【目的】SRO(similar to rcd one)是植物所特有的一类小蛋白家族,其在植物的生长发育,及应对非生物胁迫中发挥着重要功能。基于玉米全基因组数据库,鉴定玉米SRO家族基因,分析其序列、基因定位、蛋白结构及其系统进化关系,同时解析Zm SROs在玉米组织表达特异性及其在高盐和干旱胁迫下的表达变化,为阐明SRO基因在玉米生长和逆境响应中的功能研究奠定基础。【方法】利用拟南芥SRO家族基因为探针,在玉米全基因组查找并下载玉米SRO基因序列,并从Maize GDB中获取玉米SRO基因相关信息,包括CDS、氨基酸序列及染色体位置等。通过生物信息学工具(GSDS2.0、Expasy-protparam、SOPMA、Plant-m PLoc、EMBL-EBI、MEME)对获得序列的基因结构、蛋白质分子量、等电点、二级结构、亚细胞定位、保守结构域、保守基序原件等进行预测和分析。同时利用Clustalx(1.83)和MEGA 6.0软件进行同源序列比对并构建系统进化树。运用实时荧光定量PCR技术分析玉米SRO组织表达特异性及其在高盐和干旱胁迫下SRO的表达变化情况。【结果】从玉米全基因组共鉴定6个SRO家族基因,分别命名为Zm SRO1a—Zm SRO1f。Zm SROs分布于第1、4、5和9染色体,包含2—5个内含子。序列分析发现CDS序列长度在1 215—1 791 bp;编码氨基酸数目为404—596 aa;分子量为45.23—66.78 k D;等电点为7.01—9.17。亚细胞定位分析发现Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c/Zm SRO1d定位于叶绿体,Zm SRO1e则定位于过氧化氢酶体,Zm SRO1f定位于细胞核。系统进化树分析发现Zm SROs分为3个亚类,Ⅰa亚类包括Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c,Ⅰb亚类包括Zm SRO1f,Ⅰc亚类包括Zm SRO1d/Zm SRO1e。保守结构域分析结果显示Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c/Zm SRO1d/Zm SRO1e包含PARP和RST结构域,缺少WWE结构域,Zm SRO1f包含WWE和PARP催化中心,RST结构域缺失。Zm SROs蛋白共找到5个保守基序,命名为基序1—5。Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c包含所有保守基序,Zm SRO1d/Zm SRO1e缺少保守基序3,Zm SRO1f缺少保守基序5。组织表达分析发现Zm SROs在根系特异性表达。高盐胁迫下,玉米根系中Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c/Zm SRO1d/Zm SRO1e在1 h时显著上调表达,地上部中Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1d/Zm SRO1e均下调表达,而Zm SRO1f在处理6 h显著上调表达。干旱胁迫下,玉米根系Zm SRO1e在1 h显著上调表达,Zm SRO1f在24 h显著上调表达;地上部中Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1d/Zm SRO1e均下调表达。【结论】玉米SRO家族基因包含6个成员,被划分为3个亚类,6个Zm SROs在玉米根系中特异性表达,且可以不同程度地响应干旱和高盐胁迫。

NRL(NPH3/RPT2-Like)是植物所特有的一类光响应蛋白，在向光素信号途径中发挥重要作用。利用生物信息学手段结合qRT-PCR技术，在玉米基因组水平对该家族基因进行鉴定并对其编码蛋白的性质、结构、进化、生育期组织表达和逆境表达进行分析。结果鉴定了31个ZmNRL基因，不均匀地分布于玉米9条染色体上，编码的氨基酸序列长度在464～749个，预测具有叶绿体、细胞核和细胞质等亚细胞定位。依据蛋白保守性将ZmNRL家族划分为四大类，基因结构也具有一定的保守性，多数基因含有4个外显子。基因启动子存在大量脱落酸、茉莉酸、光响应和抗氧化等顺式元件分析，其中G-box和Sp1等两类光相关元件数量较多。ZmNRL家族基因在生育期组织部位表达具有一定的时空特异性，总体表达量不高，仅有ZmNRL2、ZmNRL4、ZmNRL24和ZmNRL29相对高表达。通过生育期组织表达数据共表达及其模块GO富集分析发现，6个ZmNRL基因可通过叶绿体等生物发生及组装生物过程，参与对叶片生长发育的调控。qRT-PCR结果表明，高温处理玉米幼苗ZmNRL12上调表达显著，干旱、盐和病原物接种处理ZmNRL5、ZmNRL7和ZmNRL19基因下调表达。综上，在玉米基因组鉴定出31个ZmNRL基因，该家族基因不仅具有明显的组织表达特异性，而且可参与玉米幼苗对生物和非生物逆境应答。

