为研究植物miR399家族成员构成、分子特征及其靶基因功能,利用生物信息学方法对植物miR399家族成员数量、系统进化、二级结构、启动子特征及靶基因功能进行分析。共获得244个成熟miR399成员,仅分布在被子植物中,不同物种中pre-miR399和miR399的数量分布差异较大;大多数pre-miR399仅剪切为单个成熟miR399,数量最多的pre-miR399长度为64 nt,93.85%的成熟miR399序列长度为21 nt;pre-miR399序列分析显示,3′端保守性高于5′端,且大部分成熟miR399序列来源于3′端,保守序列为UGCCAAAGGAGA*UUGCCC*G;进化分析显示,miR399序列一致性较高,但不同种属间聚类关系较复杂;植物pre-miR399主要分为3种类型:①产生1条成熟miR399,且位于pre-miR399的3′端;②产生2条成熟miR399,分别位于pre-miR399的3′端和5′端;③产生1条成熟miR399,且位于pre-miR399的5′端;pre-miR399启动子区含有大量激素和胁迫响应元件;水稻miR399家族靶基因本体分析显示,细胞组分分类中的细胞和细胞部分类别占比均为59.1%,分子功能分类中的催化活性和结合类型占比分别为40.9%和45.5%,miR399调控了多个磷响应和磷转运靶基因,这些基因主要参与了植物磷代谢、应激响应、基因表达调控等多项进程。研究表明,miR399在植物进化过程中高度保守,能够响应多种不同信号,其参与了植物的多种生命过程,尤其在植物磷饥饿胁迫和磷转运中发挥重要作用。

【目的】研究miR319靶基因的功能和相关生理作用机制。【方法】利用生物信息学的方法对miR319基因家族成员成熟序列进行分析及靶基因预测。【结果】miR319在不同植物中拷贝数差异较大,大部分miR319基因分散在不同染色体上,少部分分散在同一条染色体上;miR319序列在不同物种间具有高度的保守性,保守区位置分布差异较大。进化分析表明miR319基因家族的成员呈现4大分支,水稻osa-miR319a-3p和苹果mdm-miR319c有特殊的进化机制。靶基因预测表明miR319靶基因功能包括转录因子、翻译活化剂、还原酶、蛋白酶等。【结论】miR319靶基因在植物体内可能形成复杂的调控网络对植物生长发育和植物抗逆过程起着重要的调控作用,这为今后进一步研究miR319靶基因的功能和相关生理作用机制提供了重要的理论依据。

【目的】异形叶性是植物为适应环境在同一植株上产生多种形态成熟叶片的现象。胡杨是典型的木本异形叶植物,前人研究发现,胡杨异形叶片间展现出不同的生理特性及环境适应性。本研究拟通过对胡杨异形叶差异表达miRNA及其靶基因功能的分析,揭示胡杨叶片形态及其生理变化的分子调控机制。【方法】以成年胡杨披针形叶和锯齿卵圆形叶为实验材料,通过高通量测序对其miRNA的表达模式及差异表达miRNA的靶基因功能进行比较研究。【结果】共获得6个高质量的sRNA文库,各文库有效序列占原始序列的56%～81%。通过比对,共鉴定517个已知miRNA和127个新预测miRNA,主要长度分布区间为20～22 nt,其中的389个miRNA匹配至54个已知的miRNA家族。两种形态叶片共同检出的miRNA有369个,与披针形叶片相比,锯齿卵圆形叶中7个miRNA上调表达,15个下调表达。通过靶基因预测及功能分析,发现差异表达miRNA参与调控胡杨异形叶的抗逆相关途径,如对盐胁迫的响应,磷酸肌醇代谢,角质、软木脂和蜡的生物合成,碱基切除修复和RNA降解等代谢途径。利用实时荧光定量PCR验证了5个差异表达miRNA的表达趋势与高通量测序结果一致,通过PCR检测发现差异表达miRNA与其靶基因存在一定的负调控关系。【结论】胡杨异形叶中miRNA表达模式存在差异。其中,调控植物生长发育的保守的miR167、miR166及调控植物抗逆性的miR172在锯齿卵圆形叶中表达量上调,参与植物逆境响应的保守的miR169、miR396在锯齿卵圆形叶中下调表达,推测差异表达miRNA引起了异形叶间形态的差异,同时使锯齿卵圆形叶对不利环境具有较强的耐受性。这与我们前期有关胡杨异形叶形态与生理特性的研究结果相一致。

