草地早熟禾胚胎发生标记基因BBM的鉴定及系统进化分析

【目的】利用生物信息学方法,鉴定草地早熟禾(Poa pratensis)胚胎发生标记基因PpBBM,并通过保守基序比对和进化树分析,推测可能具有孤雌生殖功能的PpBBM基因。【方法】基于草地早熟禾转录组数据库信息,检索PpBBM基因。通过生物信息学软件分析PpBBMs蛋白理化特性,比较不同PpBBMs蛋白的系统进化关系和保守基序差异。【结果】共获得3个具有完整开放阅读框的PpBBMs基因,其编码的蛋白均含有2个AP2结构域,其中,PpBBM1和PpBBM2具有相同的motif类型和数量。3个PpBBMs蛋白都是酸性蛋白,定位于细胞核,不存在跨膜结构和信号肽。系统进化分析表明,30个物种的BBM/BBML蛋白成员共聚为5类。其中,PpBBM1、PpBBM2聚在第2分支,分别与BdBBM和SbBBML亲缘关系最近;PpBBML位于第5分支,与ZmBBML亲缘关系最近。PpBBM1、PpBBM2和PpBBML均具有BBM基因所特有的bbm-1基序以及AP2亚家族特定的euANT2-4基序,但PpBBML蛋白的所有基序均有个别氨基酸残基存在变异。【结论】与PpBBML基因相比,PpBBM1和PpBBM2更有可能具有诱导孤雌生殖的功能。

烟草BTB/POZ蛋白家族的鉴定及其在抗马铃薯Y病毒中的作用

马铃薯Y病毒(potato virus Y,PVY)侵染烟草(Nicotiana tabacum)会引起烟草脉带病,造成烟叶品质下降。broad complex,tramtrack,and bric-à-brac/pox virus and zinc finger(BTB/POZ)是动植物体内广泛存在的蛋白质家族,在植物生长和发育的各个环节都起着非常重要的作用。本研究鉴定到90个烟草BTB/POZ家族蛋白,对应71个基因。在这些蛋白质的序列中,识别到9种保守基序(motif),并根据其出现顺序将BTB/POZ家族成员划分至6个亚家族。结构域分析表明,BTB/POZ同一亚家族成员的结构域具有一致性。对BTB/POZ蛋白的三维构象进行预测发现,所有亚家族成员结构都以α螺旋为主,同一亚家族成员的三维构象相似。烟草品种K326和突变体M867(抗PVY)的BTB/POZ家族基因表达模式分析显示,叶片接种PVY后,NtBTB2M、NtBTB2K、NtBTB2L、NtBTB6E基因的表达丰度显著增加,这可能与烟草M867对PVY的抗性较强有关。顺式作用元件分析显示,NtBTB2K、NtBTB2L、NtBTB2M和NtBTB6E基因的上游2000 bp区域内含有若干逆境响应相关元件,包括水杨酸响应元件、MYB结合位点等,可能和这些基因的上调表达有关。本研究为BTB/POZ蛋白的功能研究提供了理论依据,为烟草抗病育种提供了一定参考。

球茎甘蓝MYB115转录因子的克隆与表达分析

为了深入挖掘MYB115转录因子的生物学功能,本研究以球茎甘蓝为试验材料,采用基因克隆获得球茎甘蓝MYB115转录因子,并对其进行生物信息学和荧光定量分析。生物信息学分析结果显示,BocMYB115转录因子gDNA序列全长742 bp,开放阅读框(ORF)长度为549 bp,编码182个氨基酸,具有一个高度保守的SANT结构域,属于1R-MYB类转录因子,与甘蓝型油菜的MYB115-like亲缘关系最近。荧光定量PCR结果显示,BocMYB115在绿色球茎甘蓝中的表达量显著高于紫色球茎甘蓝。本研究可为后续MYB115转录因子功能鉴定提供理论依据。

