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柳属植物花发育相关的mads-box基因家族成员鉴定与表达分析

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福建农林大学学报（自然科学版） 2024年第3期53卷 355-363页

作者：王媛翁慧莹曾思文王苑李煜何理福建农林大学林学院福建福州350002 上海辰山植物园/华东野生濒危资源植物保育中心上海201602

【目的】利用基因组和转录组数据鉴定分析花发育相关的mads-box基因家族成员的结构特征及表达模式,为柳属花被缺失的分子机制研究提供理论依据。【方法】通过生物信息学方法鉴定柳属的长梗柳(Salix dunnii)、欧蒿柳(S.viminalis)、红皮... 详细信息

【目的】利用基因组和转录组数据鉴定分析花发育相关的mads-box基因家族成员的结构特征及表达模式,为柳属花被缺失的分子机制研究提供理论依据。【方法】通过生物信息学方法鉴定柳属的长梗柳(Salix dunnii)、欧蒿柳(S.viminalis)、红皮柳(S.purpurea)的mads-box基因家族成员,并对3种柳树花发育相关的mads-box基因系统发育关系、基因复制和丢失、基因结构和理化性质进行分析。根据雌雄花芽的转录组数据分析长梗柳花发育相关基因在花芽不同发育阶段的表达模式。【结果】在长梗柳、欧蒿柳和红皮柳中分别鉴定出82、82和98个mads-box家族基因。3种柳树的花发育相关基因经历了基因复制和丢失,相同亚类基因结构和保守结构域相似,但部分A、B、C和E亚类基因的K-box结构域缺失。长梗柳花发育相关基因的表达结果显示,在雌花和雄花中具有不同的表达模式。其中,B亚类Sdmads26和Sdmads4基因表达量均偏低。【结论】柳属植物花发育相关基因中部分成员的基因结构和表达模式发生了变化,推测这些变化可能与柳属花被缺失相关。

关键词：柳属花被 mads-box基因家族基因组转录组

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广寄生mads-box基因家族鉴定与分析

分子植物育种 2024年

作者：董晓蕊赵龙叶正文王青玉梁悌云王俏邹枚伶上海市农业科学院海南大学热带农林学院海南大学三亚南繁研究院海南盛大现代农业开发有限公司

mads-box基因是一类具有广泛的生物学功能，参与多物种生长发育过程的转录因子，在多个物种中的生物学特性已被鉴定，但在寄生植物中研究甚少。为深入了解广寄生mads-box基因家族的生物学特性，本研究利用生物信息学方法对广寄生mads-bo... 详细信息

mads-box基因是一类具有广泛的生物学功能，参与多物种生长发育过程的转录因子，在多个物种中的生物学特性已被鉴定，但在寄生植物中研究甚少。为深入了解广寄生mads-box基因家族的生物学特性，本研究利用生物信息学方法对广寄生mads-box家族进行鉴定，并对该家族进行详细的生物学分析。最终，从广寄生中鉴定出40个mads-box家族成员，以拟南芥为参考将这些基因分为7个亚类，它们不均匀分布于9条染色体上。广寄生该家族顺式作用元件数目较多，大量植物激素响应元件、逆境胁迫相关的作用元件以及参与光响应的顺式调节元件广泛存在于mads-box基因的启动子区域，表明mads-box基因在广寄生适应环境变化及生长发育过程中充当着重要角色。广寄生mads-box家族基因在不同组织中的表达量有差异，说明mads-box基因具有不同的组织特异性表达模式。广寄生mads-box蛋白质与植物开花时间密切相关，推测该基因可能在植物成花发育过程中发挥重要作用。本研究为挖掘mads-box家族在寄生植物生长发育、开花调控等过程中发挥的作用提供参考。

关键词：广寄生 mads-box基因家族生物信息表达分析

灰毡毛忍冬mads-box基因家族鉴定与CMB1基因克隆

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湖南中医药大学学报 2024年第3期44卷 383-394页

作者：付学森刘紫璇王玲龙雨青曾娟周日宝刘湘丹湖南中医药大学药学院湖南长沙410208 湘产大宗道地药材种质资源及规范化种植重点研究室湖南长沙410208 湖南省普通高等学校中药现代化研究重点实验室湖南长沙410208 湖南省中药饮片标准化及功能工程技术研究中心湖南长沙410208

