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种业导刊 2024年第3期 7-13页

作者：刘欢龙陈玉琴河南科技大学应用工程学院河南三门峡472000 三门峡职业技术学院河南三门峡472000

对文冠果无内含子基因在不同染色体上的分布特征进行分析,并且研究了复制关系、KEGG富集及环境响应相关基因启动子区域中的顺式作用元件。结果表明,从文冠果基因组中鉴定出1858个无内含子基因,占基因总数的7.40%。每条染色体上无内含子... 详细信息

对文冠果无内含子基因在不同染色体上的分布特征进行分析,并且研究了复制关系、KEGG富集及环境响应相关基因启动子区域中的顺式作用元件。结果表明,从文冠果基因组中鉴定出1858个无内含子基因,占基因总数的7.40%。每条染色体上无内含子基因数量占染色体上基因总数的5.64%~9.07%,并且与该染色体长度及基因总数均存在正相关关系。基因染色体定位分析表明,无内含子基因更偏向分布于染色体的两端,而且超过90%的旁系同源对的K_(a)/K_(s)值小于1,说明文冠果无内含子基因在进化过程中主要经历纯化选择。无内含子基因的长度主要集中在201~1400 bp,而且平均长度明显短于总基因平均长度。KEGG富集分析表明,文冠果无内含子基因主要参与环境信息处理过程,并且在与环境胁迫响应相关基因的启动子区域发现大量与植物激素响应及胁迫响应相关的顺式作用元件。

关键词：文冠果无内含子基因生物信息学信号通路启动子

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葡萄基因组无内含子基因生物信息学及其表达分析

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南京农业大学学报 2018年第4期41卷 655-661页

作者：李傲崔梦杰刘众杰陈立德贾海峰上官凌飞房经贵南京农业大学园艺学院江苏南京210095

[目的]本文旨在研究葡萄(Vitis vinifera)无内含子基因的结构特征、功能以及表达特点。[方法]对葡萄19条染色体上4 906个(占整个基因组的13.8%)无内含子基因情况进行分析,并研究了无内含子基因的亚细胞结构、GO功能类型以及基因在不同... 详细信息

[目的]本文旨在研究葡萄(Vitis vinifera)无内含子基因的结构特征、功能以及表达特点。[方法]对葡萄19条染色体上4 906个(占整个基因组的13.8%)无内含子基因情况进行分析,并研究了无内含子基因的亚细胞结构、GO功能类型以及基因在不同组织的表达情况。[结果]葡萄无内含子基因数与每条染色体长度和染色体的基因总数存在正相关关系,每条染色体上无内含子基因占染色体上基因总数的1.2%~1.5%,同时无内含子基因在同一条染色体上的分布是不均匀的,更偏向富集于染色体的两端。葡萄无内含子基因的平均长度为997 bp,比总基因的平均长度短,是总基因长度的1/5。葡萄无内含子基因的亚细胞定位表明,基因产物分布在叶绿体上的数最多,线粒体上几乎没有。基因功能预测结果表明,葡萄无内含子基因主要为生长因子、转录调控、电压门控离子通道以及结构蛋白4种,其中更多参与生长调节。葡萄无内含子基因在不同组织中的表达水平低于有内含子的基因。[结论]葡萄无内含子基因与有内含子基因相比长度较短,表达水平较低。

关键词：葡萄无内含子基因生物信息学亚细胞定位预测功能预测基因表达

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禾本科无内含子基因的进化研究

禾本科无内含子基因的进化研究

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作者：陈勇石河子大学

学位级别：硕士

目的:真核生物无内含子基因在基因组中不被割裂,可不剪接连续翻译成蛋白质,是原核生物的经典的基因结构。目前关于无内含子基因的起源一直存在争议。“内含子早现”理论认为无内含子基因来源于断裂基因的内含子丢失。“内含子迟现”假... 详细信息

