigent(OsDIR)基因,它们分布在8条水稻染色体上;基因结构分析显示,有32个OsDIR基因不含内含子,占总数的60.4%;保守功能区域预测表明,OsDIR基因至少含有1个保守的DIR功能域;模块预测显示,水稻DIR蛋白拥有至少10个大小不同的保守模块,且不同模块在基因家族成员中出现的频率有较大的差异;蛋白序列比对表明,该基因家族蛋白保守序列均位于DIR功能域内;蛋白功能预测表明,大多数OsDIR蛋白为稳定的疏水性蛋白,表达于大多数细胞器中,且在细胞壁中表达最为丰富;同源基因分子遗传进化分析表明,OsDIR基因可分为5个亚类,功能域片...

[目的]对苦荞GIS基因家族进行系统分析,为该基因家族的进一步功能研究奠定了基础。[方法]本研究利用苦荞全基因组数据,运用BLAST对比,结合SMART和Pfam分析,对苦荞GIS基因家族进行分析。[结果]从苦荞全基因组数据中,共挖掘得到了10个GIS家族基因FtZFP1～FtZFP10;编码氨基酸数目为115～270个,等电点为5.77～9.22,整体表现为疏水性不稳定蛋白;二级结构元件以无规则卷曲为主。10个FtZFP均含有一个保守的C2H2锌指结构,多位于肽链的N端,在数量和分布上均具有一致性;除FtZFP1和FtZFP4外,均含有植物特有的QALGGH结构。在盐胁迫下,FtZFP8表现为上调表达;在铝胁迫,FtZFP7表现为上调表达。[结论]本研究通过苦荞全基因组数据分析,挖掘得到10个GIS基因家族成员,系统分析了其染色体定位和基因结构、蛋白保守区域和系统进化,以及逆境下表达情况,为进一步揭示苦荞C2H2锌指蛋白基因在表皮毛发育调控中功能以及苦荞高海拔耐逆性奠定了理论基础。

【目的】为了完善杉木NAC基因家族的生信机制以及探索基因潜在功能,促进杉木基因改良育种与提高生产效率。【方法】本研究从搜集到的杉木转录组测序数据库中筛选鉴定得到杉木NAC基因,并对其进行生物信息学分析,具体包括蛋白的理化性质、结构域预测、基因进化树分析和cln-miR164靶基因的预测分析等。【结果】杉木NAC转录因子家族含有45个成员,将其命名为Cl-NAC1～Cl-NAC45,预测所得CDS序列长度在156～3 033 bp之间,由51～1 010个氨基酸残基构成,结构域分析得出Cl-NACs蛋白除了长度不足的序列,所有的NAC蛋白都具有A、B、C、D、E 5个亚结构域,并且位置一致。保守域预测可得不同亚家族7个保守结构域的位置和长度有所不同。大部分Cl-NACs基因与挪威云杉NAC基因序列相似度明显大于拟南芥。通过进化树分析,不同Cl-NACs蛋白分布在10个亚家族中ATAF亚家族中的Cl-NAC45可能与逆境胁迫相关,NAM亚家族中的Cl-NAC1、Cl-NAC33、Cl-NAC34和Cl-NAC35基因都有可能具有调节杉木生长发育的作用;此外通过psRNATarget预测Cl-NAC33和Cl-NAC35为cln-miR164的靶基因,可能受其调控,参与非生物胁迫响应途径。【结论】杉木NAC基因鉴定获得45个,共可分为10个亚家族,不同的亚家族具有不同的理化性质、蛋白质结构、进化模式。对不同亚家族的基因功能进行初步推测,上述7个基因可能为杉木生长发育中的关键基因,需进一步研究验证其功能,为后续研究Cl-NACs基因对杉木生长发育、抗逆性功能奠定了基础。

利用NCBI网站、Phytozome数据库和有关生物信息学软件,对大豆基因组CLC(chloride channel)同源基因家族进行系统的预测分析和比较。结果表明:大豆CLC同源基因有8~9个拷贝,分别分布于第1、5、9、11、13、16和19号染色体上,内含子数目为4~23;编码的大豆CLC蛋白氨基酸数量为725~823,整体一致性为63.43%,相对分子质量为(80~91)×103,理论等电点为6.45~8.94,带正或负电荷氨基酸残基比例为7%~10%,均为跨膜蛋白(含9~12个跨膜区),除Glyma16g06190外均含有2个CBS结构域;具有(Ⅰ)GS/PGIPE、(Ⅱ)GKE/A...