【目的】U-box基因家族广泛存在于植物基因组中，能够编码泛素蛋白酶体系中特异性识别底物的泛素E3连接酶，调控蛋白的修饰和降解，对玉米的生长发育及逆境胁迫应答调控中起着重要作用，因此鉴定玉米U-box基因家族成员及进行基因功能研究具有重要意义。【方法】通过玉米全基因组数据库，利用一系列生物信息学工具对玉米U-box基因家族成员进行鉴定和功能分析。【结果】玉米U-box基因家族共鉴定筛选出76个成员，在玉米全基因组1～10号染色体上均有分布，氨基酸数目大小为94～1353 aa，蛋白等电点数值差距较大，从4.86到8.29不等。基因结构分析结果显示各成员间含有内含子数目不等，其中玉米U-box家族76个成员中共有28个基因无内含子，仅含有1个外显子，占玉米U-box基因总数的36.8%，表明这些基因进化可能源于转座子机制。系统进化分析结果显示水稻、拟南芥、玉米U-box基因分布在亚家族Ⅰ～Ⅸ中，其中亚家族Ⅳ中不含水稻、拟南芥U-box成员，仅含有2个玉米基因ZmPUB41和ZmPUB53，暗示了玉米在历史进化过程中在发生了多次家族基因扩增的同时也经过片段快速变异过程。启动子功能预测分析发现玉米U-box基因在玉米光合作用、植物激素应答以及逆境胁迫等方面发挥相应作用。基因组织表达分析显示玉米U-box基因表达特异性明显，主要在种子的组成型器官中表达，暗示了目标基因可能参与了种子的形成或萌发过程。部分基因如ZmPUB12、ZmPUB18、ZmPUB30、ZmPUB40、ZmPUB75仅在花粉中检测出有表达量，说明其可能参与了玉米花粉粒的形成或受精过程。【结论】玉米U-box基因在玉米的光合作用、生长发育以及逆境胁迫应答等生理活动中发挥了重要作用，为后续对玉米U-box基因功能、蛋白代谢和信号转导等重要调控网络研究提供了理论基础。

【目的】蔗糖合成酶(SUS)是植物进行蔗糖代谢的关键酶之一,控制着植物体内糖分的合成和运输,在植物的生长发育和代谢活动中具有重要作用。【方法】本研究利用玉米基因组数据库平台,以生物信息学手段对玉米SUS基因家族进行成员鉴定和分析。【结果】①玉米SUS家族共有5个成员,它们分别分布在第1.4.9号染色体上。氨基酸大小为802～849 aa,除ZmSUS5为弱碱性以外,其余均表现为弱酸性。②基因二级结构分析显示,该家族蛋白主要结构为a-螺旋,大部分为不稳定蛋白,且具有弱疏水性。③亚细胞定位预测结果显示,ZmSUS蛋白均定位在叶绿体。④进化分析显示ZmSUS可分为3个亚家族(SUSⅠ～SUSⅢ),且位于同一组的成员其氨基酸序列一致性以及内含子/外显子分布模式相似度都很高。⑤基因启动子分析分析显示ZmSUS家族蛋白在玉米的生长发育以及逆境胁迫方面都起着重要的作用。⑥组织表达特异性分析发现,ZmSUS1和ZmSUS2在胚和胚乳中大量表达;ZmSUS5在所有被检测的组织中表达量很低;ZmSUS3及ZmSUS4在被检测的组织中均有较高的表达量。【结论】这些结果表明ZmSUS1和ZmSUS2可能参与了种子的发育过程,ZmSUS3、ZmSUS4可能参与玉米生长发育的多个阶段。本研究为后续对玉米SUS家族基因的功能研究以及对蔗糖代谢调控的应用提供了理论参考。