目的鉴定灰毡毛忍冬Lonicera macranthoides mads-box家族基因并进行生物信息学分析与表达模式验证,克隆湘蕾型和野生型灰毡毛忍冬mads-box家族成员CMB1全长。方法基于转录组数据,利用在线工具对灰毡毛忍冬mads-box进行生物信息学分析,... 详细信息

目的鉴定灰毡毛忍冬Lonicera macranthoides mads-box家族基因并进行生物信息学分析与表达模式验证,克隆湘蕾型和野生型灰毡毛忍冬mads-box家族成员CMB1全长。方法基于转录组数据,利用在线工具对灰毡毛忍冬mads-box进行生物信息学分析,并利用qRT-PCR验证mads-box基因在不同品种中的表达模式,通过RT-PCR、RACE技术克隆湘蕾型和野生型灰毡毛忍冬CMB1基因全长。结果28个灰毡毛忍冬mads-box蛋白长度为89~359 aa,碱性蛋白占比85.7%,不稳定蛋白占比96.4%,亲水性蛋白占比96.4%,均定位于细胞核,均为无跨膜结构的非分泌蛋白。转录组显示,与野生型比较,湘蕾型中28个mads-box基因有17.86%表达下调,MIKCC型基因中有18.75%表达下调。克隆得到在两个品种的灰毡毛忍冬花中高度特异性表达的CMB1基因全长,均包含一个738 bp的ORF,编码245个氨基酸。CMB1基因在两个品种的花中表达量存在显著差异(Pmads-box家族基因,克隆得到湘蕾型与野生型灰毡毛忍冬CMB1基因全长,为进一步研究灰毡毛忍冬花发育、优良表型形成的分子机制提供研究基础与理论依据。

关键词：灰毡毛忍冬 mads-box基因家族表达分析 CMB1基因基因克隆表型变异

马银花mads-box基因家族系统进化与表达分析

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植物学报 2023年第3期58卷 404-416页

作者：孙福辉方慧仪温小蕙张亮生浙江大学农业与生物技术学院观赏植物基因组学与基因工程实验室杭州310058

杜鹃花属具有极高的物种多样性和观赏价值,其中马银花(Rhododendron ovatum)花型独特,具有低海拔适应性,在我国南方地区有良好的应用前景。基于杜鹃花目代表性植物的基因组信息,探究mads-box基因家族在杜鹃花目中的进化特点并挖掘马银... 详细信息

杜鹃花属具有极高的物种多样性和观赏价值,其中马银花(Rhododendron ovatum)花型独特,具有低海拔适应性,在我国南方地区有良好的应用前景。基于杜鹃花目代表性植物的基因组信息,探究mads-box基因家族在杜鹃花目中的进化特点并挖掘马银花的花器官发育关键基因。系统进化分析表明,杜鹃花科3个代表性物种(马银花、映山红(R.simsii)和马缨杜鹃(R.delavayi))中的mads-box基因家族成员数目较为一致,包括AP1、AP3、PI、AG和SEP等19个亚家族,其中SVP、ANR1、Mα、Mβ和Mγ亚家族成员数量较多。马银花的AG和SEP基因有多个拷贝,而AP3/PI基因的拷贝数目较少,显示出更加保守的进化模式。基因表达分析表明,马银花mads-box基因的表达模式存在组织特异性。AP1、AP3/PI、AG、SEP和MIKC*分支基因在花器官中特异性表达。综上,该文探讨了马银花mads-box基因家族进化历史,以及部分mads-box基因可能具有的功能,可为深入研究马银花的发育和mads-box基因功能提供参考。

关键词：马银花杜鹃花科 mads-box基因家族花发育表达分析

锥栗mads-box基因家族鉴定及组织特异性表达分析

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森林与环境学报 2023年第1期43卷 60-67页

作者：余玉云沈军柳明珠罗开金陈世品福建农林大学林学院福建福州350002

为研究mads-box基因家族在锥栗花和果实发育过程中的作用,在锥栗全基因组水平上,用生物信息学方法对其mads-box基因家族进行鉴定、理化性质分析、系统进化分析和染色体定位,分析其基因复制、基因结构、顺式作用元件和表达量。结果表明,... 详细信息

