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Identification and Characterization of zf-hd Genes in Response to Abscisic Acid and Abiotic Stresses in Maize

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Phyton-International Journal of Experimental Botany 2023年第3期92卷 707-723页

作者： Xiaojie Jing Chunyan Li Chengjuan Luo Chaonan Yao Jiahao Zhang Tingting Zhu Jiuguang Wang Chaoxian Liu College of Agronomy and Biotechnology Southwest UniversityChongqing400715China Engineering Research Center of South Upland Agriculture Ministry of EducationChongqing400715China Key Laboratory of Application and Safety Control of Genetically Modified Crops Chongqing400715China

The zinc finger homeodomain(zf-hd)genes belong to the homeobox gene family,playing critical roles in flower development and stress *** their importance,however,to date there has been no genome-wide identification and characterization of the zf-hd genes that are probably involved in stress responses in *** this study,24 zf-hd genes were identified,and their chromosomal locations,protein properties,duplication patterns,structures,conserved motifs and expression patterns were *** results revealed that the zf-hd genes are unevenly distributed on nine chromosomes and that most of these genes lack *** and two zf-hd genes have undergone segmental and tandem duplication,respectively,during genome *** 24 zf-hd transcription factors were classified into six major groups on the basis of protein molecular evolutionary *** expression profiles of these genes in different tissues were evaluated,resulting in producing two distinct ***-hd genes are preferentially expressed in reproductive ***,expression profiles of the 24 zf-hd genes in response to different kinds of stresses revealed that ten genes were simultaneously up-regulated under ABA,salt and PEG treatments;meanwhile four genes were simultaneously *** findings will pave the way for deciphering the function and mechanism of zf-hd genes on how to implicate in abiotic stress.

关键词： Maize(Zea mays L.) zf-hd evolutionary relationship expression pattern abiotic stress

甘蓝型油菜zf-hd基因家族的鉴定与系统进化分析

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植物学报 2019年第6期54卷 699-710页

作者：宋敏张瑶王丽莹彭向永曲阜师范大学生命科学学院

zf-hd是一类植物特有的转录因子,在植物生长发育及胁迫响应过程中发挥重要作用。利用生物信息学方法,在甘蓝型油菜(Brassica napus)基因组中鉴定到62个zf-hd基因,其中83.9%的基因缺乏内含子, 93.5%的Bnzf-hd等电点大于7,预测定位于细胞... 详细信息

zf-hd是一类植物特有的转录因子,在植物生长发育及胁迫响应过程中发挥重要作用。利用生物信息学方法,在甘蓝型油菜(Brassica napus)基因组中鉴定到62个zf-hd基因,其中83.9%的基因缺乏内含子, 93.5%的Bnzf-hd等电点大于7,预测定位于细胞核的蛋白大多由100个以上氨基酸组成。根据进化关系可将其分为6个亚群,在每个亚群中,甘蓝(***)和白菜(***)的zf-hd基因数量相等或近似相等,而甘蓝型油菜的zf-hd基因数量接近或等同于甘蓝和白菜的zf-hd基因数量之和。同一亚群的motif数量和类型高度相似。共线性分析结果显示,全基因组三倍体化使zf-hd基因在二倍体祖先得到扩张,而异源多倍体化又进一步使甘蓝型油菜zf-hd基因家族扩张。Ka/Ks值说明大多数zf-hd基因在进化过程中受到了纯化选择。所有Bnzf-hd基因都具有光响应元件,2/3的基因具有MeJA、ABA和厌氧诱导顺式作用元件,推测这些基因可能参与相关生物学过程。研究结果为进一步挖掘该家族基因的生物学功能奠定基础,同时为揭示多基因家族在异源多倍体中的进化式样提供借鉴。

关键词：甘蓝型油菜 zf-hd 进化共线性分析顺式作用元件

ABA和干旱胁迫下菊花脑zf-hd基因家族的表达分析

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生物技术通报 2023年第11期39卷 270-282页

作者：陈楚怡杨小梅陈胜艳陈斌岳莉然东北林业大学园林学院哈尔滨150040

干旱是影响菊花生长发育和产量的重要非生物因子,在应对干旱胁迫时zf-hd转录因子家族起着重要的作用。菊花脑是研究菊花遗传育种机制的模式植物,筛选其抗旱相关基因可为菊花相关研究奠定基础。本研究在菊花脑基因组基础上,建立了本地数... 详细信息

