利用生物信息学方法筛选鉴定出28个FtERDs糖转运基因,其中19个编码蛋白序列且具有跨膜结构域.聚类分析将FtERDs归为4类,类Ⅰ包括13个,类Ⅱ包括9个,类Ⅲ包括1个,类Ⅳ包括5个.转录组测序检测到22个FtERDs在茎中表达,17个为差异表达基因(DEGs),其中仅3个DEGs在苗期10和15 d同时高表达,其余有3个DEGs在5 d高表达,2个DEGs在10 d高表达,9个DEGs在15 d高表达.这些基因可能在不同发育阶段的茎中发挥功能.同时,FtERDs间存在多个显著正相关或负相关,推测FtERDs基因的功能可能存在协同或互补效应.PEG模拟干旱胁迫8 h时,5个FtERDs过量表达,其中FtPinG34458.01、FtPinG85532.01表达量高于对照10倍以上.

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]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】全基因组鉴定苦荞WOX(WUSCHEL-related homeobox)基因,揭示其基因家族成员序列特征、基因表达模式及与出愈率的相关性,为突破苦荞再生及遗传转化难题提供理论基础。【方法】基于同源性搜索策略,以拟南芥WOX基因蛋白为参考序列,进行苦荞全基因组比对,获得苦荞WOX基因家族成员蛋白及核酸序列。基于蛋白同源性及保守结构域分析,鉴定出苦荞WOX基因家族所有成员。同时使用TBtools软件展示FtWOXs家族成员基因结构、保守结构域及启动子顺式作用元件特征。比较分析WOX基因家族成员在苦荞与拟南芥之间的基因组共线性。基于邻近法,利用MEGA X软件构建苦荞、拟南芥和水稻WOX基因家族成员蛋白序列系统进化树。以MS+2,4-D 3.0 mg·L~(-1)+6-BA 1.0 mg·L~(-1)为愈伤诱导培养基,下胚轴为外植体,选取70份苦荞品种诱导愈伤组织,评价不同基因型的出愈率。qRT-PCR比较分析高、低出愈率苦荞品种间FtWOXs基因表达水平。基于Pearson相关系数分析出愈率与FtWOXs基因家族成员表达相关性。【结果】共鉴定出30个苦荞WOX基因成员,在苦荞8条染色体上呈现不均匀分布。系统进化树表明30个苦荞WOX基因可划分为3大类,不同类群中WOX基因包含不同的保守结构域,主要的保守结构域为HD(Homeodomain)、START和MEKHLA结构域。保守基序分析表明,FtWOXs基因家族成员所含保守基序数目的范围为2—10个。基因结构分析表明,FtWOXs基因家族成员所含外显子数目的范围为2—18个。顺式作用元件分析表明FtWOXs基因启动子富含26个不同种类的顺式作用元件。系统进化分析表明,30个苦荞、15个拟南芥和12个水稻WOX基因家族成员可分为3类,其中第3类为苦荞独有。基因组共线性分析表明,6个WOX基因在苦荞和拟南芥之间存在基因组共线性。表达模式及相关性表明,FtWOX1/FtWOX12/FtWOX22/FtWOX23/FtWOX24与苦荞出愈率存在正相关性。【结论】苦荞FtWOXs成员存在丰富的序列变异特征,不同苦荞基因型中WOX基因表达水平及出愈率存在明显差异和一定的相关性,揭示不同苦荞WOX基因具有潜在的功能多样性。

糖转运蛋白(Sugar transporter protein,STP)基因家族在植物单糖分配中具有重要作用,并参与植物生长和发育过程中的许多代谢进程。为探究STP基因家族在高粱生长发育中的潜在功能,对高粱STP基因家族进行了全基因组鉴定、分类和组织表达分析。从高粱基因组中共鉴定出19个包含Sugar_tr结构域的STP基因,不均匀分布于9条染色体上,其中有4个基因位于基因组重复区。19个SbSTP根据其系统发育特征可以分为5组,同组的家族成员具有相同或类似的基序类型和排列顺序,但在内含子和外显子数量上存在较大差异。RNA-Seq数据分析显示,至少有18个SbSTP基因可以表达,不同的基因在不同的组织中具有不同的表达模式,其中SbSTP11特异性在花中表达,SbSTP4、SbSTP5在特定组织中受ABA和PEG的诱导表达。为进一步研究单个SbSTP基因的生物学功能,挖掘SbSTP家族的应用潜力奠定了基础。

