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卵萼花锚STR基因家族的生物信息学分析

云南农业大学学报（自然科学版） 2024年第5期39卷 65-73页

作者：杨安琪尹欣孙旭东周知里杨永平段元文中国科学院昆明植物研究所/西南野生生物种质资源库云南昆明650201 中国科学院大学研究生院北京100049 青海省青藏高原特色生物资源研究重点实验室青海西宁810008

【目的】对卵萼花锚(Halenia elliptica)的异胡豆苷合成酶(strictosidine synthase,STR)基因家族成员进行鉴定和生物信息学分析,为进一步研究卵萼花锚STR家族基因的功能奠定基础。【方法】基于卵萼花锚基因组数据,采用生物信息学方法鉴... 详细信息

【目的】对卵萼花锚(Halenia elliptica)的异胡豆苷合成酶(strictosidine synthase,STR)基因家族成员进行鉴定和生物信息学分析,为进一步研究卵萼花锚STR家族基因的功能奠定基础。【方法】基于卵萼花锚基因组数据,采用生物信息学方法鉴定STR基因,分析其家族的进化关系、理化性质、基因结构和蛋白质保守基序,并与大花花锚(***)、花锚(***)、四数獐牙菜(Sinoswertia tetraptera)和达乌里秦艽(Gentiana dahurica)的STR基因进行比较。【结果】卵萼花锚STR基因家族共有10个成员,基因数量与其他龙胆科物种相似。卵萼花锚STR基因与大花花锚具有较高的同源性,将所有HeSTR基因分为6组,同一组成员具有相似的基因结构和蛋白保守基序。HeSTR蛋白的氨基酸数量介于189~388个之间,除HeSTR14.1外,其他均为亲水蛋白。HeSTR基因的外显子数量为3或4个。卵萼花锚STR基因家族成员与四数獐牙菜、花锚和大花花锚的共线性较高。【结论】研究结果为深入探究STR基因功能及进一步解析卵萼花锚单帖吲哚生物碱龙胆苦苷的合成途径提供了理论依据。

关键词：卵萼花锚异胡豆苷合成酶基因结构基因共线性生物信息学

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谷子和玉米基因组多倍化进化比较分析

河南农业科学 2014年第6期43卷 10-15页

作者：张琼王振怡马雪莲聂林曼汪厚龙王金朋河北联合大学生命科学学院基因组学与计算生物学研究中心河北唐山063009

以谷子和玉米为研究对象,基于比较基因组学,利用改进的基因同源共线性方法对其基因组结构和基因同源信息进行比对分析,确定了物种基因组加倍的规模和加倍后的进化规律。结果表明:谷子中有3 846对(10.9%)、玉米中有6 016对(18.5%)由多倍... 详细信息

以谷子和玉米为研究对象,基于比较基因组学,利用改进的基因同源共线性方法对其基因组结构和基因同源信息进行比对分析,确定了物种基因组加倍的规模和加倍后的进化规律。结果表明:谷子中有3 846对(10.9%)、玉米中有6 016对(18.5%)由多倍化产生的重复基因,它们之间的直系同源基因对为13 652对;通过同源共线基因间的同义核苷酸置换率分析证实,玉米与谷子不仅共同经历了一次古老的全基因组加倍,而且在约12个百万年前玉米独立发生了一次较近的全基因组加倍;加倍后产生的大量重复基因片段常分布在染色体末端;基因组进化分析发现,玉米基因组进化速率比谷子快1/14。

关键词：谷子玉米多倍化重复基因基因共线性

粗穗披碱草1H^(t)S染色体臂特异标记开发

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山东农业科学 2021年第5期53卷 87-93页

作者：王晖郭军周宝元汪晓璐韩冉徐文竞刘爱峰李豪圣刘成刘建军山东省农业科学院作物研究所/农业部黄淮北部小麦生物学与遗传育种重点实验室/小麦玉米国家工程实验室山东济南250100 中国农业科学院作物科学研究所/农业部作物生理生态与栽培重点开放实验室北京100081

粗穗披碱草1H^(t)S染色体臂上含有抗叶锈病基因Lr55和一个暂未被命名的抗条锈病基因,是改良小麦的优异基因源。为了开发1H^(t)S特异分子标记用于辅助小麦抗病育种,本研究对不同小麦染色体第一同源群短臂上的基因序列进行生物信息学分析... 详细信息