为研究mads-box基因家族在锥栗花和果实发育过程中的作用,在锥栗全基因组水平上,用生物信息学方法对其mads-box基因家族进行鉴定、理化性质分析、系统进化分析和染色体定位,分析其基因复制、基因结构、顺式作用元件和表达量。结果表明,锥栗基因组中存在60个ChM ADS-box基因,不均匀地分布在除了2号染色体(Chr2)外的11条染色体上,其中,存在4对串联重复和8对片段重复。根据系统发育关系,可将锥栗基因组的60个ChM ADS-box基因分为type-Ⅰ型(20个)和type-Ⅱ型(40个)。ChM ADS-box蛋白均含有mads结构域(Motif1和Motif2),且同亚家族基因显示出相似的基因结构。ChM ADS-box基因的启动子区域含有植物生长、光反应、激素反应和胁迫反应等顺式作用元件。ChM ADS-box基因在叶、雄花、雌花、果实和壳斗5种组织中具有特异性表达模式,表明其在植物生长发育过程中具有不同的功能。在果实和雄花发育的3个过程中,ChM ADS17、ChM ADS22、ChM ADS30、ChM ADS32、ChM ADS36、ChM ADS43、ChM ADS49、ChM ADS53表达较高,表明它们在锥栗花和果实发育过程中起到重要作用。

关键词：锥栗 mads-box基因家族全基因组鉴定生物信息学组织特异性表达分析

扁桃mads-box基因家族的筛选与生物信息学分析

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分子植物育种 2022年第5期20卷 1477-1486页

作者：刘兴跃何仲坚邱毅敏广州市林业和园林科学研究院广州510405

mads-box蛋白作为一种重要的转录因子,调控扁桃生殖和营养生长,分析鉴定扁桃mads-box基因家族,可以为探究扁桃生物学功能提供铺垫。基于扁桃基因组数据,通过HMMER 3.0软件分析扁桃的mads-box基因TypeⅠ型及MIKC型,使用MEGA 7.0、MEME完... 详细信息

mads-box蛋白作为一种重要的转录因子,调控扁桃生殖和营养生长,分析鉴定扁桃mads-box基因家族,可以为探究扁桃生物学功能提供铺垫。基于扁桃基因组数据,通过HMMER 3.0软件分析扁桃的mads-box基因TypeⅠ型及MIKC型,使用MEGA 7.0、MEME完成染色体定位、基因结构和Motif预测分析。在全基因组水平本研究一共鉴定出65个扁桃mads-box基因,染色体定位发现这些基因分布在八条染色体上,motif结果显示所有mads-box蛋白中都有mads结构域的存在,基因结构分析发现,外显子、内含子结构和长度在亚组表现一致。本研究利用生物信息学分析手段,鉴定了扁桃mads-box基因家族,获得扁桃开花和生长发育的相关基因,对发现扁桃开花器官的生长发育等一系列的重要性状和分子育种提供了重要的理论与应用价值。

关键词：扁桃 mads-box基因家族生物信息学系统进化树

烟草mads-box基因家族鉴定及其腋芽发育相关基因表达分析

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分子植物育种 2022年第7期20卷 2217-2232页

作者：潘志演唐博希田慧源范吴蔚彭剑涛刘国琴贵州大学烟草学院贵州省烟草品质研究重点实验室贵阳550025 玉溪市烟草公司易门县分公司玉溪651100

mads-box基因是调节植物芽生长发育的一类重要的转录调控因子。本研究基于烟草全基因组数据,对烟草(Nicotiana tabacum)mads-box基因进行了鉴定,并对其理化性质、进化关系、基因结构和保守基序分析,采用RT-qPCR的方法分析了6个mads-box... 详细信息

mads-box基因是调节植物芽生长发育的一类重要的转录调控因子。本研究基于烟草全基因组数据,对烟草(Nicotiana tabacum)mads-box基因进行了鉴定,并对其理化性质、进化关系、基因结构和保守基序分析,采用RT-qPCR的方法分析了6个mads-box基因在不同组织的表达特性和腋芽发育过程的表达变化。结果表明,烟草全基因组中有183个烟草mads-box成员,其CDS序列在321~1602 bp之间;烟草mads-box基因分为Type-Ⅰ型(Mα和Mγ)和Type-Ⅱ型(MIKC*和MIKCc)。系统发育树分析发现,Ntmads3、Ntmads25、Ntmads130编码的氨基酸序列与拟南芥(Arabidopsis thaliana)的SVP和AGL24具有较高的同源性,Ntmads53、Ntmads84、Ntmads29编码的氨基酸序列与番茄(Solanum lycopersicum)腋芽发育相关基因SIMBP11有较高的同源性。RT-qPCR结果发现,Ntmads3、Ntmads25、Ntmads29、Ntmads53、Ntmads84和Ntmads130在腋芽中的表达量较高,且其表达量与腋芽生长显著相关。可见,Ntmads3、Ntmads25、Ntmads29、Ntmads53、Ntmads84和Ntmads130可能参与调控烟草腋芽的生长。本研究为进一步深入研究mads-box基因在烟草腋芽发育中的作用提供了一定的参考信息。