12-氧-植物二烯酸还原酶(OPR)为黄素单核苷酸(FMN)依赖的氧化还原酶，是合成茉莉酸的关键酶，其对植物生长发育及防御调控具有重要作用。为研究OPR基因在玉米中的抗病作用，利用生物信息学方法，在31个玉米不同自交系中对OPR家族成员进行鉴定，并分析受玉米大斑病菌侵染后的表达规律。结果表明，在玉米B73品系中鉴定出了8个OPR基因，这些基因不均匀地分布于7条染色体上，且其表达蛋白富含酸性氨基酸。进一步分析发现，玉米OPR家族只有1种结构域Oxidored＿FMN,并且所有成员均包含已鉴定的10个蛋白质保守基序。利用MEGA软件对玉米、小麦、水稻和拟南芥的OPR家族成员进行系统发育关系分析，发现这些植物OPR基因家族进化关系具有明显差异，其中玉米和水稻的进化关系最为接近。运用OrthoFinder软件对其同源组分析发现，玉米OPR基因家族具有高度保守性，所有OPR基因均为核心基因，但其功能略有差别。进一步利用河北省植物生理与分子病理学重点实验室前期的RNA-seq数据，对玉米B73品系OPR基因响应大斑病菌侵染的表达模式进行分析，并通过qRT-PCR对基因表达模式进行验证，发现这些基因在病菌侵染玉米过程中呈现3种不同的表达模式。本研究系统的鉴定了玉米泛基因组OPR家族基因，以及确定了其在应对玉米大斑病菌侵染后的表达模式。

未知功能域668(DUF668)家族是植物中一个功能尚不清楚的家族。为了解玉米DUF668基因家族成员及其特征，运用生物信息学方法对ZmDUF668基因家族进行鉴定分析。结果表明，玉米8条染色体上共分布19个ZmDUF668基因，分别命名为ZmDUF668-1～ZmDUF668-19;ZmDUF668蛋白以碱性蛋白为主，且大部分成员定位于细胞核、细胞质和叶绿体中。多物种系统进化树将19个ZmDUF668家族蛋白成员分为2个亚组；19个ZmDUF668中鉴定出10种蛋白保守基序，所有成员都含有Motif 1和Motif 5;通过对蛋白保守域分析发现，19个成员中有14个不仅含有DUF668结构域还含有DUF3475结构域；基因结构分析表明，同一亚群中成员基因结构相似。根据共线性分析可知，13个ZmDUF668基因与10个OsDUF668组合形成21种共线性关系。ZmDUF668顺式作用元件分析发现，家族成员启动子区域分布着光响应、植物激素及非生物胁迫相关作用元件。蛋白质互作网络(PPI)预测结果表明，ZmDUF668家族蛋白中只有ZmDUF668-10与其他蛋白存在互作关系。通过RNA-Seq数据分析发现，ZmDUF668基因家族部分成员在受到冷、热、盐胁迫和紫外处理下基因表达量明显变化，实时荧光定量PCR试验验证了ZmDUF668家族部分成员在冷胁迫和热胁迫下的响应。研究主要是将生物信息学运用于对玉米DUF668基因家族的分析，揭示了ZmDUF668基因家族成员的特征，为后续研究玉米DUF668家族基因的分子生物学功能提供了理论基础。

