木本植物AGAMOUS-like直系同源基因研究进展

决定拟南芥花器官发育的关键调节因子AGAMOUS (AG)控制生殖器官的形成和分生组织决定性,与性别分化、开花结果等过程密切相关。然而,尽管对模式植物和一些重要经济植物的AG类基因已有深入研究,但关于木本植物直系同源基因研究还有待拓展。深入探究AG基因在木本植物花发育进程中的调控机制对于林木遗传育种具有重要的指导意义。本文重点阐述了木本植物AG-like同源基因的系统进化和表达模式,并对需深入研究的方向进行了探讨。

比较分析草菇与其他真菌直系同源基因的关系

担子菌类的食用菌种类多、价值高、产量大,然而其产业的升级发展需要对食用菌生长发育相关生物学问题进行深入解析。目前多种食用菌完成了全基因组测序,然而作为非模式种其与模式丝状真菌间的直系同源基因目前尚缺乏全基因组水平的系统研究,在一定程度上限制了其分子生物学研究的深入。本研究以草菇为参照物种,将其与几种食用菌和模式丝状真菌进行两两直系同源基因分析,并对多物种间不同类型的直系同源基因进行功能富集。结果显示:一对一直系同源基因较多富集于基因复制、转录、翻译、修饰、加工等保守的基本功能类别;非一对一直系同源基因多属于基因家族,且包含了65%的转录因子,功能上富集在碳水化合物、脂质、氨基酸、次生代谢物及外源物质的代谢通路。无直系同源基因则较多富集在与基因重组、修复、信号转导相关的功能类别、特导性转录因子以及未知的预测基因。结果为食用菌分子生物学的深入研究提供有价值的参考。

先天性心脏病致病基因斑马鱼直系同源基因的鉴定及表达分析

先天性心脏病(congenital heart disease,CHD)较高的发病率(0.69%~0.93%)和致死率是儿童致残和致死的首要原因。虽然环境危险因素涉及,但流行病学研究证明遗传因素是CHD的主要病因。临床上,将CHD分为综合征先心病(Syndromic CHD)和单纯性先心脏(Isolated CHD)。尽管不同脊椎动物心脏腔室数目不同,但是心脏发育的过程和调控的机制具有保守性。斑马鱼胚胎体外发育且透明,内部器官清晰可见,非常适合用于心脏早期发育机制和CHD致病机理的研究。本研究总结了97个人类CHD致病基因,鉴定了其在小鼠和斑马鱼中的直系同源基因,并比较了基因在蛋白水平上的序列相似性。利用Tg(myl7:EGFP)标记斑马鱼心脏的鱼系,收集24 hpf(Hour post fertilization)、30 hpf、36 hpf和48 hpf胚胎期心脏和24 hpf身体(除心脏外的整个鱼体)作为对照,样品利用Illumina平台进行转录组基因表达分析。在93个CHD致病基因斑马鱼直系同源基因中,相对于身体,约50%的基因在心脏早期发育过程中显著上调表达。本研究对CHD疾病遗传诊断和利用斑马鱼疾病模型研究CHD发病机制研究具有重要的理论意义和实践价值。

普通菜豆中烟草水杨酸结合蛋白2同源基因的鉴定及表达特征分析

水杨酸(salicylic acid,SA)能够诱导植物产生系统抗病性反应,而水杨酸结合蛋白2(salicylic acid binding protein 2,SABP2)是植物细胞内调控水杨酸水平的重要酯酶。本研究利用生物信息学方法在普通菜豆中搜索到7个烟草水杨酸结合蛋白2的同源基因,命名为PvMES1~PvMES7。分别在2个菜豆感病品种(白刀豆和BRB130)和2个抗病品种(黑芸豆和260205)中接种尖镰孢菌FOP-DM01菌株(Fusarium oxysporum f.sp.phaseoli isolate,FOP-DM01)后,检测寄主根组织中水解水杨酰甲酯(methyl salicylate,Me SA)活性和游离SA含量的变化,并利用荧光定量PCR技术分析7个PvMES基因表达量变化。结果表明,PvMES1、PvMES3、PvMES4、PvMES5和PvMES6的转录表达受FOP-DM01菌株诱导均呈现不同程度的升高,其中黑芸豆中PvMES5基因和260205中PvMES1基因表达量变化最显著,接种3 d后分别升高至0 d表达量的7.6倍和5.6倍。此外,黑芸豆和260205根中水杨酰甲酯酯酶(methyl salicylate esterase,MES)活性显著提升,游离SA含量也相应升高,激活寄主内SA介导的相关防御反应。本研究结果可以为普通菜豆镰孢菌枯萎病抗病分子育种和抗病机理研究提供理论基础。

