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绿豆VrWOX基因家族鉴定及表达分析

生物工程学报 2023年第2期39卷 566-585页

作者：郭旭张慧莹王铮李帅青岛农业大学生命科学学院山东青岛266109

WOX(WUSCHEL-related homebox)基因家族是植物特有的一类转录因子,是同源盒(homeobox,HB)转录因子超家族中的重要成员。WOX基因在植物干细胞调节及生殖发育过程中具有重要作用,其功能已在多个植物物种中鉴定。然而绿豆(Vigna radiate)Vr... 详细信息

WOX(WUSCHEL-related homebox)基因家族是植物特有的一类转录因子,是同源盒(homeobox,HB)转录因子超家族中的重要成员。WOX基因在植物干细胞调节及生殖发育过程中具有重要作用,其功能已在多个植物物种中鉴定。然而绿豆(Vigna radiate)VrWOX基因家族信息尚不清楚。本研究通过同源比对和聚类分析,在绿豆基因组中鉴定了42个VrWOX基因。VrWOX基因在绿豆染色体中分布不均,其中7号染色体含有的VrWOX数量最多。VrWOX基因分为古老进化支(19个VrWOX)、中等进化支(12个VrWOX)和年轻进化支(WUSCHEL进化支,11个VrWOX)3个亚类。种内和种间共线性分析发现,VrWOX基因共有12个重复事件,与拟南芥(Arabidopsis thaliana)AtWOX有15个同源基因对,与菜豆(Phaseolus vulgaris)PvWOX有22个同源基因对。VrWOX基因在基因结构、保守基序等方面存在很大差异,因而可能存在功能差异。VrWOX基因启动子区域含有不同种类和不同数量的顺式作用元件,导致VrWOX基因在不同组织中表现出不同的基因表达模式。本研究对VrWOX基因家族信息和表达模式进行了分析,为绿豆VrWOX基因功能和调控网络的解析奠定了一定的理论依据。

关键词：绿豆 VrWOX 基因家族共线性分析基因表达

甘蔗PIN-LIKES基因家族的鉴定与表达分析

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作物学报 2023年第2期49卷 414-425页

作者：潘洁明田绍锐梁艳兰朱宇林周定港阙友雄凌辉黄宁玉林师范学院农学院广西玉林537000 福建农林大学/农业农村部福建甘蔗生物学与遗传育种重点实验室福建福州350002 西南大学植物保护学院重庆400700 湖南科技大学生命科学学院/经济作物遗传改良与综合利用湖南省重点实验室湖南湘潭411201

PILS(PIN-LIKES)是一类新发现的生长素输出载体,协助生长素的极性运输。本研究立足甘蔗割手密基因组和栽培品种转录组数据,利用生物信息学分析技术,分别在割手密和栽培品种中鉴定到11个PILS(Saccharum spontaneum PIN-LIKES,SsPILS)基因... 详细信息

PILS(PIN-LIKES)是一类新发现的生长素输出载体,协助生长素的极性运输。本研究立足甘蔗割手密基因组和栽培品种转录组数据,利用生物信息学分析技术,分别在割手密和栽培品种中鉴定到11个PILS(Saccharum spontaneum PIN-LIKES,SsPILS)基因和4个PILS(Saccharum spp.hybrid PIN-LIKES,ScPILS)基因。结果表明,11个SsPILS基因家族成员分布于6条染色体上,基因内含子数量介于5~11个。系统进化树分析发现,割手密PILS与水稻PILS有较高同源性,归属于3个不同的系统发育分支。转录组数据分析显示,SsPILS1c的同源基因ScPILS1c在受高粱花叶病毒和黑穗病菌胁迫甘蔗栽培种中差异表达。通过RT-PCR扩增技术,克隆获得ScPILS1c基因序列(NCBI accession number:OM258732)。该基因全长cDNA为1332 bp,包含一个1233 bp的完整开放阅读框,编码410个氨基酸,理论等电点(pI)为6.17,不稳定系数为39.31,平均疏水性值为0.689,预测ScPILS1c为稳定酸性疏水蛋白。其编码蛋白的二级结构主要包括α-螺旋(48.54%)和无规则卷曲(35.37%),这与三级结构预测结果相符。qRT-PCR表达分析揭示,ScPILS1c基因在甘蔗中的表达具有组织特异性,在蔗髓中表达量最低、皮中的表达量最高,同时该基因的表达受H2O2及黑穗病菌的显著性诱导。亚细胞定位表明,ScPILS1c基因的编码蛋白主要定位于细胞膜。以上结果为深入研究甘蔗PIN-LIKES基因的结构和功能积累了基础资料。