【目的】从全基因组水平上鉴定玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)Homeobox转录因子家族及其分布,阐明该家族的序列及进化特征,分析该家族基因在病菌不同生长发育时期的表达规律。【方法】利用生物信息学手段搜索玉米大斑病菌全基因组数据库,鉴定Homeobox转录因子家族;采用MEGA 5.0软件进行系统进化树分析;利用在线工具GSDS(gene structure display server)(http://gsds1.cbi.pku.edu.cn/index.php)绘制基因结构图;

B3基因家族是植物中特有的转录因子家族，在植物生长发育及胁迫响应中有重要作用。为探究B3基因家族在玉米(Zea mays)中的基本信息及生长发育和逆境胁迫中的生物学功能，本研究对玉米全基因组B3家族成员进行鉴定并分析相关信息，依据转录组数据分析B3基因家族组织特异性表达及胁迫处理下的表达响应。结果显示，玉米B3基因家族包含88个成员，分为ABI、ARF、HSI、RAV和REM 5个亚家族，均含有B3结构域，同一个亚族成员的基因结构及保守基序(数量、类型)相似。分析发现，B3成员基因的启动子区域中均富含激素及逆境响应等功能元件。组织特异性表达分析结果显示，大部分B3基因在分生组织中优势表达。对B3家族成员在冷、热、盐、紫外和干旱这5种胁迫因子的响应表达分析显示，5个亚家族成员均可不同程度参与响应冷、热、盐、紫外和干旱胁迫因子，其中HSI亚家族中的所有成员均参与了对紫外胁迫因子的响应途径。以上结果阐明了B3基因家族在玉米全基因组中的分布、结构和系统发育特征，并依据玉米转录组数据，初步推测其在生长发育和胁迫应激响应中发挥重要作用，为深入研究B3基因家族在玉米中的功能与分子机制提供了数据基础。

【目的】全基因组水平鉴定并解析玉米Dof(DNA binding with one finger)基因家族。【方法】基于玉米V3基因组数据鉴定玉米Dof基因家族,并从基因的结构、系统发育关系、染色体的位置分布、玉米不同组织和不同生理发育阶段基因的表达谱以及在充足氮(sufficient nitrogen,SN)和低氮(limiting nitrogen,LN)条件下V3期叶组织基因的差异表达5个方面分析玉米Dof基因家族。【结果】玉米参考基因组中存在46个Dof结构域基因,命名为Zm V3Dof1—Zm V3Dof46。通过系统发育关系和序列相似性将该基因家族分为8个亚类(Subgroup)S...

以玉米自交系郑58为试验材料，利用生物信息学方法和qPCR技术，设置200 mmol/L NaCl、20%PEG6000、4 ℃低温和硝态氮或铵态氮缺乏等胁迫试验，对11个ZmbZIP基因进行生物信息学分析，探测这些基因应答低温、干旱、盐害或者缺氮等胁迫时的响应表达模式。系统进化树分析结果表明，11个ZmbZIP基因可以细分为2个亚组；qPCR分析结果表明，不同亚组的ZmbZIP基因在玉米不同组织中呈现不同的表达特征，同一亚组的基因呈现类似的表达模式，反映了ZmbZIP基因在玉米生长发育进程中生物学功能的保守性和分化性。人为模拟盐、干旱、低温和氮缺乏等胁迫，结果表明，ZmbZIP基因受到各种逆境因子的广泛调控，亚组I中的ZmbZIP1、ZmbZIP6和ZmbZIP13表达量同时受NaCl溶液胁迫诱导而上调(相对表达量上调2倍)，受PEG6000胁迫抑制下调，亚组II中的ZmbZIP38、ZmbZIP77、ZmbZIP112和ZmbZIP124同时受盐、PEG6000和低温胁迫诱导上调，硝态氮缺乏胁迫抑制ZmbZIP1、ZmbZIP6和ZmbZIP134基因表达，而铵态氮缺乏胁迫下，这3个基因表达明显上调，推测这些基因广泛参与应答逆境胁迫响应途径。