关键词：烟草 mads-box基因家族腋芽基因表达

园林植物mads-box基因家族分析及花型调控关键基因挖掘和应用

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园林植物MADS-box基因家族分析及花型调控关键基因挖掘和应用

作者：孙福辉浙江大学

学位级别：硕士

园林植物具有丰富的物种多样性和广泛的环境适应性,并且是风景园林建设和景观营造中的重要材料。花是园林植物形态多样性和观赏价值的重要体现之一。基因编辑技术快速发展,鉴定和挖掘花型调控关键基因是将来利用基因编辑技术进行园林植... 详细信息

园林植物具有丰富的物种多样性和广泛的环境适应性,并且是风景园林建设和景观营造中的重要材料。花是园林植物形态多样性和观赏价值的重要体现之一。基因编辑技术快速发展,鉴定和挖掘花型调控关键基因是将来利用基因编辑技术进行园林植物新种质创新和利用的第一步。花器官发育主要由mads-box基因家族中ABCE花发育模型基因调控。本研究以园林植物为研究对象,基于基因组和转录组数据对mads-box基因家族进行了深入研究,重点挖掘园林植物中花型调控的关键基因,探讨其在花型育种过程中的应用价值。主要研究内容和结论如下:1、构建了313个被子植物系统发育树,包括大量园林植物,依据其系统发育关系依次将被子植物分为早期分化被子植物、单子叶植物、木兰类植物、早期分化真双子叶植物、菊类植物、葡萄目植物、石竹目植物、蔷薇类植物,9个类群。发现多个类群间mads-box基因总数存在显著差异,可能影响这些类群的花型多样性因素之一。确定了mads-box基因家族在被子植物共同祖先的22个亚家族:TypeⅠ:Mα、Mβ、Mγ;TypeⅡ:MIKC*-P、MIKC*-S、AP1/FUL、AP3、PI、AG、STK、AGL2/3/4、AGL9、AGL6、AGL12、AGL15、AGL32、SVP、Os mads32、ANR1、SOC1、TM8、FLC。2、mads-box亚家族进化特征和扩张方式存在差异。部分低拷贝亚家族在部分植物类群中发生过特异性丢失:AGL15同源基因在单子叶植物类群中丢失,Os mads32同源基因在早期分化真双子叶及随后物种进化过程中丢失。TypeⅠ型基因发生过多次串联重复。参与植物花器官发育(AP1/FUL、AP3/PI、AG/STK、SEP)环境适应性相关(FLC、SOC1、ANR1)mads-box亚家族的扩张主要由全基因组复制事件(WGD/WGT)。3、选取蓝星睡莲和月季等五个代表性植物,结合表达分析,细化了mads-box基因表达模式与特征。mads-box基因在营养器官和生殖器官中的表达模式具有广泛性和特异性,部分基因在外界胁迫下表达水平上调,体现其在进化过程中逐步复杂的表达模式和更加特异的基因功能分化。4、园林植物花型调控关键基因挖掘和应用。γ-WGT和近期WGDs促进了真双子叶植物花型调控关键基因进一步分化和扩张,且在物种丰富度高的园林植物类群内(如菊科、豆科、禾本科、兰科)保留了更多拷贝数。结合选择压力分析,推测花发育关键基因的新功能化对园林植物花型调控机制的多样性产生了影响。构建了月季(Rosa chinensis)、马银花(Rhododendron ovatum)、非洲菊(Gerbera hybrida)、小兰屿蝴蝶兰(Phalaenopsis equestris)、等园林植物的花发育模型,AP1/FUL、AP3/PI、AG是参与花型调控关键基因,初步探讨了这些关键基因在将来园林植物育种的潜在应用价值。综上所述,本研究对园林植物中mads-box基因家族在进行了鉴定和分类研究,系统鉴定了花发育的ABCE基因,挖掘了园林植物花发育关键基因,发现有些关键基因存在多个拷贝。关键基因亚功能化或新功能化促进了园林植物花的多样性,这些关键基因是未来培育新型园林植物的候选基因。当有成熟的园林植物基因编辑体系时,对上述关键基因进行编辑就可以获得优异园林植物新种质或新品种。