斑翅果蝇解毒代谢相关基因的鉴定与分析

根据斑翅果蝇(Drosophila suzukii Matsumura)的转录组数据,通过序列分析、进化分析、结构域及保守氨基酸分析,鉴定出5种斑翅果蝇的解毒代谢基因,包括ABC转运蛋白(ATP-binding cassette transporter,ABCs)、细胞色素P450单加氧酶(cytochrome P450,CYPs)、谷胱甘肽-S-转移酶(glutathione S-transferases,GSTs)、羧酸酯酶(carboxylesterases,CarEs)、尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶(UDP-glucuronosyl transferases,UGTs)。进化分析结果显示,斑翅果蝇的CYPs基因分布于CYP3、CYP4、CYP6、CYP9四个进化分支,ABCs基因分布于ABCC、ABCD、ABCF、ABCG四个亚家族,GSTs基因分布于GST-Delta、GST-Epsilon、GST-Theta以及GST-Zeta四个进化分支,斑翅果蝇的CarEs基因和UGTs基因与亚艳丽果蝇(Drosophila subpulchrella)的遗传距离最近;结构域及保守氨基酸分析结果表明所有的CYPs均包含P450结构域;ABCs中都包含ABC2结构域;在GSTs中都含有GST结构域;在CarEs中包含Coesterases结构域;在UGTs中含有UDPGT结构域。CYPs的保守基序为EEGGKKRNDFLDLLJZLKKEG,ABCs的保守基序为DCPSASNPADYIIE,GSTs的保守基序为LYPKDLVKRAVVDQRLHFE。

高粱生长素反应因子(ARF)基因的全基因组分析与进化研究

生长素在植物发育中的各个阶段都起着重要作用,而生长素反应因子(auxin response factors,ARF)特异性的调节生长素反应基因的表达,是植物细胞中重要的一类转录因子家族。在拟南芥、玉米、水稻等模式作物中先后克隆了一些ARF基因,但是高粱作为一种重要的经济作物,这方面的研究未见报道。随着高粱全基因组序列的公布,利用基因组序列分析ARF基因的数目、结构、进化具有重要的意义。利用公布的高粱全基因组数据,利用DNATOOLS、BLAST、MEGA4.0以及Genomepixelizer等生物信息学软件对高粱(Sorghum bicolor)生长素反应因子ARF基因的数量、物理位置、系统进化树、氨基酸序列及保守基序(motif)的保守性等进行分析。结果表明,在高粱全基因组中共有26个ARF基因,26个ARF基因根据其进化关系分为A、B、C 3类;通过对全基因组内ARF基因进行物理位置和基因家族分析,发现高粱基因组中ARF基因存在明显的基因复制现象,基因的复制对高粱基因组中ARF基因数量扩张起到了重要的作用。

玉米大斑病菌MAPK超家族的全基因组鉴定及途径模型建立

【目的】从全基因组水平鉴定玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)的MAPK超家族基因,并对其进行系统进化、基因结构、多重序列比对及保守位点分析,构建玉米大斑病菌中的MAPK级联途径模型,为深入研究该植物病原菌中MAPK级联途径的功能奠定基础。【方法】利用玉米大斑病菌基因组数据库,通过基于隐马尔科夫模型的HMMER 3.0软件搜索基因组,鉴定并获得MAPK超家族成员序列、基因组定位信息;采用MEGA 5.0软件进行系统进化分析;通过GSDS工具进行基因结构分析;利用ClustalX、MEME工具分析MAPK蛋白激酶区的保守性及保守位点。【结果】在玉米大斑病菌基因组中发现了4个MAPK基因、3个MAPKK基因和3个MAPKKK基因。系统进化分析将MAPK分为Kss1/Fus3、Slt2、Hog1及Ime2 4类;MAPKK分为Pbs2、Ste7及Mkk1 3类;MAPKKK分为Ste11、Bck1及Ssk2 3类。基因组定位及基因结构分析表明,MAPK超家族散布在基因组中,且MAPK基因的结构最为复杂多样,MAPKK次之,MAPKKK结构最简单。多重序列比对与保守位点分析表明,玉米大斑病菌MAPK超家族的激酶结构域均高度保守,其中MAPK具有保守的"-TxY-"磷酸化位点,MAPKK含有保守的"-SD[V/I]WS-"磷酸化位点,MAPKKK含有"-G[S/T][V/P][F/M][W/Y]M[A/S]PEV-"特异性保守位点。【结论】全基因组分析表明,玉米大斑病菌中包括4个MAPK基因、3个MAPKK基因和3个MAPKKK基因。通过系统进化、基因结构及多重序列比对和保守位点分析,在玉米大斑病菌中构建了Fus3/Kss1-homolog、Slt2-homolog、Hog1-homolog和Ime2-homolog4条MAPK级联途径,其中Ime2 homolog为一条新发现的MAPK级联途径。该信息为深入解析植物病原真菌MAPK超家族的功能奠定了基础。