以玉米自交系郑58为试验材料，利用生物信息学方法和qPCR技术，设置200 mmol/L NaCl、20%PEG6000、4 ℃低温和硝态氮或铵态氮缺乏等胁迫试验，对11个ZmbZIP基因进行生物信息学分析，探测这些基因应答低温、干旱、盐害或者缺氮等胁迫时的响应表达模式。系统进化树分析结果表明，11个ZmbZIP基因可以细分为2个亚组；qPCR分析结果表明，不同亚组的ZmbZIP基因在玉米不同组织中呈现不同的表达特征，同一亚组的基因呈现类似的表达模式，反映了ZmbZIP基因在玉米生长发育进程中生物学功能的保守性和分化性。人为模拟盐、干旱、低温和氮缺乏等胁迫，结果表明，ZmbZIP基因受到各种逆境因子的广泛调控，亚组I中的ZmbZIP1、ZmbZIP6和ZmbZIP13表达量同时受NaCl溶液胁迫诱导而上调(相对表达量上调2倍)，受PEG6000胁迫抑制下调，亚组II中的ZmbZIP38、ZmbZIP77、ZmbZIP112和ZmbZIP124同时受盐、PEG6000和低温胁迫诱导上调，硝态氮缺乏胁迫抑制ZmbZIP1、ZmbZIP6和ZmbZIP134基因表达，而铵态氮缺乏胁迫下，这3个基因表达明显上调，推测这些基因广泛参与应答逆境胁迫响应途径。

利用辣椒的全基因组数据从辣椒中鉴定出了10个WOX基因，并按照其在染色体上的分布顺序命名为CaWOX1、CaWOX2、 CaWOX3、…、CaWOX10，对它们的理化性质、染色体定位、与番茄的进化关系、蛋白保守基序、组织表达水平及在高温(42℃)、低温(10℃)胁迫下的表达水平进行分析。结果表明：辣椒WOX基因家族各成员的理化性质差异较大，10个家族成员编码的氨基酸长度为127～318 aa，蛋白相对分子质量为14 740～36 070，开放阅读框长度为384～957 bp，蛋白理论等电点(PI)为5.66～10.01；在染色体上的分布较为均匀，大部分分布在染色体的两端；系统进化树分析表明，辣椒WOX基因家族可分为现代、中间、古代3支，与番茄进化关系一致；蛋白保守基序显示，除CaWOX3外，其余蛋白都含有Motif1与Motif2，且二者总是紧密相连出现；组织表达水平分析表明，除了部分CaWOXs具有特异性表达模式外，大部分成员在组织中不表达或弱表达；高温、低温处理能够刺激或抑制WOX基因家族成员的表达。

【目的】PLT转录因子家族能够参与植物的再生过程，并且在植物的生长发育及器官建成中发挥着重要作用，本研究旨在探究PLT转录因子在水曲柳生长发育及非生物胁迫中发挥的作用，以期为林木优良基因选育工作提供更多思路。【方法】通过同源序列比对和基因克隆等方法对FmPLTs家族的成员进行鉴定及分析，之后对FmPLTs成员进行了详细的生物信息学分析，包括理化性质、系统进化关系和基因结构等；并进一步分析了FmPLTs成员在不同组织及种子萌发过程中的基因表达特征，以及其在非生物胁迫（氯化钠、聚乙二醇6000、碳酸氢钠和低温4℃）和植物激素处理（脱落酸、赤霉素、生长素、水杨酸和茉莉酸甲酯下的诱导表达情况。【结果】水曲柳基因组中含有9个PLT基因家族成员，分别命名为FmPLT2、FmPLT3、FmPLT4、FmPLT4A、FmPLT5、FmPLT5A、FmPLT7、FmPLT8和FmPLT9。系统进化关系将其分为5组；其在根中表达量最高，在叶中表达量最低；在种子萌发第4天子叶变绿，下胚轴伸长，此时FmPLTs成员的表达量出现峰值；而在不同激素及非生物胁迫条件下，FmPLTs对低温、干旱、盐胁迫以及MeJA的处理响应明显。【结论】FmPLTs参与水曲柳种子萌发及器官发育，并能响应植物激素信号，同时积极参与植物非生物胁迫耐受性的调控，包括低温、高盐和干旱胁迫等；本研究初步揭示了水曲柳FmPLT家族成员响应植物激素和非生物胁迫的表达模式，同时为深入分析FmPLT基因家族基本功能及其调控机制奠定了基础。