关键词：甘蔗 PILS 生物信息学实时荧光定量PCR 基因家族

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橡胶树HbWD40基因家族的全基因组分析

植物生理学报 2023年第1期59卷 246-256页

作者：赵一杰杜晓愚张世鑫袁红梅晁金泉海南大学热带作物学院海口570228 中国热带农业科学院橡胶研究所农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地-海南省热带作物栽培生理学重点实验室农业农村部儋州热带作物科学观测实验站海口571101 浙江农林大学现代农学院杭州311300

WD40是一类支架蛋白,广泛参与植物的生长发育、花青素的生物合成以及生物和非生物胁迫等生命活动。利用生物信息学技术,本研究从橡胶树基因组中鉴定到258个HbWD40家族成员,并对其染色体分布、蛋白保守结构域、组织特异性表达以及低温胁... 详细信息

WD40是一类支架蛋白,广泛参与植物的生长发育、花青素的生物合成以及生物和非生物胁迫等生命活动。利用生物信息学技术,本研究从橡胶树基因组中鉴定到258个HbWD40家族成员,并对其染色体分布、蛋白保守结构域、组织特异性表达以及低温胁迫下的表达模式进行系统分析。结果显示, HbWD40成员在18条染色体上均有分布;根据结构域的不同可将HbWD40家族划分为28个亚族;表达模式分析发现有175个成员在所有5个组织中均有表达,并鉴定到8个在低温胁迫下差异表达的成员。利用RT-PCR技术克隆了橡胶树的HbWD40-168基因。该基因CDS长1 335 bp,编码444个氨基酸。保守结构域分析显示HbWD40-168含有4个WD40重复元件和2个ZnF_C3H1锌指蛋白结构域。启动子分析显示HbWD40-168启动子区域存在多种激素或胁迫相关顺式作用元件。亚细胞定位显示HbWD40-168定位于细胞核。本研究为深入鉴定HbWD40家族在橡胶树中的生物学功能提供基础。

关键词：橡胶树 WD40 基因家族表达模式亚细胞定位

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刀鲚基因家族鉴定及扩张与收缩

水产学报 2022年第6期46卷 897-905页

作者：张金鹏高淑芳施永海严银龙齐明刘其根上海海洋大学水产科学国家级实验教学示范中心上海海洋大学农业农村部鱼类营养与环境生态研究中心上海市水产研究所上海市水产技术推广站

为增加对刀鲚在进化过程中因核心基因家族改变而产生的特殊机制的了解。实验利用比较基因组学，通过比较刀鲚及其近缘物种斑马鱼、三刺鱼、青鳉、红鳍东方鲀和绿河鲀基因组，鉴定刀鲚基因家族；利用CAFév 4.2软件进行基因家族扩张和收... 详细信息

为增加对刀鲚在进化过程中因核心基因家族改变而产生的特殊机制的了解。实验利用比较基因组学，通过比较刀鲚及其近缘物种斑马鱼、三刺鱼、青鳉、红鳍东方鲀和绿河鲀基因组，鉴定刀鲚基因家族；利用CAFév 4.2软件进行基因家族扩张和收缩分析；最后将鉴定的扩张基因家族基因与GO、KEGG等数据库进行比对、注释和通路分析。结果显示，刀鲚具有11 872个基因家族，包含16 470个基因，有2 963个基因未形成基因家族。同其他5个物种相比，刀鲚有150个特有基因家族，包含419个基因。刀鲚扩张和收缩基因家族分析结果表明，刀鲚有1 200个基因家族扩张了，7 543个基因家族收缩了。刀鲚显著扩张的基因家族有39个，包含508个基因；显著收缩的基因家族有36个，包含21个基因。刀鲚显著扩张基因家族GO富集分析条目中鉴定较多的是，代谢过程、催化活性、细胞、细胞组分等。KEGG富集分析条目中鉴定较多的是紧密连接、心肌细胞的肾上腺素能信号、心肌收缩、细胞黏附分子等。与渗透压调节相关的通路有紧密连接、心肌收缩等；与生殖洄游行为相关的通路有GnRH信号通路、嗅觉转导通路等。对显著扩张基因家族基因进行基因组定位，结果显示23号染色体上基因数目显著多于其他染色体。定位在23号染色体的基因多为组蛋白基因，其功能与染色质结构调控有关。研究表明，刀鲚渗透调节、信号转导、代谢、性腺发育和嗅觉等方面均可能产生了适应性进化，且其染色质结构调节也可能发生改变。

