甜瓜热激蛋白HSP20基因家族鉴定及生物信息学分析

热激蛋白20(heat shock protein 20,HSP20)是植物生长发育过程中的一种必需蛋白,在植物响应逆境中起着至关重要的作用。以甜瓜(Cucumis melo L.)全基因组数据为基础,采用生物信息学手段对Cm HSP20家族成员进行鉴定,并对其理化性质、共线性关系、基因结构、进化关系和顺式作用元件等进行分析。结果表明:在甜瓜基因组数据中共鉴定到42个Cm HSP20s基因,随机分布在12条染色体上;蛋白分子量在8390.40~57350.14 Da之间,均为疏水性蛋白。共线性分析中,32个Cm HSP20s基因与黄瓜、西瓜和南瓜中同源基因存在共线性关系。系统发育分析中,Cm HSP20家族成员中存在9对直系同源基因对和8对旁系同源基因对。在Cm HSP20s基因的启动子区域鉴定到多种激素响应、应激响应、光响应和植物发育等相关的顺式作用元件。

拟南芥Hsp20基因家族的特征及其在干旱和盐胁迫下的表达分析

热激蛋白20(heat shock protein 20,Hsp20)是植物响应非生物胁迫时广泛合成的一类功能蛋白质,参与植物的抗逆过程。借助拟南芥基因组数据库,利用生物信息学方法分析Hsp20基因家族。HMMER搜索和蛋白质的理化性质分析表明,拟南芥至少含有30个Hsp20基因,其编码蛋白的分子质量为14.6~41.4 kD,且均含有α-晶状体蛋白结构域。系统发育分析表明,在30个拟南芥Hsp20成员中,22个归属于12个不同的亚家族,其余8个归于未知分类,可能为Hsp20类蛋白质(Hsp20-like)。共线性分析表明,片段复制与串联复制是Hsp20成员的主要扩增事件,大部分Hsp20不含或只含1个内含子。MEME分析结果表明,基序1、2、9是Hsp20共有的保守基序。转录组分析提示,15个Hsp20的表达水平在干旱和(或)盐胁迫后出现了上调,该结果得到了qRT-PCR实验的验证。以上结果为人们进一步探究Hsp20基因的生物学功能提供了理论依据。

小菜蛾Hsp20家族基因鉴定及PxHsp20-8在温和低温中的表达模式

旨在鉴定小菜蛾Plutella xylostella的Hsp20家族基因,明确其在8℃和4℃低温条件下的表达模式。通过生物信息学手段,从小菜蛾染色体级基因组中鉴定出17条Hsp20家族基因,分布在5条染色体,其中11个PxHsp20s位于27号染色体;开放阅读框(ORF)长度为501~1002,理论等电点5.65~8.05,蛋白分子质量18.80~36.60 ku。将对照组(26℃恒温)、短期低温组(4龄幼虫8℃24 h,以CS表示)、适应后短期低温组(3龄幼虫15℃适应后4龄幼虫8℃24 h,以CA表示)的小菜蛾4龄幼虫转录组进行分析,仅PxHsp20-8差异表达。利用RT-qPCR对温和低温(8℃、4℃)、低温暴露时间(24 h、48 h、96 h)、4龄幼虫前是否经历适应(CS和CA处理)不同组合条件下小菜蛾4龄幼虫的PxHsp20-8基因表达量进行检测。结果表明,处理温度高低和处理时长对PxHsp20-8表达量无显著影响,4龄前经历15℃适应对表达量有显著影响;4龄幼虫CS组8℃48 h、4℃48 h、4℃96 h处理后PxHsp20-8表达量显著高于26℃对照,而CA组8℃24 h、8℃48 h、4℃96 h处理后显著低于对照。相同温度—时间组合下,CS组8℃24 h、8℃48 h、4℃48 h、4℃96 hPxHsp20-8相对表达量显著高于CA组相应低温处理。

大豆Hsp20基因家族生物信息学分析及高温高湿胁迫响应的分析

热激蛋白(Hsps)家族中的小热激蛋白(Hsp20)在保护植物免受非生物胁迫方面发挥至关重要的作用,为探究大豆Hsp20家族基因的特性及其对高温高湿胁迫的响应,对大豆进行了全基因组分析,本研究采用生物信息学方法对进化关系、保守结构域、染色体位置、启动子顺式调控元件和组织特异性表达情况进行预测分析,并采用同位素标记相对和绝对定量(iTRAQ)技术对湘豆3号和宁镇1号两个大豆品种在高温高湿胁迫下不同时间的蛋白表达量进行了分析。结果表明:在大豆基因组中共查找出33个GmHsp20基因,不均匀分布在16条染色体上并根据系统发育分析和亚细胞定位结果分为11个亚族。序列分析表明GmHsp20蛋白表现出较高的结构保守性,含有典型的ACD结构域,32个GmHsp20基因(96.96%)没有内含子,或只有1个内含子。启动子分析表明,GmHsp20基因含有大量与胁迫相关的顺式作用元件,其中MYB数目最多(110)个。基因组织特异性表达预测分析结果显示,除GmHSP22.6外,其余基因在各种组织和器官中均有表达。其中GmHSP18.5、GmHSP23.7、GmHSP15.2基因在所有组织中均高度表达。蛋白定量分析结果表明,与对照相比,宁镇1号和湘豆3号两个品种中,经高温高湿胁迫处理后,GmHSP18.5、GmHSP23.7、GmHSP26.0B、GmHSP17.8、GmHSP25.95个蛋白均上调表达,并且在两个品种间表达趋势基本一致,表明这些小热激蛋白家族成员可能参与了大豆对高温高湿胁迫的应答反应过程。本研究结果为进一步研究大豆小热激蛋白GmHsp20家族成员的功能提供有价值的信息。