大豆MYB转录因子GmMYB010与其拟南芥同源基因的功能差异

MYB-related转录因子在植物生长发育和响应逆境胁迫过程中具有重要作用。本研究旨在分析大豆MYB转录因子GmMYB010与其在拟南芥中的同源基因AtMYB010的功能差异。序列分析表明,大豆的GmMYB010与拟南芥中AtMYB010都属于MYB-related转录因子家族中R-R-type类型;亚细胞定位结果表明两种蛋白均定位在核上;qRT-PCR检测结果表明,GmMYB010在大豆叶片中表达量最高,而AtMYB010在花中表达量最高;酵母检测发现,GmMYB010具有转录自激活活性,而AtMYB010不具有转录自激活活性。将GmMYB010与其拟南芥同源基因AtMYB010分别在野生型拟南芥中过量表达,表型观察发现GmMYB010过表达植株表型与野生型拟南芥一样,而AtMYB010过表达植株出现了矮小、多分枝等生长表型。对MAXs作用途径基因的检测发现,AtMYB010过量表达影响了独脚金内酯代谢途径,从而出现多分枝的表型。以上结果表明,GmMYB010和AtMYB010虽然是直系同源基因,但功能却发生了明显的分化。大豆GmMYB010在大豆中可能具有独特的功能,有待进一步研究。

人类与小鼠同源lncRNA基因及其表观遗传调控靶基因分析

目的分析人类与小鼠lnc RNA中的同源与种系特异性lnc RNA,揭示人类与小鼠表观遗传调控的种系差异。方法根据同源lnc RNA序列搜索和人类/小鼠全基因组双序列比对确定GENCODE项目首期报道的13562个人类lnc RNA和10481个小鼠lnc RNA中的同源lnc RNA基因,用lnc RNA/DNA结合分析软件Long Target预测lnc RNA的DNA结合位点和表观遗传调控靶基因,根据Gene Ontology数据库分析靶基因的功能。结果仅158对人类和小鼠lnc RNA被识别为同源lnc RNA,这些同源lnc RNA在人类与小鼠基因组有种系特异性的DNA结合位点和靶基因,Gene Ontology分析提示这些同源lnc RNA对靶基因的种系特异性调控可能对人类和小鼠的表型差异有重要影响。结论仅极少数人类和小鼠lnc RNA是同源的,这些同源lnc RNA有种系特异性的表观遗传调控靶基因,lnc RNA和表观遗传调控的种系特异性对人类和小鼠的差异(包括疾病模型的差异)有重要影响。

利用CRISPR-Cas9技术敲除番茄中DMR6直系同源物使其获得广谱抗病性

2021年7月,加州大学创新基因组学研究所Brian Staskawicz课题组通过CRISPR-Cas9技术敲除番茄中感病基因DMR6直系同源基因SIDMR6-1,使其获得广谱抗病性。相关研究结果发表在期刊《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》上。

基于全长转录组序列、核基因与叶绿体基因分析琼岛杨在杨属的亲缘关系

【目的】琼岛杨是我国热带地区发现的一种杨树,至今其分类和进化鲜有报道。本研究旨在通过三代全长转录组测序等方法了解琼岛杨在杨属中的分类与进化。【方法】基于Pacbio Sequel测序技术获取的热胁迫下琼岛杨、加杨和小叶杨完整全长转录本数据,通过直系同源基因计算非同义替换值(Ka)、同义替换值(Ks)及Ka/Ks值,比较直系同源基因在热胁迫下的表达模式,并结合毛果杨和簸箕柳的直系同源基因,构建了5个树种的进化树来分析杨树亲缘关系。通过克隆琼岛杨核基因(nrDNA:UDP-SQ和POPTRDRAFT_575699)和叶绿体基因(cpDNA:atpⅠ和trnF),分析基因序列在琼岛杨种群中的多态性,计算琼岛杨种内遗传距离,及与19个树种(5个杨树组和1个类外群组)的种间遗传距离。基于最大似然法和最小进化法构建了琼岛杨与19个树种的进化树,以分析琼岛杨在杨属的亲缘关系。【结果】三代转录组测序共获得660组琼岛杨、小叶杨和加杨的直系同源基因,Ks平均值为0.1505,峰值为0.02,Ka/Ks<1,占比97.27%,这显示了3种杨树较近的亲缘关系。直系同源基因表达模式分析发现,3种杨树在热胁迫下具有相同的表达模式。利用遗传距离法计算琼岛杨与19个树种中atpⅠ、trnF、UDP-SQ和POPTRDRAFT_575699等4种基因遗传距离的平均值,发现琼岛杨与白杨组具有最近亲缘关系,平均值为0.011。【结论】基于三代全长转录组测序获得的直系同源基因分析显示出,琼岛杨与其他杨树具有较近亲缘关系。克隆cpDNA和nrDNA基因,计算遗传距离和构建的进化树均表明琼岛杨与白杨组具有最近亲缘关系。cpDNA的多态性以及进化分支置信度明显高于nrDNA,表明在琼岛杨中cpDNA比nrDNA基因更具备物种鉴别能力。