粗穗披碱草1H^(t)S染色体臂上含有抗叶锈病基因Lr55和一个暂未被命名的抗条锈病基因,是改良小麦的优异基因源。为了开发1H^(t)S特异分子标记用于辅助小麦抗病育种,本研究对不同小麦染色体第一同源群短臂上的基因序列进行生物信息学分析,选取同一基因的长度差异大且扩增长度适宜的同一内含子,在其两侧的外显子区分别设计上、下游引物。以中国春-粗穗披碱草1H^(t)S·1BL易位系和中国春为材料,对开发及合成的引物进行PCR筛选,获得可以在二者中扩增出多态性带的引物。利用筛选出的引物对一套中国春-粗穗披碱草染色体系进行扩增,验证其特异性。进而对相应的杂交分离群体进行扩增,验证其可用性。结果共建立了1H^(t)S染色体臂特异标记18个,为小麦背景中1H^(t)S染色质检测和小麦-粗穗披碱草1H^(t)S染色体小片段易位系的易位断点判定提供了方法。

关键词：粗穗披碱草染色体臂分子标记基因共线性

真双子叶植物分化早期基因组结构与功能演化研究

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真双子叶植物分化早期基因组结构与功能演化研究

作者：滕佳华北理工大学

学位级别：硕士

真双子叶植物占被子植物总量的75%,是被子植物四个主要类群(基部被子植物、木兰类植物、单子叶植物和真双子叶植物)中最大、最具物种多样性的类群。目前多个代表性的核心真双子叶和基部真双子叶植物已经完成了全基因组测序,为揭示真双... 详细信息

真双子叶植物占被子植物总量的75%,是被子植物四个主要类群(基部被子植物、木兰类植物、单子叶植物和真双子叶植物)中最大、最具物种多样性的类群。目前多个代表性的核心真双子叶和基部真双子叶植物已经完成了全基因组测序,为揭示真双子叶植物早期的进化历史及进化特征提供了重要的基因组数据材料。通过对多个代表性的真双子叶植物进行比较基因组学及系统发育组学的分析,在真双子叶植物分化早期基因组结构与功能演化研究方面取得了一定的进展:(1)理清了先前真双子叶植物在早期多样性过程中的多个具有争议的多倍化事件;同时以葡萄基因组为参考,构建了与多倍化和物种分化相关联的多基因组比对列表,展示了不同来源的染色体片段和基因的同源关系。(2)对事件关联的同源基因间的同义核苷酸替换率进行比较,发现了真双子叶植物间的进化速率明显存在差异;通过矫正进化速率,发现真双子叶植物早期的多个基因组加倍和物种分歧事件在一个较短的时期内完成;比较了真双子叶早期的多个多倍化事件产生的亚基因组间基因保留和丢失的不平衡程度,发现这些事件可能为异源多倍化,揭示异源多倍化也许在真双子叶主要分支的建立上扮演着重要角色。(3)对真双子叶植物主要分支代表物种的染色体核型进化过程进行推断,发现水青树(昆栏树目)和黄杨(黄杨目)染色体更接近真双子叶祖先染色体结构,可以作为真双子叶植物基因组结构研究的参照。(4)将开花相关基因MADS-box亚家族(AG、SQUA、SEP、FLC、TM3)作为重要功能基因的代表,发现多倍化事件和串联重复对基因家族的扩张具有重要作用;不同亚家族成员之间结构域相似,序列一端的基序不同可能导致了亚家族基因具有不同功能。这些成果能够为从更深层次理解真双子叶植物早期进化过程中的基因组结构和重要基因功能演化提供重要的基因组学基础。图20幅;表6个;参71篇。

关键词：真双子叶植物多倍化基因共线性染色体核型进化 MADS-box基因

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猕猴桃基因组结构进化的信息学研究

猕猴桃基因组结构进化的信息学研究

作者：李晶华北理工大学

学位级别：硕士

猕猴桃为最富含维生素C的水果作物,其全基因组序列测序完成,为全基因组尺度对猕猴桃基因组结构和功能进化研究,提供了重要数据材料。然而对于其多倍化进化过程研究比较模糊,尤其对于猕猴桃古多倍化性质的基因组学比较也是一个空白。课... 详细信息