[目的]本文旨在对梨的类防御素(DEFL)基因家族成员进行鉴定,分析其序列特性、进化关系、基因结构、氨基酸序列保守功能域、染色体定位和在梨中的表达特性,为PbrDEFL功能研究和应用奠定基础。[方法]基于梨的全基因组数据,采用生物信息学方法进行序列鉴定和分析;通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术和转录组数据分析PbrDEFL成员在各组织中和花粉管发育阶段的表达模式。利用亚细胞定位技术分析PbrDEFL38与PbrDEFL15在细胞中的分布情况,并且进一步分析PbrDEFL38与PbrDEFL15重组蛋白在大肠杆菌原核表达纯化过程中所需的最佳条件。[结果]梨中包含39个PbrDEFL基因(PbrDEFL1—PbrDEFL39),可分为2个组,均存在稳定的半胱氨酸αβ模型(CSαβmotif),且在9条染色体上呈不均匀分布,在进化过程中主要受纯化选择作用。RT-qPCR结果表明,PbrDEFL在各组织中表达且具有特异性,主要集中在花粉或叶片中;此外,在‘砀山酥梨’和‘黄花’2个梨品种花粉发育过程中,超过60%的PbrDEFL基因表达量均呈先升高后下降的趋势。PbrDEFL蛋白亚细胞定位预测均位于胞外,并通过PbrDEFL38-GFP和PbrDEFL15-GFP在烟草细胞中表达得到证实。通过不同浓度IPTG筛选,最终确定在15℃和IPTG终浓度为0.5 mmol·L~(-1)时,PbrDEFL38和PbrDEFL15蛋白表达量最高。[结论]PbrDEFL基因家族成员高度保守,主要在胞外起重要作用,其不仅在植物免疫防御过程中发挥重要作用,还可能参与了梨花粉管生长发育和自交不亲和过程。

RPW8(Resistance to powdery mildew 8)不但对拟南芥白粉菌有抗性作用,同时也对烟草白粉菌、拟南芥霜霉菌和烟草花叶病毒等多种植物寄生性病原体都表现出较高的抗性,具有广谱抗病性。以杏全基因组数据为基础,鉴定RPW8家族成员,分析基因家族特点及不同组织中表达量分析,有利于更加深入了解RPW8基因家族功能,为杏抗白粉病基因挖掘和抗白粉病育种提供理论参考。通过SMS、GSDS2.0、Expasy-protparam、MEME、MAGA6.0、TBtool等生物信息学工具对RPW8基因家族的核酸序列的特征、基因结构、蛋白质理化性质、蛋白保守结构域、家族系统进化关系、表达量等进行分析和预测。结果表明:从杏中共鉴定出16个RPW8家族基因,分别命名为LWMRPW8-1～LWMRPW8-16,内含子数量小于6个,16个基因的全长为360～4 864 bp,碱基G+C含量为37.39%～46.89%,碱基A+T的含量为53.11%～62.61%;杏RPW8基因家族编码的氨基酸分子量为13 653.93～92 617.92 Da,理论等电点为5.42～9.47,蛋白质不稳定性指数为22.94～61.18,氨基酸组成成分以亮氨酸(Leu)赖氨酸(Lys)为主;保守结构域分析结果显示杏RPW8家族主要含有10个Motify,其中Motif8、Motif9为特征结构域;系统进化树分析显示,蔷薇科植物RPW8家族基因聚为一类,LWMRPW8-7与拟南芥、杨树基因聚为一类。对杏RPW8基因在不同组织中的表达分析结果显示,16个基因在花、花芽、叶片、果肉、果仁中的表达量呈现较大差异。