三种豆科植物DGAT1基因家族的分子特征与进化分析

二脂酰甘油酰基转移酶广泛存在于动物、植物及酵母中,是催化三脂酰甘油生物合成的关键酶。在大豆、苜蓿和百脉草基因组中共挖掘到7个DGAT1基因,并剖析该基因的分子特征与进化关系。基因结构分析表明,3种豆科植物DGAT1基因的外显子数目变异大,其范围为3-16。蛋白特征分析显示,3种豆科植物分享8个保守基序,同时发现2个大豆物种特有的保守基序。EST数目统计分析结果表明,该基因在3种植物的根、茎、叶、花、子叶与体细胞胚中表达,其中花器官表达量最高,EST数目占了34%。进化分析揭示了DGAT1基因是一个古老的基因家族,在植物演化历程中基因数目发生扩增现象,但其功能区仍然保持较高的保守性。

昆虫几丁质合成酶特性预测

利用GenBank中已公开的几丁质合成酶(chitin synthase,CS)基因序列,通过GenDoc、PROSITE Motif search和Predict Protein等软件,研究昆虫等生物CS分子特性.发现昆虫CS氨基酸序列具有CAT(M/L)WHEX3EMX3LKSI等11个保守基序,其中10个位于预测的膜内侧催化中心区域,1个位于膜外的卷曲螺旋区域.昆虫CS分子二级结构中α螺旋比例高,结构紧凑.同时C端和N端具有额外的跨膜螺旋,有利于该酶的转运和定位.位于膜外的卷曲螺旋区域可能与该酶高级结构形成和几丁质新生链组装密切相关.

大豆MIKC型MADS-box基因家族分析

根据拟南芥的MIKC型MADS—box蛋白序列构建HMM（hidden markov model）模型，在大豆基因组中确定了57个MIKC型MADS-box同源基因。分子进化树分析表明，57个大豆MIKC型MADS-box基因分为14个亚类，而MIKC^＋型基因又分为两个进化支。控制花形态建成的ABCDE同源异型基因（如AP1，AG，AP3和PI等）和重要的控制开花时间的基因（如SVP和SOCl）在大豆基因组中表现出多拷贝的特征。MEME和SMART分析表明，大豆和拟南芥MIKC型MADS—box基因具有保守的MADS和K-box基序，还有一些亚类具有特异的基序。MIKC型MADS—box基因结构较为保守，多数基因具有7～8个外显子。本研究得到的MIKC型MADS—box基因为下一步研究大豆花形态建成和开花时间调控的分子机制提供了重要参考依据。

ω-6和ω-3脂肪酸脱氢酶家族系统进化与功能分化

文章利用生物信息学方法对ω-6和ω-3脂肪酸脱氢酶基因家族的氨基酸序列特征、系统进化及功能分化进行分析。结果表明,ω-6和ω-3脂肪酸脱氢酶氨基酸序列均含有3个保守的组氨酸基序(Hisbox)。质体类ω-6和ω-3脂肪酸脱氢酶氨基酸N-端序列均有数目不等的信号肽区域,并且在信号肽区中部发现1个由10个氨基酸残基组成的相对保守的疏水区,推测为该类酶信号肽的功能区域。多数植物微体ω-6和ω-3脂肪酸脱氢酶氨基酸C-端均有KKXX-like motif内质网滞留信号,而红花CtFAD2-3、CtFAD2-4、CtFAD2-5、CtFAD2-6和CtFAD2-7中没有检测到该滞留信号,但C-端序列富含芳香族氨基酸,同样具有内质网滞留信号的作用。系统进化分析可将所有序列分为4大类,结果显示ω-3脂肪酸脱氢酶在原核生物中由ω-6脂肪酸脱氢酶基因进化而来;并且植物质体和微体类ω-3脂肪酸脱氢酶均可再划分为单子叶和双子叶植物2个亚类,表明植物质体和微体类ω-3脂肪酸脱氢酶功能的分化早在单子叶和双子叶植物分化之前就已经形成;而植物微体类ω-6脂肪酸脱氢酶可细分为种子特异表达型和组成性表达型两类,是在双子叶植物形成之后才开始分化的。各亚群间的功能分化位点分析表明,除植物FAD3/植物FAD2外,在所有存在功能分化的亚群间,均存在后验概率值超过0.80的氨基酸位点,而这些位点主要分布在Hisbox I的前后两端以及Hisbox II的前端,表明这些位点变化对蛋白质功能域的大小或构象有着重要影响,对于亚群间功能分化起着非常重要的作用。