关键词：刀鲚基因家族收缩扩张通路分析

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汉麻聚酮合酶基因家族成员鉴定与表达分析

中草药 2023年第3期54卷 886-897页

作者：朱雪雯米要磊孟祥霄陈伟强王思凡曹雪陈士林徐志超苏畅孙伟万会花中国中医科学院中药研究所中药鉴定与安全性评估重点实验室北京100700 东北林业大学生命科学学院黑龙江哈尔滨150040 深圳市药品检验研究院广东深圳518057

目的在从全基因组层面对汉麻Cannabis sativa聚酮合酶(polyketide synthases,PKSs)基因家族进行鉴定和功能分析,为解析汉麻次生代谢产物的合成与积累奠定理论基础。方法基于已发布的高质量汉麻基因组,利用生物信息学工具对汉麻PKS基因... 详细信息

目的在从全基因组层面对汉麻Cannabis sativa聚酮合酶(polyketide synthases,PKSs)基因家族进行鉴定和功能分析,为解析汉麻次生代谢产物的合成与积累奠定理论基础。方法基于已发布的高质量汉麻基因组,利用生物信息学工具对汉麻PKS基因家族进行鉴定并对其物化性质、基因结构、蛋白构象以及表达模式进行分析,利用Alphafold算法对关键PKS蛋白结构进行预测。结果共鉴定出9个汉麻PKSs(CsPKS1~CsPKS9),分布在5条染色体上。通过对汉麻和其他物种PKS的系统发育分析,CsPKSs主要被分为3组:group1包括Cs PKS2~CsPKS4与花药特异性CHS样酶(anther specific chalcone synthase-like,ASCL)同源;group2含有CsPKS1和CsPKS5~CsPKS8为类CHS超家族(chalcone synthase like,CHSL)与苯戊酮合酶(valerophenone synthase,VPS)和茋类合酶(stilbene synthase,STS)等关系较密切;group 3仅含有CsPKS9,为查耳酮合成酶(chalcone synthase,CHS)参与类黄酮的合成。其中,CsPKS1和CsPKS7串联重复,是汉麻中酚萜类化合物合成通路中的橄榄醇合成酶(olivetolsynthases,OLS)。此外,CsPKS5和CsPKS8可能参与汉麻茋类化合物的生物合成。CsCHS的功能在进化中相对保守,而CHS-like的CsPKS的功能出现了分化。通过对汉麻不同组织部位和不同品种腺毛的RNA-seq数据分析,汉麻PKSs基因的表达存在组织特异性,尤其与酚萜类、类黄酮、茋类次生代谢产物密切相关的基因在雌花和苞片中特异性表达。结论为深入研究汉麻PKS基因家族的功能提供了方向,为进一步阐明汉麻中萜酚类化合物的生物合成机制和CsPKSs在汉麻中的生理功能奠定基础,并对开发新聚酮化合物药用资源提供理论基础。

关键词：汉麻基因家族聚酮合酶生信分析基因表达次生代谢产物

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葡萄HB基因家族全基因组鉴定及表达分析

南京农业大学学报 2022年第6期45卷 1126-1139页

作者：林艺灵刘众杰王子诚杨毓贤王令宇张川王晨贾海锋卢素文房经贵上官凌飞南京农业大学园艺学院/江苏省果树品种改良与种苗繁育工程中心江苏南京210095

[目的]本文旨在利用生物信息学方法鉴定葡萄同源异型盒(homeobox,HB)基因家族,对其序列和结构特征,进化特征和表达特性进行系统分析,筛选响应芽休眠及多种胁迫的候选葡萄HB基因。[方法]利用本地BLAST程序,以拟南芥HB基因为靶序列与葡萄... 详细信息