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。

腺苷三磷酸结合盒转运蛋白(ATP binding cassette transporter， ABC transporter)家族是最古老的膜蛋白家族之一，广泛存在于原核生物和真核生物体内，利用ATP水解释放的能量对氨基酸、脂质、抗生素等物质进行跨膜运输，参与生物体内多种生理活动。目前，对软体动物ABC转运蛋白家族的鉴定，仅在虾夷扇贝(Patinopecten yessoensis)、栉孔扇贝(Chlamys farreri)和长牡蛎(Crassostrea gigas) 3种双壳类中有系统研究，对缢蛏(Sinonovacula constricta) ABC转运蛋白家族的鉴定和表达模式分析尚未见报道。利用缢蛏基因组和转录组数据，运用本地及NCBI在线BLAST程序、FGENESH+、SMART、ExPASy、MEGA X、Mev 4.90和MapInspect等生物信息学分析工具，在全基因组水平系统地鉴定出52个缢蛏ABC转运蛋白，并对转运蛋白基因外显子数目、染色体定位等信息进行分析；通过系统进化分析，将缢蛏ABC转运蛋白家族分为8个亚家族，即ABCA～ABCH；通过比较分析不同物种ABC转运蛋白家族，推测基因串联复制事件对软体动物ABC转运蛋白家族成员数目的增加有影响。ABC转运蛋白基因在缢蛏不同发育时期和组织的表达分析显示，ABCC和ABCG亚家族多个基因在缢蛏稚贝时期表达量达到最高值，ABC转运蛋白基因在鳃、肝胰腺与性腺中表达种类较多。软体动物作为第二大动物类群，目前仅有3个物种的ABC转运蛋白得到了系统分类，缢蛏ABC转运蛋白基因家族的系统鉴定与表达模式分析为研究软体动物ABC转运蛋白基因的进化和缢蛏ABC转运蛋白功能提供了基础资料。

了解异源四倍体甘蓝型油菜中AMT基因家族的功能,为进一步克隆和利用基因改良甘蓝型油菜的氮素利用效率和铵毒抗性提供一定的理论基础。利用生物信息学的方法鉴定出20个BnaAMTs基因,其中14个为AMT1亚家族成员,6个为AMT2亚家族成员,它们不均匀地分布在油菜的12条染色体上。进化与保守基序分析结果表明,BnaAMTs蛋白亚家族内的蛋白质序列保守性较高,但亚家族之间的差异较大。BnaAMTs基因在油菜不同组织中的表达谱显示,该基因家族表达具有组织特异性。利用转录组测序结果分析发现,根部在供应高浓度的铵态氮和硝态氮时,BnaA7.AMT1;3表达量最高;在硝态氮缺乏条件下,BnaA5.AMT1;1表达量最高;在上述几种处理下,BnaC6.AMT1;1都是地上部表达量最高的拷贝。在缺硼或缺磷条件下,油菜BnaAMTs基因整体呈现表达上升的趋势;但在盐胁迫条件下,表达量下降;镉胁迫对BnaAMTs基因的表达影响较小。这些基因可能在铵态氮与其他必需营养元素的互作、镉胁迫、盐胁迫等逆境响应中发挥一定的作用;并为进一步深入解析甘蓝型油菜AMT家族基因的分子功能奠定了基础。

