葡萄与咖啡基因组的多倍化过程及共线性分析

以葡萄和咖啡的基因组为研究对象,基于比较基因组学和生物信息学的研究方法,通过比较基因组结构上的同源关系,确定物种进化中基因组加倍的性质,获取由全基因组加倍产生的重复基因。研究表明:葡萄和咖啡都发生过一次古老的全基因三倍化事件,产生了大量的同源重复基因;研究获得了种内、种间的同源基因,对物种间的同源基因进行了区分,并构建了葡萄和咖啡基因组的联合比对图谱,对这一结果进行形象地展示;在葡萄、咖啡基因组内分别获取了1 427(5.4%)个、1 543(6.0%)个由多倍化产生的重复基因对,在2个物种基因组间获取了7 462个重复基因对,为深入研究葡萄和咖啡基因组的进化提供了参考。

谷子淀粉合成酶家族分析

淀粉是植物光合作用的产物,主要在叶绿体中合成,是人类膳食的重要能量来源,同时也是一种重要的工业原料,被广泛应用于造纸、燃料、制药等行业。研究表明植物的淀粉合成与淀粉合成酶及一些其他关键酶有关。本研究以已知的水稻中淀粉合成酶基因为模板,鉴定出小麦、玉米、二穗短柄草、高粱和谷子淀粉合成酶家族的基因。我们分析了淀粉合成酶基因家族的系统进化树,结果发现它们在进化上具有高度的保守性。通过对保守基序进行分析,不同的基因所含有的保守motif的数目和位置差异很小,谷子淀粉合成酶的基序特征与其进化树基本一致。通过染色体定位分析,可以直观看出淀粉合成酶基因在每条染色体上分布不均匀。利用蛋白互作分析,可知淀粉的合成与多种酶相关,其中最主要的是与AGP酶相互作用。最后,用Cluster和Treeview程序构建了Heatmap图,发现淀粉合成酶基因在植物的生长和发育时期具有高度组织表达的特异性。由于谷子中淀粉含量的高低直接影响谷子的产量,因此,提高谷子淀粉含量和改良谷子淀粉品质已成为重要议题,对于谷子淀粉合成酶的研究具有显著的社会效益和经济效益。

甘薯Sporamin基因家族的结构特征及系统进化分析

Sporamin基因编码的特异贮存蛋白约占甘薯块根中蛋白总量的80%,是甘薯作物特性的重要氨基酸来源。Sporamin基因与编码KTI(Kunitz-type trypsin inhibitors)型大豆胰蛋白酶抑制剂的基因具有同源性,其蛋白产物具有胰蛋白酶抑制活性和肿瘤抑制活性。本研究鉴定了甘薯基因组中的Sporamin基因,预测并分析其在基因结构上的特征,并将此结构特征与Sporamin基因系统进化关联分析。研究鉴定发现普通甘薯(6X)具有极少的Sporamin基因,这可能是单倍型拼接的冗余或错误导致。全基因组加倍及共线性的关联分析发现,WGT和串联重复是Sporamin基因大量扩增的最主要因素,同时依赖基因丢失进行遗传资源的平衡控制。系统进化分析揭示了不同甘薯Sporamin基因的亲缘关系及进化速率差异,还发现较少比例的WGT重复基因可能导致Sporamin基因进化速率的加快。特异性基因表达分析发现部分持续高表达的Sporamin基因,蛋白互作分析发现部分Sporamin蛋白的可能作用通路。研究为甘薯Sporamin基因在分子生物学、遗传改良等领域的后续研究提供了数据材料,具有重要的参考价值与指导意义。