【目的】基于睡莲基因组鉴定睡莲bZIP(basic leucine zipper)家族成员,并对其进行分析,以揭示睡莲b ZIP家族的分子进化和功能。【方法】从Waterlily Pond数据库获取睡莲基因组序列,利用HMMER3.0程序识别睡莲的bZIP家族成员,并使用CDD程序进一步确认其含有的保守bZIP结构域,使用IQ-tree软件构建系统进化树。利用ExPASy和SOPMA在线网站进行蛋白质结构分析,通过MEME程序进行保守基序分析,使用MCScan和Circos软件对基因复制事件进行分析以及可视化展示。从NCBI下载睡莲转录组数据(SRA Study:SRP222853),用R软件对睡莲bZIP家族成员表达数据的Pearson相关系数(PCC)进行计算和可视化分析,使用Cytoscape软件对NcbZIP成员之间的表达数据关系进行分析。【结果】从睡莲基因组中共鉴定出46个bZIP家族成员,按成员在染色体上的分布命名为NcbZIP01—NcbZIP46。根据系统进化分析可以将睡莲bZIP家族成员分为A、B、C、D、E、G、H、I、J和S共10个亚家族,其中A亚家族所含成员最多(11个),相同亚家族成员具有相似的保守结构域和基因结构。理化性质分析表明,睡莲bZIP家族成员蛋白质长度介于101—1 898 aa,分子量大小介于12.04—214.64 kD。染色体定位分析发现,睡莲共有14条染色体,46个bZIP家族成员不均匀地分布在其中的10条染色体上,其中1号染色体上分布最多。睡莲bZIP基因家族发生10个复制事件,其中9个片段复制事件,1个串联复制事件,A亚家族所含基因复制事件最多(3次)。对NcbZIP成员在不同组织下的表达进行分析,根据表达情况分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ组,Ⅰ组成员在所有组织中均高度表达,Ⅱ组成员几乎在所有组织中均不表达,Ⅲ组成员在不同组织中表达水平各不相同,其中C、D和G亚家族的大部分成员集中在Ⅲ组。通过睡莲bZIP成员表达量的Pearson相关系数分析,发现NcbZIP45与所有NcbZIP成员之间的相关性最高。【结论】在睡莲基因组中鉴定出46个bZIP成员,分为10个亚家族,不均匀地分布在14条染色体上,结构进化保守,组织表达模式多样。

3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A合酶(HMGS)是甲羟戊酸(MVA)代谢途径中的关键酶,催化乙酰-Co A和乙酰乙酰-Co A缩合形成戊二酸单酰辅酶A(HMG-Co A)。研究基于蓖麻、麻疯树、木薯和橡胶树已释放的基因组和EST数据,对这4种大戟科植物的HMGS基因进行了系统鉴定,并在此基础上分析了其基因结构与进化关系。结果表明,蓖麻、麻疯树、木薯和橡胶树分别含有1、1、2和2个HMGS基因,所有基因均包含11个内含子。同源分析表明,HMGS广泛存在于各种古细菌、真细菌和真核生物中,显示出较早的起源。在大多基因组已测序的绿色植物中,HMGS主要以单拷贝的形式存在,其中包括团藻、拟南芥、蓖麻和...