关键词：园林植物 mads-box基因家族花型调控表达分析基因挖掘花发育模型

木兰类植物mads-box基因家族的分子进化研究

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木兰类植物MADS-box基因家族的分子进化研究

作者：瞿皓月福建农林大学

学位级别：硕士

mads-box基因作为一类实行调控功能的转录因子在被子植物花器官发育过程中具有重要意义。该基因作为花器官身份基因,被分为A、B、C、D、E五类,其编码的蛋白质可以形成不同的蛋白多聚体,结合在DNA上影响下游各类花器官特征基因的表达,来... 详细信息

mads-box基因作为一类实行调控功能的转录因子在被子植物花器官发育过程中具有重要意义。该基因作为花器官身份基因,被分为A、B、C、D、E五类,其编码的蛋白质可以形成不同的蛋白多聚体,结合在DNA上影响下游各类花器官特征基因的表达,来决定不同花器官的形成。本研究利用生物信息学分析方法,对牛樟、鹅掌楸、蜡梅、鳄梨、胡椒、马兜铃和玉兰等木兰类植物的mads-box基因进行鉴定和分析,研究mads-box各亚家族基因在木兰类植物中的进化模式;获取蜡梅和鹅掌楸的转录组数据,对木兰类植物mads-box基因家族表达情况进行了分析。主要结果如下:1.在2种早期被子植物、3种双子叶植物、3种单子叶植物和7种木兰类植物中共鉴定筛选得到940条mads-box基因。同时,基于转录组数据信息,还在木兰类植物中鉴定得到364条mads-box基因。发育树拓扑结构显示,mads-box基因的I型和II型明显分为了两大支,其中I型mads-box分为了α、β、γ三类,II型mads-box进一步分为15类:SEP、AGL16、AP1\FUL、FLC、AG、SOC1、SVP、AGL15、ANR1、TM8、AGL12、Os mads32、AP3、BS、MICK。mads-box基因各亚家族分支基因在木兰类植物中广泛存在,亚家族分支的进化主要是来源于被子植物共同的基因复制事件。木兰类植物整体并未发生特异性的基因重复事件,只在其内部存在一些由种内或种间共同的全基因组复制事件(Whole-Genome Duplication,WGD)产生的基因复制。2.为探究木兰类植物mads-box基因是否存在结构变异,对木兰类植物mads-box蛋白序列进行保守Motif分析和基因结构分析,结果表明木兰类植物的mads-box基因结构比较保守,含有典型的mads和K-box结构域,不同分支间序列结构的差异较少。3.通过分析mads-box基因在蜡梅和鹅掌楸中不同组织器官的表达数据,可以明确出木兰类植物中的“ABCDE”功能基因:A功能基因为AGL6基因;B功能基因是AP3和PI基因;C功能基因和D功能基因同是AG基因;E功能基因是SEP基因。鹅掌楸中A和B功能基因的表达范围都出现了扩展,因此产生了A和B功能基因重叠的表达模式。与核心真双子叶植物相比,mads-box基因在木兰类植物的花器官中具有更广范围表达,其表达模式与来自早期被子植物花器官发生特性的边界衰减模型(fading borders model)类似,是一种更原始的表达模型。4.为探究木兰类植物mads-box基因的功能分化情况,对木兰类植物mads-box蛋白进行了富集分析,结果显示大部分基因作用于花的生长发育和RNA聚合酶II对转录的正调控过程。蛋白互作关系分析的结果表明各类mads-box蛋白之间都存在着密切的相互作用,对应了mads-box蛋白总是形成多聚体来发挥功能的特性。本研究阐述了木兰类植物mads-box基因家族较为保守的进化位置,构建了木兰类植物ABCDE功能基因独特的表达模式。进一步证实了木兰类植物在被子植物进化中比较原始的系统位置,增加了对被子植物花器官的研究了解。为研究被子植物的进化问题,揭示“恼人之谜”的发生过程提供了重要理论价值。

关键词：木兰类植物 mads-box基因家族花发育 ABCDE模型分子进化