目的:真核生物无内含子基因在基因组中不被割裂,可不剪接连续翻译成蛋白质,是原核生物的经典的基因结构。目前关于无内含子基因的起源一直存在争议。“内含子早现”理论认为无内含子基因来源于断裂基因的内含子丢失。“内含子迟现”假说则强调祖先基因不具有内含子。然而,在以断裂基因为主的真核基因组中,无内含子基因究竟从何而来,其存在对真核生物的生存发展有何作用,是令人深思的问题。本研究通过对9种禾本科植物的无内含子基因的基因家族扩张与收缩规律、基因复制事件、功能富集与表达模式分析,揭示了无内含子基因的在真核基因组中的进化轨迹与功能分化的主要机制,并从内含子丢失角度阐述了无内含子基因形成机理。本研究不仅丰富了无内含子研究领域的成果,而且有助于多外显子基因与无内含子基因的功能特征比较研究,并为其他物种延续此类研究提供重要参考,同时对基因的起源与进化研究提供新的视角。方法:首先,基于开放数据平台Esenmbe与Phytozome的主要禾本科基因组数据,根据基因组注释信息对各物种进行无内含子基因鉴定。通过分析基因家族扩张/收缩,探索无内含子基因家族的演化规律。其次,进行基因复制事件的鉴定,使用同义替换率(Ks)与非同义替换率(Ka)评估基因的进化速率与面临的选择压力。此外,通过Gene Ontology(Go)富集分析与玉米、水稻基因表达数据资料相结合,分析了无内含子基因的保守功能与表达模式。对于内含子丢失现象的研究,将各物种的旁系同源基因对分为三组,分别进行进化速率与选择压力分析。通过分析无内含子与多外显子CDS区域的序列相似性,预测有可能产生无内含子序列的选择性剪接事件,并寻找两类基因的上下游的反转座子密度差异,以确定多内含子基因的内含子丢失是否是形成无内含子基因主要途径。最后使用拟南芥基因为参考外群,对其进化距离进行估算,讨论无内含子基因是否存在着相对较快的进化速率。结果:(1)无内含子基因约占禾本科植物基因组13%—30%,平均比例约为22%。(2)548个无内含子基因家族经历了显著的扩张,但扩张家族的基因拷贝数变化相对稳定。在多外显子基因复制之后,无内含子基因主要以转座复制进行扩张,并经历着较小的选择压力。(3)无内含子基因主要富集在“UDP-glycosyltransferase activity”、“negative regulation of catalytic activity”、“response to auxin”等生长发育调节功能,维持生物体基础的生长需要。另外,无内含子基因的表达水平低于多外显子基因,但表达能力更加稳定和高效。(4)在自然选择接受的条件下,存在着多外显子基因向无内含子基因转变的内含子丢失现象,且含有单个内含子的基因的内含子丢失对物种的生存和发展更加有利。与此同时,基于拟南芥基因的演化距离估计发现,通过内含子丢失形成的某些禾本科基因家族内的无内含子基因正在快速进化。(5)无内含子基因与多外显子基因的CDS序列比对发现,10%-50%的无内含子序列的形成与多外显子基因的选择性剪接有关,且单个内含子丢失的比例最高。该结果与物种基因组大小存在较强的相关性(R=0.93,P=0.0025)。此外,各物种基因上下游50＿1,000 bp的范围内,无内含子基因的反转座子密度高于多内含子基因。结论:在禾本科植物中,无内含子基因主要负责植物生长发育的基础能量代谢,其表达具有稳定、高效的特征。无内含子基因的形成与逆转录转座复制事件(TRD)和基因家族显著的稳定的扩张相关。另外,通过对内含子丢失现象的分析,解释了禾本科中无内含子基因的产生机制,即多内含子基因转录后,经过选择性剪切产生的无内含子m RNA序列,在逆转录酶的介导下反转录插入基因组序列,从而形成无内含子基因。总之,此研究结合功能表达与起源机制探究,凸显了无内含子基因在禾本科中不可替代的地位。