【目的】获得飞蝗（Ｌｏｃｕｓｔａ ｍｉｇｒａｔｏｒｉａ）表皮蛋白ｏｂｓｔｒｕｃｔｏｒ（ｏｂｓｔ）家族基因的ｃ ＤＮａ序列，并研究其序列特征和ｍ ｒＮａ表达特性，探讨其生物学功能，为害虫防治提供新的分子靶标。【方法】采用生物信息学方法搜索飞蝗转录组数据库获得ｏｂｓｔ家族基因ｃ ＤＮａ片段，并进行ｂＬａｓｔ分析得到ｏｂｓｔ家族基因的ｃ ＤＮａ序列；采用ｒａｃＥ技术扩增该家族基因的３′ｃ ＤＮａ序列，拼接后获得全长；ｓｉｇＮａＬ Ｐ在线软件分析蛋白的信号肽，ｓｍａｒｔ网站预测其功能域，并使用ｍＥｇａ ５．１０软件中ＮＥｉｇｈｂｏｒ－ＪｏｉＮｉＮｇ方法，与黑腹果蝇（ＤｒｏｓｏＰｈｉＬａ ｍＥＬａＮｏｇ．．．

【目的】获得飞蝗(Locusta migratoria)表皮蛋白Obstructor(Obst)家族基因的c DNA序列,并研究其序列特征和m RNA表达特性,探讨其生物学功能,为害虫防治提供新的分子靶标。【方法】采用生物信息学方法搜索飞蝗转录组数据库获得Obst家族基因c DNA片段,并进行BLAST分析得到Obst家族基因的c DNA序列;采用RACE技术扩增该家族基因的3′c DNA序列,拼接后获得全长;Signal P在线软件分析蛋白的信号肽,SMART网站预测其功能域,并使用Mega 5.10软件中Neighbor-Joining方法,与黑腹果蝇(Drosophila melanog...

TALEN(Transcription activator-like effector nuclease)和CRISPR/Cas系统(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR.CRISPR-associated,Cas)是近年来发现的基因功能研究的新方法,且已经成功地在动物、植物及微生物等多个领域得到成功应用。它们可以对DNA双链进行切割,从而启动细胞内的DNA修复机制,以此来实现对靶位点的基因修饰。相较于传统方法,它们具有特异性高、操作简便及打靶效率高等特点。主要从结构、功能及作用机制等方面阐述这2种新基...

【目的】鉴定桑树中MaCWIN （Cell wall invertase， CWIN）和MaCIF （Cell wall invertase inhibitor， CIF）家族基因，为揭示桑树MaCWIN与MaCIF家族基因的功能及筛选优质种质资源奠定基础。【方法】以拟南芥（Arabidopsis thaliana L.）和杨树（Populus trichocarpa L.）的CWIN和CIF家族基因为参考，在MorusDB数据库中筛选桑树的MaCWIN和MaCIF家族基因，用PCR基因克隆技术对其进行克隆，并进行motif分析、多序列比对分析、系统发生分析、蛋白特征分析、亚细胞定位预测，通过RT-qPCR技术分析MaCWIN和MaCIF家族基因在不同组织和果实不同发育时期的表达谱，分析MaCWIN和MaCIF之间的相关性，通过病毒诱导的基因沉默技术在桑树体内敲低MaCWIN和MaCIF家族基因的表达量并观察表型。【结果】筛选出MaCWIN和MaCIF家族基因各5个，成功克隆出4个MaCWIN基因和3个MaCIF基因，MaCWIN家族基因CDS区域长度为1722～1989 bp；MaCIF家族基因CDS区域长度为537～582 bp；MaCWIN1、MaCWIN2、MaCWIN4、MaCWIN5为酸性转化酶，MaCIF1、MaCIF3和MaCIF4为酸性转化酶抑制子；MaCWIN1、MaCWIN2和MaCWIN4属于细胞壁转化酶，MaCWIN5是液泡转化酶。MaCWIN1在幼叶表达量最高，MaCWIN2表达量随果实成熟逐渐积累，其他基因均表现出组织特异性；病毒诱导的基因沉默试验结果显示，MaCWIN1和MaCIF1基因的敲低导致相应植株发育延迟。【结论】MaCWIN和MaCIF基因家族是桑树体内重要的功能基因，首次克隆了MaCWIN和MaCIF基因编码区，确定其分类，其中MaCWIN1和MaCIF1是影响桑树生长发育的关键基因。为了解MaCWIN和MaCIF家族基因在桑树中的功能及培育桑树新品种提供理论基础。