斑茅NBS-LRR类抗病基因同源序列的克隆与分析

根据已知NBS-LRR抗病基因[含有核苷酸结合位点(NBS)和富亮氨酸重复(LRR)的胞内受体蛋白基因]NBS结构域蛋白质的保守序列,设计简并引物,对斑茅基因组进行体外扩增,获得了对应区段的DNA片段,回收、克隆这些特异片段,测序分析,共获得8个片段序列。序列分析发现其中7个编号分别为RGA-Q1、RGA-Q2、RGA-Q3、RGA-Q4、RGA-Q5、RGA-Q6和RGA-Q7的片段推导的氨基酸序列均具有典型的NBS结构域,即P-loop(GGVGKTT)、Kinase-2a(VLDDVW)、Kinase-3a(GSR/KILVTTR)及疏水结构域HD(hydrophobic domain)。它们在NCBI上的登录号为EU685828、EU685829、EU685830、EU685831、EU685832、EU685833和EU685834。这些抗病基因同源片段(RGA)与已经克隆的N、L6、RPS2和Mi等11个抗病基因在氨基酸水平上的同源性为2.3%～39.8%,可进一步用作斑茅抗病候选基因的分子筛选及遗传图谱的构建。

利用序列保守模体和局部构象信息预测转录因子结合位点

转录因子结合位点的计算预测是研究基因转录调控的重要环节,但常用的位置特异得分矩阵方法预测特异性偏低.通过深入分析结合位点的生物特征,提出了一种综合利用序列保守模体和局部构象信息的结合位点预测方法,以极大相关得分矩阵作为保守模体的描述模型,并根据二苷参数模型计算位点序列的局部构象,将两类信息得分组合为多维特征向量,在二次判别分析的框架下进行训练和滑动预测.预测过程中还引入了位置信息量以优化似然得分和过滤备选结果.针对大肠杆菌CRP和Fis结合位点数据的留一法测试结果表明,描述模型的改进和多种信息的融合能有效地改善预测方法的性能,大幅度提高特异性.

棉花与模式植物DGAT1基因的鉴定与比较分析

二酰甘油酰基转移酶(DGAT)是催化三脂酰甘油生物合成的关键酶。对棉花与其他植物DGAT1基因进行鉴定与比较分析,序列分析结果表明:棉花与大多数模式植物DGAT1基因有16个外显子,内含子长度高度变异,但其相位极其保守;这些基因编码的蛋白具有7个保守基序,核心保守基序与功能结构域相互重叠。系统进化分析显示:基因树与物种树具有较高的一致性,DGAT1基因进化能真实反映物种系统发生关系;棉花DGAT1基因以单拷贝形式存在,但在玉米、水稻、杨树与小立碗藓中均存在至少两个DGAT1基因。选择压力检测结果显示:除了Pt DGAT1a/Pt DGAT1b受制于正选择作用外,剩余4对同源基因均受控于纯净选择;在基因亚群水平共检测到17个正选择位点,这说明在显著水平下各个亚群中均未检测到正选择位点。这些结果可为进一步研究棉花及植物DGAT1基因的功能提供基础。

桉树葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)的全基因组分析与进化研究(英文)

[目的]对桉树基因组中葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)进行全基因组分析与进化研究。[方法]利用巨桉(Eucalyptus grandsis)全基因组数据,采用BLAST等生物信息学软件分析桉树G6PDH的基因特性、蛋白序列、系统进化树以及启动子特征。[结果]桉树基因组内存在6个G6PDH基因,其编码蛋白中,1个为胞质型G6PDH,5个为质体型G6PDH,而且桉树G6PDH均含有保守基序motif1、motif2、motif3、motif7、motif9和motif11。此外,桉树G6PDH启动子序列中均存在TATA框、增强子与涉及光应答、激素应答、胁迫应答等调控元件。[结论]可为下一步研究桉树G6PDH家族基因的分子功能提供参考。

桉树葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)的全基因组分析与进化研究

[目的]对桉树基因组中葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)进行全基因组分析与进化研究。[方法]利用巨桉(Eucalyptus grandsis)全基因组数据,采用BLAST等生物信息学软件分析桉树G6PDH的基因特性、蛋白序列、系统进化树以及启动子特征。[结果]桉树基因组内存在6个G6PDH基因,其编码蛋白中,1个为胞质型G6PDH,5个为质体型G6PDH,而且桉树G6PDH均含有保守基序motif 1、motif 2、motif 3、motif 7、motif 9和motif 11。此外,桉树G6PDH启动子序列中均存在TATA框、增强子与涉及光应答、激素应答、胁迫应答等调控元件。[结论]可为下一步研究桉树G6PDH家族基因的分子功能提供参考。