甘蓝型油菜HMG基因家族的生物信息学分析

为研究甘蓝型油菜HMG(high mobility group)基因家族的起源、进化和功能,利用生物信息学方法对甘蓝型油菜和其近缘物种HMG基因家族进行鉴定,并对其进化、基因结构、组织表达、直系旁系同源基因进行系统分析。在甘蓝型油菜中鉴定到45个HMG家族成员,并根据进化树和基因结构将其分成5组。染色体定位发现,19条染色体中有18条染色体有HMG基因,说明该家族基因分布较广泛。在甘蓝型油菜与甘蓝、白菜和拟南芥分别鉴定到45、47和26个直系同源基因对。在甘蓝型油菜中鉴定到28个旁系同源基因对,而在其它3个物种中则比较少,这可能与甘蓝型油菜的多次基因组加倍有关。对45个甘蓝型油菜BnHMG基因在根和叶中的表达模式进行分析,结果显示,大多数基因在根和叶中均有表达,且呈现出不同的表达模式。

樱桃番茄Ph-3基因调控元件与同源基因系统进化分析

以樱桃番茄品种"京番黄星"为试材,采用PlantCARE在线分析和Gcorn系统进化分析方法,研究了Ph-3基因的表达调控元件及同源基因系统进化特征,以期为进一步解析Ph-3表达调控机制奠定基础。结果表明:Ph-3启动子除了含有核心元件外,还含有光响应元件、赤霉素响应元件、茉莉酸甲酯响应元件、厌氧诱导元件、昼夜节律调控响应元件等。Ph-3同源基因系统进化分析结果表明,当同源指数为0.70时,番茄、马铃薯、辣椒含有Ph-3的同源基因,且同源基因属于直系同源基因。另外,由同源指数分析结果发现,番茄与马铃薯的亲缘关系最近,其次为辣椒。

百合属5种植物的比较转录组分析

百合属植物是多年生的宿根草本植物,具有重要的观赏价值,有的种可食用也可药用。本研究对百合属4种植物(细叶百合、川百合、卷丹和百合)花的转录组进行测序,并结合前期的野百合的转录组数据进行比较转录组分析,鉴别花发育相关基因。并筛选出5种植物的直系同源基因,进而检测正选择基因,分析它们对环境的适应性。通过组装分别在细叶百合、川百合、卷丹以及百合花中获得了44565、51413、41638和44716个unigene。为了了解unigene功能信息,将其在公共数据库中进行比对和注释,发现了13个花发育相关基因。另外,在5个物种间共获得8247对直系同源基因,并计算其Ka、Ks及Ka/Ks值。在5个物种中有33对直系同源基因受到了强烈的正选择作用,随后对其进行GO、KEGG功能富集分析及基因功能注释,发现这些基因主要是与抗性以及生物合成相关的基因。

基于转录组西施舌微卫星标记开发及隐种鉴定

近10年的遗传研究表明,我国沿海西施舌可分为2个隐种,即北方西施舌和南方西施舌。为辅助鉴别这2种西施舌以及准确评估其种质资源,以转录组数据为基础,分别挖掘并分析这2种西施舌转录组上的微卫星序列以及直系同源基因上的微卫星序列,并随机选取4组直系同源基因上的微卫星进行试验验证。结果表明,北方西施舌每16.6个unigene含有1个微卫星,出现频率为6.0%,含63种重复基元。南方西施舌每10.5个unigene含有1个微卫星,出现频率为8.2%,含89种重复基元。在2个隐种的转录组中,除单碱基重复外,优势重复类型均为三碱基重复。在北方西施舌和南方西施舌的转录组中,三碱基重复的优势基元分别为AAC/GTT和ATC/ATG,最常见的微卫星长度均为15 bp。在2个隐种的转录组中,微卫星的重复次数主要为5~10次。有409组直系同源基因在2个隐种中所含微卫星序列长度不同,可以作为潜在的物种特异性分子标记。验证结果表明,4对荧光标记微卫星引物的PCR扩增产物清晰、明确,无杂峰,组合使用2对引物可以初步区分北方西施舌和南方西施舌。

蚕学外文学术论文摘要选译

1.SUSUMU K,TOMOHISA Y,TAKEHSI F,et al.Dmrt 11 E ortholog is a crucial factor for oogenesis of the domesticated silkworm,Bombyx mori.Insect Biochemistry and Molecular Biology.DOI:10.1016/j.ibmb.2020.103517(2020).[题目]dmrt11E直系同源基因是家蚕卵子发生的关键因素[摘要]DMRT(Doublesex和Mab-3相关的转录因子)是高度保守的转录因子家族.