以拟南芥酰基载体蛋白为查询序列,检索18个植物物种的基因组数据库,获得138个酰基载体蛋白基因和12个基因片段。植物酰基载体蛋白由1个基因家族编码,成员2～16个。植物酰基载体蛋白磷酸泛酰巯基乙胺结合位点(Ser)周围的氨基酸序列高度保守,该位点包含在保守的DSL基序中。植物酰基载体蛋白基因结构类型分为5种,其中类型III酰基载体蛋白基因所占比例最大。绝大多数植物酰基载体蛋白基因家族成员单独或2～4个成员分布在一条染色体上。在138个植物酰基载体蛋白基因中,19个具有不同剪接体。植物酰基载体蛋白基因家族成员可能起源于一个共同的祖先基因。

脱落酸(ABA)是一种内源性激素,在调节植物的生长发育、非生物胁迫和生物胁迫反应方面发挥着重要作用。Pyrabactin resistance 1-like(PYR/PYL)蛋白在ABA信号传导途径中起核心调控作用。然而,在蒺藜苜蓿(Medicagotruncatula)中并没有关于这个家族的细节。本研究根据拟南芥(Arabidopsis thaliana)中的14个PYL基因,利用BLAST方法鉴定蒺藜苜蓿基因组中的PYL家族成员。结果表明,鉴定得到14个蒺藜苜蓿PYL基因家族成员,且所有成员均含有PYR-PYL-RCAR-like功能域。预测启动子中的顺式元件发现所有蒺藜苜蓿PYL基因家族成员均含有与胁迫以及激素相关的元件。基因本体论(GO)富集分析与KEGG通路分析显示其主要参与到脱落酸信号通路及对外界刺激的反应。基因表达模式分析显示,其在逆境胁迫下表现出特定的表达模式。本研究为进一步研究蒺藜苜蓿PYL基因奠定了基础。

LHCI是植物光系统I(PSI)中与色素分子结合的一系列膜蛋白,由Lhca基因家族编码,主要参与光能的捕获与传递。虽然Lhca基因家族已在拟南芥、水稻、杨树等模式植物中得到了系统鉴定,但在以高光效和高生物量著称的大戟科植物中,至今还未见Lhca类基因的报道。研究基于蓖麻、麻风树、木薯和橡胶树等4种大戟科植物已公布的基因组和EST数据对Lhca基因家族进行全面鉴定,并分析了其基因结构、生化特性及进化关系。结果表明,蓖麻、麻风树、木薯和橡胶树分别含有6、6、9和9个Lhca基因,分属于Lhca1、Lhca2、Lhca3、Lhca4、Lhca5和Lhca6等6个亚家族,每个亚家族含有1~2个成员不等...

[目的]探讨Ca M和CML基因家族在兰科植物不同组织和与菌根真菌建立共生关系过程中的潜在功能。[方法]依据已发表的拟南芥Ca M和CML基因家族蛋白序列,利用生物信息学方法对小兰屿蝴蝶兰和铁皮石斛全基因组进行搜索,通过多种生物软件或在线工具对Ca M和CML基因家族蛋白序列进行筛选及确定、蛋白结构分析、系统进化分析及结构域预测;利用转录组数据绘制heatmap图,对小兰屿蝴蝶兰不同组织(花、叶、茎、根)及石斛种子与美胞胶膜菌共生条件下Ca M和CML基因家族的表达情况进行分析。[结果]在小兰屿蝴蝶兰和铁皮石斛全基因组中均预测到4个Ca M蛋白和54个CML蛋白;小兰屿蝴蝶兰Ca M及CML家族基因中39个基因没有内含子,19个基因具有内含子;铁皮石斛Ca M及CML基因家族中有41个基因没有内含子,17个基因具有内含子;系统进化分析将小兰屿蝴蝶兰和铁皮石斛Ca M和CML蛋白家族各分为10个亚家族;小兰屿蝴蝶兰中9个基因在叶中的表达相对于花、茎、根为上调表达,2个基因在叶中的表达相对于花、茎、根却为下调表达; 3个基因在花中的表达相对于叶、茎、根为上调表达; 3个基因在花和叶中的表达相对于茎和根为上调表达;铁皮石斛中4个基因在与美胞胶膜菌共生萌发文库中的表达相对于非共生文库为上调表达; 4个基因在共生萌发文库中的表达相对于非共生文库为下调表达。[结论]Ca M及CML家族基因在兰科植物不同组织具有重要作用,且参与铁皮石斛种子与美孢胶膜菌共生萌发的生物学调控过程。

