大麦DUF668家族基因鉴定及表达分析

DUF668家族基因对植物逆境胁迫响应有重要作用。为探讨大麦DUF668家族基因的结构及表达模式,采用生物信息学的方法对大麦DUF668基因结构、蛋白结构、系统进化树、共线性及表达模式进行了分析。结果显示,供试大麦中共鉴定出9个DUF668基因,分布在5条染色体上。系统发育进化树将9个DUF668基因分为三个亚组,第Ⅰ亚组包括HvDUF668-01、HvDUF668-02和HvDUF668-09,内含子数量较多,均有11个内含子;第Ⅲ亚组包括HvDUF668-04、HvDUF668-05、HvDUF668-07和HvDUF668-08,内含子数0~3个,其中HvDUF668-04与HvDUF668-05没有内含子;第Ⅱ亚组包括HvDUF668-03和HvDUF668-06,内含子数量(9和7)介于第Ⅰ亚组和第Ⅲ亚组之间。蛋白保守基序分析表明,9个蛋白均含有DUF668保守结构域的特征序列及DUF3475保守结构域的特征序列(HvDUF668-06除外);第Ⅰ亚组蛋白的Motif数量(8~10个)比第Ⅱ、Ⅲ亚组(4~6个)多,且包含第Ⅱ、Ⅲ亚组中的所有Motif。表达谱分析表明,不同DUF668基因在不同组织和发育时期的表达量存在差异,HvDUF668-09在颖果中的表达量随着颖果的发育而升高,而HvDUF668-01和HvDUF668-02则相反;HvDUF668-01和HvDUF668-02在花序中的表达量随着花序的发育而升高。qRT-PCR结果显示,受黄矮病病毒侵染大麦幼苗与未受侵染幼苗相比,HvDUF668-04、HvDUF668-05和HvDUF668-08表达量提高了100~180倍。

大麦VQ基因家族鉴定及表达分析

【目的】鉴定大麦VQ基因家族成员并进行表达分析,为大麦VQ基因的功能挖掘提供理论依据。【方法】从大麦基因组中鉴定VQ基因家族成员,利用生物信息学方法对其结构特征及编码蛋白序列进行分析,基于转录组测序数据及实时荧光定量PCR方法进行大麦组织表达模式、盐胁迫和生物胁迫分析。【结果】在大麦基因组中鉴定出29个HvVQ基因(HvVQ1~HvVQ29),HvVQ蛋白序列平均长度较短(214 aa),多数HvVQ蛋白为碱性或偏中性蛋白,HvVQ基因不均地分布在大麦染色体上,定位于细胞核中。29个HvVQ蛋白均含有保守基序FxxxVQxhTG,近90%的HvVQ基因不含内含子。进化分析将大麦、拟南芥与水稻的VQ基因家族成员分为7个亚族(Ⅰ~Ⅶ),HvVQs基因不均地分布在Ⅱ~Ⅶ亚族中。大麦与水稻的共线性基因对数(17对)远多于与拟南芥的共线性基因对数(1对),种内共线性分析发现1对共线性基因对,非同义替换率/同义替换率(Ka/Ks)计算发现HvVQ蛋白主要处于纯化选择状态。HvVQ基因启动区富含生长发育作用元件、非生物胁迫反应元件和激素反应元件,种类及分布均呈多样性。对蛋白网络预测分析推断其与HvWRKY的2类亚族(Ⅱ-c和Ⅲ)存在互作关系。大多数HvVQ基因在组织中表达,HvVQ19在受到盐胁迫时表达量明显上调,在根尖和根伸长区表达量分别上调1.40和1.10倍;对其中10个HvVQ基因进行实时荧光定量PCR检测,HvVQ2基因在蚜虫和黄矮病毒胁迫下表达量均显著下调(倍数变化<0.5为显著抑制,>2.0为显著诱导),HvVQ7和HvVQ15基因在蚜虫和黄矮病毒胁迫下表达量上调最显著,其他7个HvVQ基因也均表现出差异表达。【结论】HvVQ基因家族成员存在序列保守性和进化性,其表达具有组织特异性,大多数成员表达水平受盐胁迫调控,有大量的激素响应元件,推测在生物和非生物胁应答中发挥重要调控作用。

大麦TIFY基因家族成员鉴定及表达分析

【目的】对大麦TIFY基因家族成员进行鉴定及表达分析,为进一步探究TIFY基因家族在大麦生长发育与胁迫响应中的作用机理打下基础。【方法】基于TIFY家族蛋白的保守域特征,利用HMMER从大麦中鉴定TIFY基因家族成员,利用采用生物信息学软件对其理化性质、保守基序、特征结构域、顺式作用元件、基因结构、系统进化及表达模式进行预测分析。【结果】从大麦中鉴定出15个HvTIFYs基因(HvTIFY1~HvTIFY15),分布于5条染色体上,且大多数基因在染色体上成簇分布。15个HvTIFYs蛋白均具有TIFY家族蛋白的特征结构域(TIFY),根据所含保守结构域的不同,可分为ZML(4个)和JAZ亚族(11个),且亲水性蛋白(14个)和偏碱性蛋白(11个)居多,但均定位于细胞核;二级结构相似度较高,均由α-螺旋、β-转角和无规则卷曲组成,除HvTIFY7蛋白外,其余蛋白二级结构所占比排序:无规则卷曲>α-螺旋>β-转角。HvTIFYs基因结构存在明显差异,其中,JAZ亚族11个基因的内含子数为0~6;ZML亚族4个基因的内含子数为6~7个,系统发育进化树上相邻分支的基因具有较相似的基因结构。HvTIFYs基因启动子区域富含光、激素和胁迫等顺式作用元件,种类及分布均呈多样性。5个物种的79条TIFY蛋白分为4个组,恰好与TIFY家族的4个亚族对应,其中,ZML、TIFY和JAZ亚族包含单、双子叶植物的TIFY蛋白,而PPD亚族仅含有双子叶植物的TIFY蛋白。15个HvTIFYs基因在不同组织器官中的表达量存在明显差异,其中HvTIFY1、HvTIFY2和HvTIFY8基因在8个组织中的表达量均较高,HvTIFY10和HvTIFY15基因表达量中等,HvTIFY6基因表达量较低;HvTIFY11基因不表达。15个基因在根的不同组织中对盐胁迫的敏感程度不同。【结论】从大麦中鉴定出的15个HvTIFYs基因存在一定的功能分化,具有明显的组织和时空特异性,推测其在大麦逆境响应和激素调节中具有重要调控作用。