千里光脂肪醛脱羰基酶(CER1蛋白)的保守基序(CSM)与功能结构域分析

基于已构建的千里光全长c DNA文库,克隆其脂肪醛脱羰基酶基因(Gen Bank No.:KT895253),并进一步分析该基因所编码蛋白质(CER1蛋白)的氨基酸保守基元序列(conserved sequence motif,CSM)和蛋白质功能结构域的关系。蛋白质一级结构分析发现,千里光CER1蛋白由623个氨基酸残基组成;进化树和序列比对结果提示SH-片段和LH-片段这两个富含His的保守基元序列在不同物种中表现出高度保守性;3-D结构预测结果表明,高等植物CER1蛋白水合状态下具有高效的底物结合能力和脂肪醛脱羰基的催化效率。因此,根据脂肪醛脱羰基酶氨基酸保守基序对蛋白质功能域的决定作用,推测CER1蛋白的保守结构域是形成底物结合部位和酶催化活性中心的结构基础。

基于序列和结构特征分析植物TATA和TATA-less启动子

分析启动子区域内调控元件是阐明基因转录起始机制的重要前提.利用从PlanPromDB数据库下载的植物Pol-ⅡTATA和TATA-less启动子数据,深入分析了两类启动子GC偏好、位点结构保守性、序列碱基组分、保守模体分布、TATAbox位点分布及关联位点保守性等特点,统计出两类植物启动子许多特有的序列组分和结构规律,这些规律对进一步揭示植物Pol-Ⅱ启动子的转录调控机制有一定的帮助.通过构建能够同时考虑位点保守性和关联性的位点关联性权重矩阵扫描模型(PCWM),利用相应打分函数(Score)对两类启动子进行区分,得到了较好结果,说明PCWM的预测性能要优于单碱基的位点权重矩阵(PWM).

矩阵打分的方法应用于蛋白质β-发夹模体的识别

从蛋白质的一级序列出发,用矩阵打分的方法对3088个蛋白质中的β发夹和非β发夹模体进行了识别.使用10-交叉检验,预测总精度为75.9%,Matthew相关系数为0.42.同时计算了不同loop长的模体对应的序列最佳固定模式长,并对有相同最佳固定模式长的模体序列进行了组合,组合后的模体预测总精度都高于76.1%,Matthew相关系数大于0.43.

哺乳动物抗凝血酶基因的分子特征、微共线性与适应性进化

抗凝血酶(AT)是哺乳动物体内重要的天然抗凝血因子之一,它隶属于丝氨酸蛋白酶抑制物家族,主要参与并调节复杂的血凝过程。基于比较基因组学手段,共挖掘出17个哺乳动物抗凝血酶基因(AT),并剖析了它们的基因结构、微共线性、保守基序、功能结构域、以及系统进化关系。基因结构与微共线分析表明,哺乳动物AT基因具有5-12个外显子,大多数是7个外显子;不同物种AT基因所处区段之间具有较好的共线性。哺乳动物AT蛋白特征分析显示,SERPIN功能结构域与保守基序1、2、3、4、5、8和9存在相互重叠的部分。AT基因进化树揭示基因进化和通常认为的物种进化几乎一致。同时,利用PAML中Codeml的位点特异模型在AT基因中发掘了1个正选择位点328D。

棉花与模式植物DGAT1基因的鉴定与比较分析（英文）

二酰甘油酰基转移酶(DGAT)是催化三脂酰甘油生物合成的关键酶。对棉花与其他植物DGAT1基因进行鉴定与比较分析,序列分析结果表明,棉花与大多数模式植物DGAT1基因有16个外显子,内含子长度高度变异,但其相位极其保守;这些基因编码的蛋白具有7个保守基序,核心保守基序与功能结构域相互重叠。系统进化分析显示:基因树与物种树具有较高的一致性,DGAT1基因进化能真实反映物种系统发生关系;棉花DGAT1基因以单拷贝形式存在,但在玉米、水稻、杨树与小立碗藓中均存在至少两个DGAT1基因。选择压力检测结果显示:除了Pt DGAT1a/Pt DGAT1b受制于正选择作用外,剩余4对同源基因均受控于纯净选择;在基因亚群水平共检测到17个正选择位点,这说明在显著水平下各个亚群中均未检测到正选择位点。这些结果可为进一步研究棉花及植物DGAT1基因的功能提供基础。