为了探究圆齿野鸦椿Hsp20基因在强光、高温胁迫中的作用，利用生物信息学的方法对圆齿野鸦椿Hsp20基因家族进行全基因组鉴定，并从理化性质、系统进化、保守基序及基因结构、染色体定位及物种间共线性、顺式作用元件预测、蛋白网络互作和表达模式等方面进行分析.结果表明：圆齿野鸦椿含有32个Hsp20基因，分布在9条染色体中，分为5个大家族和12个亚家族，多数基因有1个内含子.EkHsp20家族的主要扩增方式为片段复制.圆齿野鸦椿含有多个非生物胁迫响应元件和激素类响应元件，如光响应元件、脱落酸响应元件等.表达量分析结果表明，圆齿野鸦椿Hsp20基因与Hsp101基因有蛋白网络互作关系.ER家族是一类提高植株的抗冷性的基因，圆齿野鸦椿基因组中缺失ER基因家族，这可能与其不耐寒相关.根据高温、持续强光导致叶片蜷缩的现象，结合EkHsp20-04、EkHsp20-20、EkHsp20-25在系统发育树中与拟南芥Hsp17.6b聚合在一起、与拟南芥Hsp101呈现蛋白互作关系，且均为CⅠ家族成员，推测EkHsp20-20、EkHsp20-04、EkHsp20-25可能是促使圆齿野鸦椿在高温条件下产生自我防御行为的主要基因.

[目的]本文旨在对前酪氨酸脱水酶(ADT)基因家族进行鉴定,分析其进化过程、基因结构、保守功能域、共线性关系和表达特性,并对梨ADT在石细胞形成过程中的功能进行初步验证。[方法]基于已公布的20个物种全基因组数据,采用BLASTp和Hmmer结合的方法进行成员鉴定,通过多种生物信息学手段分析序列。利用转录组数据和RT-qPCR检测梨ADT成员在果实发育中各个阶段的表达模式。利用农杆菌介导的瞬时转化法在梨幼果中过量表达PbADT1基因,通过间苯三酚染色观察幼果石细胞团分布,并测定木质素含量及其通路基因的表达量。[结果]在20个物种中共鉴定了113个ADT家族成员。通过系统进化树将家族成员分为4个亚组,6个水生藻类中都仅有1个ADT基因被鉴定,随后进化出的陆生植物中ADT基因家族均得到了不同程度的扩张。梨果实发育的转录组数据表明,多个ADT基因的高水平表达集中在花后35 d, RT-qPCR的结果证实了这一点。PbADT1的瞬时过量表达使梨幼果石细胞和木质素含量增加,并提高了木质素关键合成酶的表达水平。[结论]ADT基因在植物从水生向陆生进化的过程中得到了大量扩张,其蛋白水解酶生成的苯丙氨酸是合成木质素和形成维管束的底物基础。梨石细胞在幼果发育期大量形成,ADT在梨中的表达模式表明该基因家族可能调控果实石细胞的形成,PbADT1在梨果实中的瞬时过量表达使木质素含量升高、石细胞扩散加剧,表明ADT基因的过表达可能通过提高关键合成酶的表达水平对梨石细胞的形成产生影响。