[目的]本文旨在利用生物信息学方法鉴定葡萄同源异型盒(homeobox,HB)基因家族,对其序列和结构特征,进化特征和表达特性进行系统分析,筛选响应芽休眠及多种胁迫的候选葡萄HB基因。[方法]利用本地BLAST程序,以拟南芥HB基因为靶序列与葡萄全基因组蛋白序列进行比对。利用ExPASy预测葡萄HB基因家族蛋白理化性质,并使用MapGene2Chro定位染色体。基于邻近法,利用MEGA X软件构建葡萄和拟南芥HB基因家族成员系统进化树。同时使用TBtools软件分析HB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。采用MCScanX分析HB基因家族成员在葡萄与拟南芥之间的基因组共线性。基于已有的转录组数据,分析HB基因在芽休眠、果实发育和不同非生物胁迫下的表达情况。[结果]在葡萄基因组中共鉴定出80个HB基因家族成员,分布在18条染色体上,根据进化分析将其分为9个亚族。家族成员氨基酸数量为66~1772,相对分子质量为(8.28~198.55)×103,等电点为4.60~10.03,亚细胞定位预测其主要定位于叶绿体之中。基因结构分析发现,葡萄HB基因家族成员均包含外显子,数量为1~20个。葡萄HB基因家族存在2对串联重复基因和23对共线性基因,在拟南芥和葡萄间存在82对共线性基因对。启动子顺式作用元件分析表明,HB家族含有光响应元件、多种激素响应元件、逆境胁迫响应元件和组织特异性响应元件等。葡萄HB家族蛋白中KNOX与BEL亚家族成员间互作关系最为密切。通过葡萄HB基因家族的表达谱分析发现,绝大部分HB家族成员在芽休眠和干旱胁迫下有显著差异表达,并且还发现了7个HB家族成员可能参与芽休眠调控,其中VvHB9和VvHB34可参与多种非生物胁迫。[结论]本研究鉴定并分析了葡萄HB家族成员的基本信息,基于转录组数据,筛选了多个参与芽休眠调控和能够响应多种非生物胁迫的关键基因。

关键词：葡萄 homeobox(HB) 基因家族鉴定非生物胁迫

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棉花查尔酮异构酶基因家族的鉴定及表达分析

华中农业大学学报 2023年第5期42卷 94-104页

作者：杨丹鲍军秀陈沛王斐汤寿伍刘海峰李鸿彬石河子大学生命科学学院石河子832003 绿洲城镇与山盆系统生态兵团重点实验室/新疆植物药资源利用教育部重点实验室石河子832000 中国彩棉(集团)股份有限公司乌鲁木齐830001

为研究陆地棉查尔酮异构酶CHI(chalcone isomerase)在彩色棉纤维发育及响应胁迫中的作用,对陆地棉基因组中GhCHI基因家族进行鉴定,开展蛋白理化性质、结构域、启动子顺式作用元件、蛋白质高级结构、系统进化分析,利用转录组数据和实时... 详细信息

为研究陆地棉查尔酮异构酶CHI(chalcone isomerase)在彩色棉纤维发育及响应胁迫中的作用,对陆地棉基因组中GhCHI基因家族进行鉴定,开展蛋白理化性质、结构域、启动子顺式作用元件、蛋白质高级结构、系统进化分析,利用转录组数据和实时荧光定量PCR分析其表达特征。结果显示,从陆地棉基因组中鉴定获得12个GhCHI基因家族成员,可分为2个亚家族,具有典型的查尔酮超家族结构域,编码201~452个氨基酸,主要为亲水性蛋白,二级结构主要以α-螺旋和无规则卷曲为主。GhCHI基因启动子顺式作用元件类型主要包含光反应元件、激素响应元件及参与类黄酮生物合成调控的元件等。表达分析结果显示GhCHI1、GhCHI2、GhCHI3、GhCHI4与纤维发育密切相关,尤其在彩色棉纤维发育后期的色素沉积着色时期表达水平较高;这4个基因在叶、花托、雌蕊中也具有较高的表达水平;GhCHI1、GhCHI2、GhCHI3在热胁迫、盐胁迫和干旱胁迫下均受到显著的诱导表达。GhCHI1―GhCHI4蛋白互作分析结果显示,它们可能和参与类黄酮合成的2-氧代戊二酸3-双加氧酶和类黄酮3´-单加氧酶等蛋白质存在相互作用。结果表明,GhCHI1、GhCHI2、GhCHI3和GhCHI4基因在彩色棉的纤维发育和胁迫应答中发挥重要作用。