关键词：无内含子基因进化功能内含子丢失起源

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蔷薇科物种无内含子基因数据库构建及进化分析

蔷薇科物种无内含子基因数据库构建及进化分析

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作者：陈天哲安徽农业大学

学位级别：硕士

真核生物中的无内含子基因是比较基因组学和进化生物学研究中的重要对象,对无内含子基因的分析有重要意义。一些关于无内含子基因的数据库已经构建完成,但这些数据库目前存在着一些局限性,如只侧重于一个物种、功能单一和缺乏维护已经... 详细信息

真核生物中的无内含子基因是比较基因组学和进化生物学研究中的重要对象,对无内含子基因的分析有重要意义。一些关于无内含子基因的数据库已经构建完成,但这些数据库目前存在着一些局限性,如只侧重于一个物种、功能单一和缺乏维护已经无法使用等。蔷薇科的许多物种在农业和加工业中有着重要的经济价值,针对蔷薇科物种的无内含子基因还未进行过相关分析。为此,在本课题中,鉴定蔷薇科6个物种（草莓、苹果、砀山酥梨、欧洲梨、梅和桃）的无内含子基因,分析序列属性、亚细胞定位、基因功能、基因本体和蛋白互作网络等性质和功能;还对基因家族扩张和收缩、物种内和物种间共线性、环境选择压力和基因复制事件等进化方面及无内含子基因的表达进行分析,以期了解蔷薇科6个物种无内含子基因的性质特征、进化过程的特点和表达模式,为功能基因、基因组进化和相关割裂基因等后续分析提供数据支持。且基于上述分析结果,构建完成蔷薇科物种无内含子基因数据库,方便相关数据的交流共享。主要结果如下:（1）从草莓、苹果、砀山酥梨、欧洲梨、梅和桃中,共鉴定出26260个无内含子基因。染色体上无内含子基因数目与全部基因数目间存在线性关系。大部分无内含子基因蛋白序列长度小于500个氨基酸;等电点的值分布在5～10之间;相对分子量集中在150000之前。分布在细胞质中的无内含子基因数目最多。（2）PPR基因家族、AP2/ERF转录因子家族、SAUR基因家族、UDP-葡萄糖醛酸转移酶/UDP-葡萄糖基转移酶家族、NBS-LRR基因家族、蛋白激酶家族和锌指蛋白家族在无内含子基因中占比较多。（3）在直系同源基因中筛选出181个受到正选择效应的同源基因对,在旁系同源基因中筛选出722个受到正选择效应的同源基因对。（4）内含子基因与全部基因间单拷贝、分散重复、近端重复、串联重复和染色体片段复制五种复制类型占比基本相同。无内含子基因在造成物种分化的基因复制事件中同时发生大规模的内含子获得与丢失事件。（5）EF-hand蛋白家族、Hsp20蛋白家族、泛素蛋白家族、AP2/ERF转录因子家族和H4组蛋白家族等无内含子基因在根、茎、芽、叶、花和果实等不同组织,以及苹果、砀山酥梨和欧洲梨开花后不同时期的果实、叶和果皮中表达相对较高。胚胎发育晚期丰富蛋白家族、F-box蛋白家族、EF-hand蛋白家族、LTR copia型gag多肽家族、P450细胞色素家族、UDP-葡萄糖醛酸转移酶/UDP-葡萄糖基转移酶家族、PPR基因家族、NB-ARC基因家族和NBS-LRR基因家族等无内含子基因的表达在蔷薇科物种适应环境的过程中发挥了重要作用。（6）构建完成蔷薇科物种无内含子基因数据库（RIGD,***）。

关键词：蔷薇科无内含子基因功能分析进化分析数据库

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葡萄无内含子基因的识别与分析

葡萄无内含子基因的识别与分析

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作者：李傲南京农业大学

学位级别：硕士

葡萄（Vtis vinifera）是葡萄科葡萄属的多年生的藤本植物,是最为古老的被子植物之一,葡萄的化石在第三纪地层被发现。葡萄的发源地在亚洲西部,现如今各个地方均有种植。2007年,科学家们完成了欧亚葡萄品种基因组序列图的绘制,不仅让葡... 详细信息