干旱是影响菊花生长发育和产量的重要非生物因子,在应对干旱胁迫时zf-hd转录因子家族起着重要的作用。菊花脑是研究菊花遗传育种机制的模式植物,筛选其抗旱相关基因可为菊花相关研究奠定基础。本研究在菊花脑基因组基础上,建立了本地数据库以实现本地BLAST,并利用Pfam数据库、HMMER、DNAMAN、MEGA、Tbtools、ExPASy、WOLF PSORT在线网站及实时荧光定量技术,对zf-hd基因家族进行筛选以及生物信息学和表达分析。最终在菊花脑基因组中共鉴定出19个Cnzfhd基因,分为Zhd、MIF两个亚家族,其中Zhd亚族包括I-VI亚群。家族成员的组织特异性表达具有时间和空间差异性,且启动子区富含与生长发育、胁迫和激素相关的响应元件。RT-qPCR结果显示,19个Cnzf-hd基因均响应干旱胁迫和ABA处理,且在干旱条件下均被诱导表达。Cnzf-hd4、Cnzf-hd5、Cnzf-hd9、Cnzf-hd10、Cnzf-hd14、Cnzf-hd15、Cnzf-hd19这7个基因在ABA处理中被诱导表达,亚群VI在调控菊花脑抗旱性方面起着重要作用。另外,Cnzf-hd1基因的表达在干旱条件下持续上调,可作为抗旱相关的候选基因,但其对ABA的敏感性需要进一步研究。

关键词：菊花脑干旱胁迫 zf-hd 转录因子 ABA 生物信息学表达分析

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石榴zf-hd基因家族鉴定与分析

河南农业科学 2022年第6期51卷 119-125页

作者：付鸿博李杰杨永超袁盛勇红河学院生物科学与农学学院云南省高校滇南特色生物资源研究与利用重点实验室云南蒙自661199

通过对石榴(Punica granatum)全基因组的研究,鉴定了zf-hd基因家族,以深入了解其基因功能。基于系统的生物信息学分析,共鉴定15个Pgzf-hd基因,编码蛋白质的氨基酸数量在98~365个,Pgzf-hd03和Pgzf-hd04为酸性蛋白质,其余的家族成员均为... 详细信息

通过对石榴(Punica granatum)全基因组的研究,鉴定了zf-hd基因家族,以深入了解其基因功能。基于系统的生物信息学分析,共鉴定15个Pgzf-hd基因,编码蛋白质的氨基酸数量在98~365个,Pgzf-hd03和Pgzf-hd04为酸性蛋白质,其余的家族成员均为碱性蛋白质,所有家族成员均为不稳定的亲水性蛋白质,超过70%的蛋白质定位在细胞核上。二级结构中,β-折叠所占比例最低,无规则卷曲所占比例最高。系统进化树分析将15个Pgzf-hd基因分成5类,分别为zf-hdⅠ、zf-hdⅡ、zf-hdⅢ、zf-hdⅤ和MIF,zf-hdⅢ类别中包含了最多的Pgzf-hd成员,没有Pgzf-hd基因被归到zf-hdⅣ类别中。基因结构和保守基序分析发现,motif2和motif4高度保守且均含有多个高度保守的活性位点,zf-hdⅡ类别中motif数量最多,motif8只在zf-hdⅠ类别的基因中被鉴定到。大部分Pgzf-hd基因只有1个外显子,基因结构简单,同一类别的基因具有相似的保守基序和基因结构。染色体定位和基因复制分析发现,15个Pgzf-hd基因不均匀地分布在石榴的8条染色体上,鉴定到3对基因存在大片段复制事件,不存在串联重复事件。启动子分析表明,Pgzf-hd基因在植物激素响应、生长发育和逆境胁迫响应等方面均发挥重要作用。

关键词：石榴 zf-hd 生物信息学启动子分析基因复制事件

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马铃薯zf-hd基因家族的鉴定与分析

山东农业大学学报（自然科学版） 2021年第3期52卷 384-387页

作者：李朝睿上海交通大学农业与生物学院上海200240

为了进一步研究zf-hd基因家族在马铃薯中作用,本研究利用各类基因家族分析软件对马铃薯zf-hd家族成员进行全基因组鉴定与分析。结果表明,马铃薯zf-hd家族共包含20个成员,大部分基因都只含有2个内含子。19个马铃薯zf-hd成员分布于6条染... 详细信息