猕猴桃为最富含维生素C的水果作物,其全基因组序列测序完成,为全基因组尺度对猕猴桃基因组结构和功能进化研究,提供了重要数据材料。然而对于其多倍化进化过程研究比较模糊,尤其对于猕猴桃古多倍化性质的基因组学比较也是一个空白。课题以双子叶重要参考基因组葡萄和咖啡作为外类群,综合利用基因组信息学方法,对猕猴桃基因组结构进化进行深入解析。研究发现,相比葡萄或咖啡基因组猕猴桃的基因组内同源性片段更多,为422个,同源片段上基因数目也比参考物种更多,为8057个。结合基因组同源结构比对和同源基因同义核苷酸替换率(Ks)的分布,明确了猕猴桃全基因组的同源加倍形式,发现了猕猴桃独有的两次四倍体化事件的证据,并确定了加倍发生的时间,一个发生在约50-57个百万年前,另一个发生在约18-20个百万年前。研究中,构建了猕猴桃与多倍化和物种分化关联的同源基因共线性列表,以及两次古老加倍产生的子基因组构成;比较两次加倍事件产生的不同子基因组间重复基因保留、丢失差异,并比较分析对应子基因组共线性区域的基因表达,发现子基因组间基因表达不存在显著差异,这一研究结果揭示猕猴桃祖先的两次全基因组加倍可能是同源多倍体事件。课题还基于双子叶共有六倍体事件产生的重复基因的Ks分布比较,发现猕猴桃进化速率比葡萄和咖啡进化速率都慢,推断同源多倍体事件可能在一定程度上会降低进化速率。另外,研究发现全基因组加倍促进了猕猴桃VC合成和再生途径上关键基因的扩张,这可能是促进其VC合成能力的重要因素。课题清晰揭示了猕猴桃多倍化发生规模、多倍化性质,并为猕猴桃科物种基因组研究提供了重要的比较基因组资源,对猕猴桃VC代谢途径进化提供了全基因组尺度认识,具有重要的科学意义和经济价值。图29幅;表16个;参67篇。

关键词：猕猴桃基因组同源多倍化基因共线性物种进化 VC代谢途径

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亚麻荠基因组结构与功能进化的信息学研究

亚麻荠基因组结构与功能进化的信息学研究

作者：张志康华北理工大学

学位级别：硕士

亚麻荠是一种新兴油料作物,产油量高,抗旱和抗病能力较强。亚麻荠全基因组测序工作已经完成,这为研究亚麻荠基因组结构和功能进化提供了数据材料。课题以葡萄、模式植物拟南芥以及十字花科芸薹属植物白菜为外类群参考物种,构建了亚麻荠... 详细信息

亚麻荠是一种新兴油料作物,产油量高,抗旱和抗病能力较强。亚麻荠全基因组测序工作已经完成,这为研究亚麻荠基因组结构和功能进化提供了数据材料。课题以葡萄、模式植物拟南芥以及十字花科芸薹属植物白菜为外类群参考物种,构建了亚麻荠基因组内及基因组间同源基因点阵图,对亚麻荠进行基因组结构同源比较分析,验证了亚麻荠相对于拟南芥经历了一次特有的全基因组三倍乘事件;通过对琴叶拟南芥和亚麻荠染色体的同源结构分析,以端粒为核心的染色体重排理论为基础,推断出含有7条染色体的亚麻荠加倍前二倍体祖先染色体核型及其形成过程,并重构了现代亚麻荠染色体的演化路径,整个过程涉及到2次染色体融合;搜寻了基因组内和基因组间共线性片段,分别构建了以葡萄和琴叶拟南芥为参考的共线性列表,绘制了多基因组同源联合比对图谱及多基因组局部同源共线性图谱,并根据共线性列表对亚麻荠基因组进行同源基因保留丢失分析,发现亚麻荠Cs-G1、Cs-G2和Cs-G3子基因组基因保留水平相差很小;在亚麻荠基因组中鉴定出1675个油脂代谢相关基因,发现其中1411个基因是由亚麻荠特有的三倍乘事件产生的,83个基因是由加倍后串联重复产生的,鉴定并分析了在脂肪酸合成中有重要功能的乙酰辅酶A羧化酶基因,这些基因中未被检测到任何正选择位点。研究结果为亚麻荠基因组提供了重要的比较基因组学资源,对于深入理解亚麻荠染色体的形成与进化有着重要的意义。图21幅;表7个;参58篇。

关键词：亚麻荠多倍化核型进化基因共线性油脂代谢相关基因

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禾本科植物中调控产率基因GS5的进化

河北联合大学学报（自然科学版） 2012年第4期34卷 65-68页

作者：张帅王金朋张宪金殿川河北联合大学理学院河北唐山063009 河北联合大学生命科学学院河北唐山063009

GS5作为正调控水稻粒径大小的基因,对于水稻的产率调控具有十分重要的作用,然而关于GS5基因家族的进化还不是很清楚。通过对水稻中的GS5基因和水稻、高粱、玉米、二叶短柄草、谷子的全基因组序列分别进行比较分析,发现在五个禾本科植物... 详细信息

GS5作为正调控水稻粒径大小的基因,对于水稻的产率调控具有十分重要的作用,然而关于GS5基因家族的进化还不是很清楚。通过对水稻中的GS5基因和水稻、高粱、玉米、二叶短柄草、谷子的全基因组序列分别进行比较分析,发现在五个禾本科植物中均有调控粒径大小的基因存在;共线性分析揭示基因倍增有利于GS5基因家族的扩增;另外,系统发育分析表明其家族中有些基因的进化速率明显较快,这将使得一些基因会较快变异为新的基因序列。

关键词： GS5基因家族系统进化树全基因组倍增基因共线性