葡萄（Vtis vinifera）是葡萄科葡萄属的多年生的藤本植物,是最为古老的被子植物之一,葡萄的化石在第三纪地层被发现。葡萄的发源地在亚洲西部,现如今各个地方均有种植。2007年,科学家们完成了欧亚葡萄品种基因组序列图的绘制,不仅让葡萄成为被子植物中第四个完成测序的物种,而且此次研究第一次揭开了果树类基因组的密码。此外,随着全基因组测序的完成,葡萄也成为了第一个果实测序以及第三个双子叶植物测序的植物,接下来完成此类测序的就是毛果杨和拟南芥,这些研究对进一步提供遗传证据起到了非常关键的作用（Jaillon等,2007）。葡萄的全基因组大小约为500 Mb,是拟南芥基因组大小的3至4倍。值得一提的是,模式植物拟南芥中的很多预测序列已经被证实是正确的,进一步说明了生物信息学在序列的验证方面起到了很重要的作用。为认识无内含子基因的功能,需要先筛选出无内含子基因,然后将其进行分类研究。本实验用葡萄作为试验材料,通过生物信息学的方法先筛选出葡萄上的无内含子基因,然后对葡萄基因家族中大多数基因均为无内含子的SAUR基因家族进行全基因组鉴定分析,这项研究不仅进一步认识葡萄无内含子基因家族提供了重要的信息,而且通过对葡萄基因家族的特征分析、功能研究以及进化分析,从生物信息学角度来预测了其潜在的功能,为实验验证其基因功能提供了重要参考信息。1.为了解葡萄（Vtis vinifera）无内含子基因的结构特征,基因功能以及表达分析。本研究分析了葡萄19条染色体上4906（13.8%）个无内含子基因情况,并进一步对葡萄无内含子基因的功能、结构以及在不同组织中基因的表达情况进行分析。对无内含子基因的结构研究表明,葡萄无内含子基因的数量与葡萄19条染色体的长度以及染色体上基因的数量均为正相关的关系,葡萄染色体上的无内含子数量占该条染色体总基因数的1.2%～1.5%,同时无内含子基因在染色体上的分布是不均匀的,它们更偏向富集于染色体的两端。葡萄无内含子基因的长度平均为997bp,比总基因平均长度要短,是总基因平均长度的五分之一。亚细胞定位表明葡萄的无内含子基因的产物主要分布在叶绿体中,线粒体上几乎没有。基因功能预測结果表明,葡萄无内含子基因主要担当生长因子,转录调控,电压门控离子通道以及结构蛋白4种功能,其中更多参与生长调节功能。葡萄无内含子基因在不同组织中的基因表达水平要低于含有内含子的基因。葡萄无内含子基因与有内含子基因相比长度较短,表达水平相对较低。2.为了研究葡萄早期应答生长素基因SAUR（Small auxin-up RNA）家族,本研究利用全基因组信息鉴定了葡萄64个SAUR家族成员,对SAUR家族基因的组织表达、染色体定位、进化与功能、氨基酸特性以及基因结构进行分析。利用Gene Structure Display Server绘制基因结构图;运用ProtParam tool分析氨基酸基本理化性质;运用已有的葡萄芯片数据对不同组织中基因表达水平进行分析。结果表明,葡萄全基因组上64个SAUR家族基因在19条染色体中的8条中存在,并呈簇状分布,主要分布在3、4号染色体上,其中Chr3上数量最多为37个;葡萄SAUR家族基因长度较短,有59个基因是不含有内含子的;蛋白理化特征分析显示,多数SAUR蛋白呈碱性,结构稳定性较差,蛋白脂溶指数高,呈亲水性;基因功能预测结果表明,葡萄SAUR基因主要担当生长因子,结构蛋白,转录,转录调控以及响应胁迫应答和免疫应答6种功能,其中更多参与生长调节功能;根据系统进化可将其分为10个分支,另外不同组织中的基因表达结果表明SAUR基因家族成员在不同组织中的表达情况不同,并对非生物胁迫有一定的调节作用。这些信息为葡萄SAUR基因家族的功能分析奠定了一定的工作基础。

关键词：葡萄无内含子基因系统进化基因表达

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