利用Blastp比对程序对甜荞基因组数据库进行搜寻,共鉴定到23个甜荞HSF基因。基因结构分析显示,所有HSF基因都含有内含子,且大部分基因只含有1个内含子。蛋白序列多序列比对分析表明,23个HSF蛋白均含有氨基酸序列高度保守的DNA结合域(DNA–binding domain,DBD)和不保守的寡聚化结构域(oligomerization domain,OD)。蛋白保守基序分析表明,23个HSF蛋白共包含10个保守基序,基序长度为11~62个氨基酸,其中基序1、2和3代表DBD区。亚细胞定位分析表明,除Fe HSF13、Fe HSF14和Fe HSF18同时定位于细胞核和细胞质上,其余20个Fe HSF蛋白均定位于细胞核上。磷酸化位点分析表明,所有HSF蛋白均含有潜在的丝氨酸(Ser)和苏氨酸(Thr)磷酸化位点,部分HSF蛋白还含有酪氨酸(Tyr)磷酸化位点。系统发育分析表明,23个HSF基因可以分为A、B和C 3类,进一步细分为A1、A3、A4、A5、A6、A7、A9、B3、B4和C共10个亚类。

为更好地了解蔗糖转化酶在棉花基因组中的数量和分布情况等,本研究利用拟南芥中17个蔗糖转化酶家族的基因为参考序列,在海岛棉、陆地棉、雷蒙德氏棉和亚洲棉基因组数据库中鉴定到的蔗糖转化酶基因家族成员分别为65、46、26和25个,结果表明,海岛棉所含有的蔗糖转化酶基因明显多于陆地棉,而雷蒙德氏棉比亚洲棉仅多了1个。通过基因结构分析发现,酸性蔗糖转化酶和中性/碱性蔗糖转化酶α亚族大都包含6或7个外显子,而β亚族大多含有4或5个外显子。此外,部分海岛棉与雷蒙德氏棉在基因结构上存在着较长的UTR区,而陆地棉与亚洲棉可能没有;酸性蔗糖转化酶家族基因所编码的氨基酸序列大都包含3个保守基序,分别为DNPNG、FRDP和WECPD,表明不同种属中同一基因家族的进化保守性;由聚类分析推测,VIN亚族基因功能可能与棉花纤维发育相关。

【目的】为了对毛果杨CBF基因家族进行系统分析,利用毛果杨基因组数据库,通过生物信息学的方法,鉴定毛果杨CBF基因家族的染色体定位、编码蛋白和磷酸化位点预测。【方法】通过序列比对进行进化和分类分析。【结果】毛果杨含有6个CBF基因,均不含内显子,分布于毛果杨的5条染色体上。【结论】MEME保守基序分析显示,杨树CBF蛋白均含有2个保守的基序,他们共同构成AP2结构域。磷酸化位点预测分析表明毛果杨CBF蛋白均含有大量的磷酸化位点。以上结果将为今后揭示毛果杨CBF蛋白的功能提供重要的线索。

扩展蛋白是植物细胞壁的重要组成部分,广泛存在于植物基因组中,具有疏松细胞壁组分、增加细胞壁柔韧性的作用,在植物的生长发育及抗性等多个方面起着重要的作用。全基因组序列分析显示,杨树中的扩展蛋白基因家族包含36个成员,分属于EXPA、EXPB、EXLB和EXLA 4个亚家族。系统生物信息学分析表明,杨树扩展蛋白基因具有保守的序列特征和稳定的蛋白结构,包括9种不同的内含子起源模式以及6个高频密码子。基因表达分析显示,该家族基因在杨树木材形成相关的组织/器官中表达丰度较高,对林木生殖发育也起着重要的作用。研究结果展示了杨树扩展蛋白基因家族的基本信息和特点,为深入研究杨树扩展蛋白基因的功能搭建平台。