为了进一步研究zf-hd基因家族在马铃薯中作用,本研究利用各类基因家族分析软件对马铃薯zf-hd家族成员进行全基因组鉴定与分析。结果表明,马铃薯zf-hd家族共包含20个成员,大部分基因都只含有2个内含子。19个马铃薯zf-hd成员分布于6条染色体上,有三对重复基因,其中两对为重复串联基因,另一对为片段重复基因。根据进化关系和保守结构域分布可以分为Zhd和MIF和UN三个亚家族,同一亚家族成员之间motifs特征相似。组织差异表达表明,几乎所有的zf-hd在马铃薯中都在叶片中表达。在非生物胁迫中,在干旱(利用甘露醇模拟)和高盐胁迫下马铃薯zf-hd基因均高表达。本研究进一步揭示了zf-hd在马铃薯中的保守性和参与马铃薯生长与抗逆的潜在功能,为后续研究奠定基础。

关键词：马铃薯 zf-hd 基因家族生物信息学

大豆zf-hd蛋白家族的全基因组序列特征分析

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江苏农业学报 2011年第3期27卷 675-677页

作者：张大勇王长彪易金鑫徐照龙何晓兰朱虹润马鸿翔江苏省农业科学院生物技术研究所江苏南京210014 山西省农业科学院棉花研究所山西运城044000

同源异形盒基因家族的同源域蛋白在植物、动物和真菌发育过程中作为转录因子起着重要的作用[1]。自从1993年Schinder首次发现植物同源结构域（Phd,Plant home-odomain）以来,还发现在拟南芥蛋白HAT3.1和HOXIA内含有一段富含半胱氨酸的... 详细信息

同源异形盒基因家族的同源域蛋白在植物、动物和真菌发育过程中作为转录因子起着重要的作用[1]。自从1993年Schinder首次发现植物同源结构域（Phd,Plant home-odomain）以来,还发现在拟南芥蛋白HAT3.1和HOXIA内含有一段富含半胱氨酸的保守序列,此序列与金属离子结合结构域（Metal-binding domains）非常相似[2]。

关键词： zf-hd 基因结构染色体定位蛋白结构域系统进化

番茄zf-hd转录因子的全基因组挖掘及抗逆相关基因筛选

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番茄ZF-HD转录因子的全基因组挖掘及抗逆相关基因筛选

作者：胡靖康东北农业大学

学位级别：硕士

因沉番茄因风味极佳、集经济和科研价值为一体而闻名,在全球被种植推广,同时它也是作物遗传进化研究过程中颇具代表性的模式植物,目前已完成全基因组测序,为番茄基因组水平的研究提供便利条件。低温、干旱、高盐等逆境环境对农作物的产... 详细信息

因沉番茄因风味极佳、集经济和科研价值为一体而闻名,在全球被种植推广,同时它也是作物遗传进化研究过程中颇具代表性的模式植物,目前已完成全基因组测序,为番茄基因组水平的研究提供便利条件。低温、干旱、高盐等逆境环境对农作物的产量和品质具有十分重要的影响。干旱和土壤盐渍化是农业栽培中面临的严重问题,为提高农产品产量和质量、同时提高农业水资源及耕地的利用效率,除新灌溉技术、栽培技术及土壤改良技术的应用外,抗逆品种的选育和推广至关重要。因此明确植物抗逆应答机制,挖掘可利用的抗逆基因资源以及探索抗逆基因资源的利用方式在农作物抗逆品种的选育工作中显得尤为重要。目前在对植物的抗逆相关研究中发现,转录因子通过与其他相关蛋白或自身之间的相互作用激活或抑制相关基因的表达,进而在植物对逆境条件的适应性中发挥着重要的调控作用。Zinc-finger homeodomain(zf-hd)转录因子家族成员是调控植物生长发育的重要角色,它还与植物应对胁迫有关。尽管在很多植物中都有与该基因家族相关的研究,但还没有有关番茄中zf-hd家族特点的研究。故本实验鉴定番茄zf-hd基因并分析基因结构、亚族分组和基因表达模式。实验结果为番茄抗逆育种及植物抗逆机理的研究奠定基础。实验结果如下:1本实验通过生物信息学方法鉴定并筛选出22个番茄zf-hd家族的成员,并同过系统进化分析分为7个亚族,通过染色体定位分析将22个成员定位到番茄12条染色体中的6条上,最后再通过分析结构元件等证明它们大部分结构较为保守;2在分族后进一步筛选出15个zf-hd基因,实验结果证明不同基因在不同组织中表达量各不相同,结果发现SL-ZH1、SL-ZH6、SL-ZH14、SL-ZH15、SL-ZH17、SL-ZH19、SL-ZH20、SL-ZH22在根中表达量较高,SL-ZH7、SL-ZH10、SL-ZH19、SL-ZH21在茎中表达量较高、SL-ZH2、SL-ZH7、SL-ZH8、SL-ZH10、SL-ZH13、SL-ZH15、SL-ZH16在叶中表达量较高,SL-ZH1、SL-ZH2、SL-ZH15、SL-ZH21、SL-ZH22在花中表达量较高;3在筛选出的15个zf-hd基因中,不同基因参与不同的逆境应答,SL-ZH7、SL-ZH8、SL-ZH13与抗低温相关,SL-ZH8、SL-ZH10、SL-ZH13、SL-ZH15、SL-ZH16、SL-ZH17、SL-ZH21、SL-ZH22与抗旱相关,全部15个基因都与抗盐相关;4对SL-ZH13与SL-ZH22两个基因进行VIGS功能验证,结果发现分别沉默这两基因后,植株整体抗旱和耐盐能力下降,尤其耐盐能力下降明显。