[目的]鉴定毛竹中硝态氮转运蛋白(NPF)家族基因成员,系统分析其分子特征和表达模式,为深入研究毛竹NPF基因的硝态氮转运功能奠定基础。[方法]采用生物信息学方法从毛竹基因组中鉴定NPF家族基因成员,并对其启动子调控元件、基因结构、编码蛋白理化性质、保守结构域、系统进化等进行全面分析,利用已有转录组数据,对毛竹NPF基因的组织表达特异性以及不同非生物胁迫和激素处理后的表达模式进行分析。[结果]在毛竹中共鉴定NPF家族成员基因27个,其基因结构差别较大,内含子数量为2～5个,编码区最长为2 286 bp (PeNPF7.4),最短为1 359 bp (PeNPF8.8)。基因启动子调控元件分析发现,PeNPFs启动子序列中包含多种与低温和干旱等非生物胁迫以及GA3和NAA等激素响应相关的元件。PeNPFs编码蛋白的分子量介于49.56～82.08 kDa之间,理论等电点为5.17～9.85,大部分是中性或碱性蛋白,均含有类似的跨膜结构;系统进化分析表明,毛竹27个PeNPFs分属于7个亚家族,各亚家族成员数量分别为1、3、1、6、1、7和8个;蛋白保守基序分析显示,PeNPFs共有10个保守基序,其中motif 1、motif 2和motif 4是各成员共有的高度保守的基序。基于转录组数据的表达谱热图分析显示,PeNPFs在叶片、花序、根、鞭和笋等不同组织中的表达存在一定差异,但各成员至少在1个组织中检测到表达,部分成员的表达表现为组织特异性或组成型表达。在冷和干旱处理后,PeNPF5.3、PeNPF7.2、PeNPF7.3和PeNPF8.7的表达量均显著下调,这与其启动子序列中存在与低温和干旱响应调控元件相一致;在GA_3和NAA处理后,PeNPF7.3和PeNPF7.6呈相反的表达变化,而PeNPF7.1的表达趋势相似。[结论]毛竹中有27个NPFs家族基因成员,分为7个亚家族,各亚家族成员之间的分子特征和组织表达特异性均存在一定的差异,且一些基因对非生物胁迫和激素处理的响应变化均达到显著性差异,推测这些基因在毛竹不同组织中及应对不同环境过程中对硝态氮的转运可能发挥着不同的功能,研究结果为揭示PeNPFs的生物学功能提供了重要依据。

【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。

【目的】鉴定毛竹Phyllostachys edulis磷转运蛋白Ⅰ(phosphate transporter 1, PHTⅠ)家族基因，分析其表达模式。【方法】利用生物信息学方法，鉴定毛竹PHTⅠ家族成员，分析基因启动子调控元件、编码蛋白的理化性质、基因结构、氨基酸保守基序、基因在染色体的位置、组织表达特异性、基因适应性进化及系统进化等。【结果】毛竹中共鉴定出20个PHTⅠ家族基因(PePHTs)，分布在10条染色体上，均定位于细胞膜。每个基因都含有1～2个内含子，PePHTs启动子序列中包含干旱、低温等非生物胁迫以及赤霉素等激素类响应元件。毛竹PHTⅠ大部分为碱性蛋白质，分子量为48.61～71.89 kDa，理论等电点为6.84～9.30，疏水性值均大于0，都属于疏水蛋白。基因适应性进化分析显示：大多数PePHTs的选择压力值小于0，说明多数基因受到负选择压力。转录组表达图谱表明：PePHTs在不同组织中的表达存在差异性，说明该基因家族在毛竹生长发育过程中发挥着不同的作用。系统进化树表明：PePHTs都聚类在第Ⅰ亚家族，并且优先和水稻Oryza sativa聚类在同一支上。【结论】PHTⅠ家族在植物吸收和转运磷的过程中扮演了重要作用。本研究结果为深入研究毛竹PHTⅠ家族基因的功能奠定了理论基础。图5表1参45

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】本文系统分析了谷子e IF5A基因家族在谷子中如何发挥作用。【方法】利用谷子基因组数据库,运用生物信息学方法,鉴定谷子e IF5A基因家族的基因结构、染色体定位、编码蛋白和磷酸化位点预测,通过序列比对进行进化和分类分析。【结果】谷子含有4个e IF5A基因,均含有4个内显子,分布于谷子的3条染色体上。MEME保守基序分析显示,谷子e IF5A蛋白均含有1个保守的DNA结合寡核苷酸结合结构域(PF01287)。磷酸化位点预测分析表明谷子e IF5A蛋白均含有大量潜在磷酸化位点。【结论】以上结果将为今后揭示谷子e IF5A蛋白功能提供重要的线索。

【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。