F-box基因拷贝数目变异的机制研究:以12种果蝇为例

拷贝数目变异是一种对表型变异和生物进化具有重要意义的基因组结构变异。以前的研究表明不同物种中F-box基因的拷贝数目差异较大。为了深入探索拷贝数目变异的式样和机制,我们以12个果蝇近缘种为研究对象,分析了F-box基因的系统发育关系、进化式样以及它们在染色体上的位置。结果发现,虽然各个物种中F-box基因的拷贝数目差别不大(42-47个),但是仍然存在着很多引起拷贝数目变异的基因获得和丢失事件。这说明表面上变化不大的拷贝数目在一定程度上掩盖了频繁发生的基因获得和丢失事件。通过比较这些基因在染色体上的位置,发现只有在亲缘关系很近的物种之间才能鉴定出有明显微共线性关系的基因组区段。我们还发现,造成F-box基因拷贝数目增加的主要机制是散在重复和串联重复,而反转录转座和新基因的非编码区起源也是两种值得注意的机制。此外,序列变异导致的外显子边界变化以及外显子丢失是引起拷贝数目减少的两种机制。在12种果蝇的最近共同祖先中,F-box基因的拷贝数目与现存物种基本相似,但是基因的获得和丢失事件使得现存物种中的F-box基因在构成上已经有了明显的差别。对数目变异的式样及其与基因功能的关系的研究表明,拷贝数目变异是F-box基因家族"生与死"的进化在基因组层面的系统反映,并有可能为表型变异提供了原始材料。

辣椒R2R3-MYB转录因子家族的全基因组鉴定与比较进化分析

MYB转录因子作为植物中最大的转录因子家族之一,参与植物的生长、代谢、抵御生物和非生物胁迫等多种生理生化过程。R2R3-MYB是MYB转录因子家族的主要存在形式。辣椒是具有重要经济价值的蔬菜作物,其R2R3-MYB转录因子缺乏系统的研究。从一年生辣椒(Capsicum annuum)、浆果状辣椒(C.baccatum)和中国辣椒(C.chinense)基因组中分别鉴定出94、92和94个R2R3-MYB基因,基于系统发育关系将其分为28个亚族。共线性分析表明,3种辣椒间存在73组直系同源R2R3-MYB基因,一年生辣椒、浆果状辣椒和中国辣椒分别存在5、4和2个特有的R2R3-MYB基因。鉴定出12对重复基因,其中8对是串联重复基因,它们在3种辣椒分化前就已经存在。比较基因组学分析表明,在辣椒进化过程中同源R2R3-MYB转录因子发生了功能分化。组织表达分析表明,辣椒R2R3-MYB基因主要有3种表达特征:在根、叶、茎和花中均高表达,如Ca MYB13/Cb MYB12/CcMYB13;仅在花中高表达,如Ca MYB93/Cb MYB86/Cc MYB12;仅在根中高表达,如Ca MYB48/Cb MYB47/Cc MYB51。研究结果为深入揭示R2R3-MYB转录因子在辣椒生长发育中的生物学功能奠定了基础。

中药植物虎杖根的高通量转录组测序及转录组特性分析

中药植物虎杖已有上千年的应用历史,从虎杖根部已提取出多种药用活性成分.但目前尚不清楚虎杖次级代谢过程中这些活性物质合成的遗传基础.采用Illumina HiSeq 2000高通量测序获得虎杖根转录组的25600002条短读序(2.3Gb),用生物信息学方法从头组装并注释了86418个Unigene(单基因簇).研究发现,虎杖根部表达的12,18,60和54个Unigene分属于甲羟戊酸(MVA)、2-甲基-D-赤藓糖醇4-磷酸(MEP)、莽草酸和白藜芦醇生物合成路径,它们可能参与药用活性物质蒽醌类和白藜芦醇的生物合成.实验发现,18个尿苷二磷酸-葡萄糖基转移酶Unigene可能与糖苷类次级代谢物生物合成有关.识别次级代谢物生物合成相关基因可为未来通过基因工程操纵提高有用成分的含量奠定基础.本研究基于19种非模式植物的高通量转录组数据识别出1127个共有的直系同源基因,将用于植物功能、系统发育和进化等研究.