关键词：天然彩色棉查尔酮异构酶基因家族纤维发育色素沉积

桔梗过氧化物酶Ⅲ基因家族的鉴定及辐射后表达分析

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核农学报 2023年第6期37卷 1089-1098页

作者：刘霄杜艳李雪虎晋玲马晓辉王富胜周利斌中国科学院近代物理研究所生物物理室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 甘肃中医药大学药学院甘肃兰州730000 定西市农业科学院甘肃定西743000 白银市科近重离子束生物产业创新研究院甘肃白银730900

为探究过氧化物酶Ⅲ(peroxidase classⅢ,PERs)基因家族在药用植物响应电离辐射中的作用,本试验研究了中药材桔梗的PERs(PgPERs)家族成员特性,及桔梗幼苗经高能重离子束和X射线辐射处理后PgPERs基因的表达量变化。通过序列比对、结构域... 详细信息

为探究过氧化物酶Ⅲ(peroxidase classⅢ,PERs)基因家族在药用植物响应电离辐射中的作用,本试验研究了中药材桔梗的PERs(PgPERs)家族成员特性,及桔梗幼苗经高能重离子束和X射线辐射处理后PgPERs基因的表达量变化。通过序列比对、结构域鉴定和蛋白保守基序分析,共获得53个PgPERs,其蛋白的序列长度多数为258~621个氨基酸,碱性蛋白占多数。启动子区调控元件分析结果说明PgPERs存在多个与生长发育、植物激素和逆境胁迫相关的顺式作用元件。进化分析结果显示,PgPERs基因家族主要分为5个簇,与拟南芥过氧化物酶Ⅲ(AtPERs)有29对共线性关系。高能重离子束辐射桔梗幼苗后检测到3个PgPERs基因表达量上调,X射线辐射处理后有8个PgPERs基因差异表达。这些差异基因编码的蛋白质二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主,三级结构的相似度高,并含有跨膜螺旋。以上结果表明,不同类型的电离辐射处理桔梗幼苗后,其PgPERs响应机制并不相同。本研究结果为探究电离辐射影响桔梗生长发育和辐射响应过程提供了新的视角。

关键词：桔梗过氧化物酶Ⅲ 基因家族电离辐射重离子束

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玉米KCS基因家族的生物信息学分析

玉米科学 2022年第5期30卷 19-26页

作者：苏桂华李春雷于晓明孙传波孙志超苏义臣吉林省农业科学院玉米研究所/玉米国家工程实验室(长春) 吉林公主岭136100 吉林农业科技学院吉林132101

蜡质可作为植物生长过程中抵御逆境的第一道“防护墙”,其主要成分是超长脂肪酸(Very Long Chain Fatty Acids,VLCFAs)的衍生物。β-酮脂酰CoA合成酶(βKetoacyl-CoA Synthase,KCS)参与超长链脂肪酸延伸的缩合反应,此反应是超长链脂肪... 详细信息

蜡质可作为植物生长过程中抵御逆境的第一道“防护墙”,其主要成分是超长脂肪酸(Very Long Chain Fatty Acids,VLCFAs)的衍生物。β-酮脂酰CoA合成酶(βKetoacyl-CoA Synthase,KCS)参与超长链脂肪酸延伸的缩合反应,此反应是超长链脂肪酸合成的限速步骤,决定VLCFAs的合成速率及碳链的长度。拟南芥KCS基因家族成员及功能已被鉴定,但玉米KCS基因家族成员及功能仍不清楚。根据拟南芥KCS蛋白序列和保守结构特征,对比鉴定出39个玉米KCS蛋白,并对其结构域、蛋白质理化性质、组织特异性表达等做出分析。结果表明,玉米KCS基因家族成员含有相似的保守结构域,按照系统发育将KCS基因家族成员划分9个亚家族,该基因家族分布在9条染色体上。玉米的KCS基因表达模式各不相同,不同玉米KCS基因可能在不同时期表达而调控不同组织的发育。

关键词：玉米 β-酮脂酰CoA合成酶基因家族生物信息学