关键词：番茄 zf-hd 转录因子生物信息学逆境胁迫基因沉默

玉米zf-hd转录因子家族耐盐、抗旱相关基因的鉴定及特性分析

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玉米ZF-HD转录因子家族耐盐、抗旱相关基因的鉴定及特性分析

作者：李春艳西南大学

学位级别：硕士

玉米是世界上重要的粮食作物,可用于饲料、食品和工业原料。玉米生产在国民经济中占有重要的作用,但是干旱、盐渍等非生物胁迫严重影响玉米的产量,是导致玉米减产的主要因素。利用生物信息学技术挖掘与抗旱、耐盐相关基因,为玉米的分子... 详细信息

玉米是世界上重要的粮食作物,可用于饲料、食品和工业原料。玉米生产在国民经济中占有重要的作用,但是干旱、盐渍等非生物胁迫严重影响玉米的产量,是导致玉米减产的主要因素。利用生物信息学技术挖掘与抗旱、耐盐相关基因,为玉米的分子育种提供了有效的途径。zf-hd是陆生植物特有的一类转录因子,在植物的生长发育及非生物胁迫过程中发挥重要的调控作用。在拟南芥和水稻中与抗逆相关的zf-hd转录因子的功能已相继被报道,而在玉米中却鲜有研究。因此筛选响应干旱、盐胁迫的zf-hd基因对培育抗逆玉米新品种具有重要意义。本研究通过生物信息学的方法在玉米全基因组中鉴定zf-hd基因,系统分析了该基因家族序列特性、进化关系及干旱、高盐和脱落酸条件下zf-hd基因的表达特性。主要研究结果如下:（1）通过Blastp同源搜索,在玉米全基因组中共鉴定了24个非重复zf-hd基因,这些基因不均衡的分布在玉米的9条染色体上（第9号染色体除外）。通过分析发现,有3对旁系同源基因参与了片段重复,1对旁系同源基因参与了串联重复。（2）通过对玉米的zf-hd基因家族结构预测,发现玉米有21个占总数87.5%基因没有内含子,这无内含子特点同样也发现在拟南芥和水稻上。分子进化关系表明,24个zf-hd基因被分为6个亚类,且同一亚族基因结构和蛋白基序的种类及排列顺序非常相似,证明该家族基因序列高度保守。（3）利用qTeller转录组数据库,分析zf-hd家族成员在玉米12个组织的表达特性。结果表明,旁系同源基因对的表达模式较为相似。此外,大多数基因在雄穗和雌穗和幼胚中高度表达,近一半基因在花丝中高度表达,表明该家族基因参与玉米花及幼胚发育过程并发挥重要作用。（4）分析24个zf-hd基因启动子序列的的顺式作用元件,发现18个占总数75%的基因含有ABRE顺式元件。此外,我们利用荧光定量PCR技术对所有基因干旱、高盐和ABA诱导表达模式进行了鉴定,结果表明,所有基因响应干旱或盐胁迫或ABA,其中ZmZhd11和ZmZhd12这两个基因除了受强烈响应这三种处理,在干旱和高盐诱导下表达显著上调,表明这两个基因可能依赖ABA传导途径调控抗逆胁迫过程。（5）分析候选基因ZmZhd11和ZmZhd12编码的蛋白序列,发现氨基酸长度、组成及立体结构非常相似。然后构建超表达载体为之后利用过表达技术研究其在非生物胁迫的作用机制奠定基础。

关键词：玉米 zf-hd 进化关系表达模式非生物胁迫