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。

水稻DUF760基因家族的全基因组鉴定与表达谱分析

为了探索DUF760基因家族在水稻生长发育中的潜在功能,对水稻DUF760基因家族进行了全基因组鉴定、分类、启动子序列分析和表达谱分析。通过生物信息学技术在水稻和拟南芥中分别鉴定了6,8个DUF760家族成员。系统进化树分析将这些家族成员分成2个亚家族,二者在蛋白保守基序和基因结构上也存在一些特征差别。水稻DUF760家族基因启动子区域存在多个响应逆境胁迫和植物激素的顺式作用元件,ABRE(脱落酸响应)元件存在于家族所有成员的启动子序列中,OsDUF760-1启动子区域拥有9个脱落酸(ABA)相关的响应元件。在ABA处理水稻后,OsDUF760-1的转录表达水平显著下调,而OsDUF760-3显著上调,二者在干旱胁迫处理水稻后的表达变化模式与ABA处理水稻后的表达变化模式一致,说明这2个基因可能通过ABA信号途径参与水稻干旱胁迫响应,并且扮演不同的角色。除对ABA和干旱胁迫处理具有较强响应外,水稻DUF760家族成员还对JA(茉莉素)、低温及稻瘟菌处理具有较强的响应表达变化。

基于表达谱分析陆地棉DUF642基因家族抗逆功能

【目的】DUF642(Domain of unknown function 642 genes)是1个未知功能基因家族,在植物逆境胁迫响应中发挥重要作用。本研究旨在分析其在棉花抗逆反应中的功能。【方法】基于陆地棉基因组数据,系统地鉴定DUF642基因家族。利用生物信息学方法分析基因结构、理化性质、亚细胞定位、亲缘关系、启动子顺式作用元件等。应用转录组数据和实时定量聚合酶链式反应技术分析该家族基因在不同组织和多种逆境(冷、热、干旱、盐和黄萎病菌)胁迫下的表达规律。【结果】陆地棉基因组中包含23个DUF642基因,分布于14条染色体和1条Scaffold;编码的蛋白含有1~2个保守的DUF642结构域,多定位在细胞膜。DUF642家族基因可分成4个亚组,在进化上相对保守。DUF642基因具有较为广泛的组织表达类型,其中根和叶中表达较高。通过启动子和胁迫表达分析,推测GhDUF642-09参与棉花抗盐胁迫;GhDUF642-08和GhDUF642-19参与棉花抗黄萎病;GhDUF642-02、GhDUF642-14和GhDUF642-17参与棉花生长发育和抗逆胁迫。【结论】本研究结果为进一步研究DUF642基因家族功能和棉花抗逆分子机制提供了重要的理论依据。

水稻DUF761基因家族成员鉴定与表达谱分析

DUF761家族是植物中一个未知功能结构域蛋白家族(DUF,domains of unknown function),其在水稻中的功能从未被探索。本研究通过生物信息学分析在水稻全基因组共鉴定到33个水稻DUF761基因家族成员。系统发育分析将这些成员分为3个亚家族。保守基序Motif-1分布于所有家族成员。在OsDUF761基因启动子区域共发现15种与胁迫响应、激素响应和发育相关的顺式作用元件。有30个基因的启动子区域含有ABRE元件(脱落酸响应),其中OsDUF761-21的启动子含有16个ABRE元件。组织表达谱检测结果表明,不同的OsDUF761基因成员在水稻中具有相似或者迥异的组织表达谱。在ABA、JA、低温、干旱和稻瘟菌分别处理水稻后,水稻中分别有12、13、24、24和18个OsDUF761基因的转录表达水平发生显著变化;其中,有8个基因在ABA处理和干旱处理后表现出共同的显著上调或者下调响应趋势;有6个基因在JA处理和稻瘟菌处理后表现出共同的响应趋势。本研究对水稻DUF761基因家族进行了全面分析,有助于进一步明确DUF761家族成员的生物学功能。

玉米DUF668基因家族全基因组鉴定及其表达分析

未知功能域668(DUF668)家族是植物中一个功能尚不清楚的家族。为了解玉米DUF668基因家族成员及其特征,运用生物信息学方法对ZmDUF668基因家族进行鉴定分析。结果表明,玉米8条染色体上共分布19个ZmDUF668基因,分别命名为ZmDUF668-1~ZmDUF668-19;ZmDUF668蛋白以碱性蛋白为主,且大部分成员定位于细胞核、细胞质和叶绿体中。多物种系统进化树将19个ZmDUF668家族蛋白成员分为2个亚组;19个ZmDUF668中鉴定出10种蛋白保守基序,所有成员都含有Motif 1和Motif 5;通过对蛋白保守域分析发现,19个成员中有14个不仅含有DUF668结构域还含有DUF3475结构域;基因结构分析表明,同一亚群中成员基因结构相似。根据共线性分析可知,13个ZmDUF668基因与10个OsDUF668组合形成21种共线性关系。ZmDUF668顺式作用元件分析发现,家族成员启动子区域分布着光响应、植物激素及非生物胁迫相关作用元件。蛋白质互作网络(PPI)预测结果表明,ZmDUF668家族蛋白中只有ZmDUF668-10与其他蛋白存在互作关系。通过RNA-Seq数据分析发现,ZmDUF668基因家族部分成员在受到冷、热、盐胁迫和紫外处理下基因表达量明显变化,实时荧光定量PCR试验验证了ZmDUF668家族部分成员在冷胁迫和热胁迫下的响应。研究主要是将生物信息学运用于对玉米DUF668基因家族的分析,揭示了ZmDUF668基因家族成员的特征,为后续研究玉米DUF668家族基因的分子生物学功能提供了理论基础。

3种芸薹属植物ROH1基因的克隆及分析

[目的]通过PCR和RT-PCR技术从甘蓝、白菜和萝卜中扩增ROH1基因序列,分析该基因的基本特性。[方法]采用生物信息学的相关方法进行分析。[结果]甘蓝、白菜、萝卜ROH1基因没有内含子,甘蓝ROH1基因编码398个氨基酸,白菜和萝卜ROH1基因均编码400个氨基酸,3种植物的ROH1蛋白序列与拟南芥已经公布的ROH1(At1g63930)蛋白氨基酸缺少一段连续的氨基酸序列;ROH1属于DUF793蛋白超家族,它没有跨膜结构域和信号肽,二级结构主要由α-螺旋和无规则卷曲构成。同源比对及功能联想分析发现植物中ROH1非常保守,系统发育分析表明甘蓝、白菜和萝卜的关系最近;结构功能分析发现ROH1可能与BYPASS蛋白和AT4G11300蛋白的功能相似。[结论]为研究DUF793蛋白超家族功能提供参考。

人工microRNAs对拟南芥At1g13770和At2g23470基因的特异沉默

DUF647(Domain of unknown function 647)蛋白家族是在真核生物中广泛存在的、高度保守的蛋白家族。拟南芥中该基因家族共有6个成员,迄今为止拟南芥DUF647家族中4个成员的功能尚不清楚。文章以拟南芥内源MIR319a前体为骨架,构建了敲减DUF647家族中2个基因At1g13770和At2g23470表达的人工microRNAs(Artifical microRNAs,amiRNAs)。利用WMD(Web microRNA designer)平台设计分别靶向At1g13770和At2g23470基因的amiRNAs序列,通过重叠PCR置换拟南芥MIR319a前体序列。构建融合amiRNAs前体的植物表达载体pCHF3-amiRNAs,在农杆菌介导下转化拟南芥。RT-PCR分析表明,amiRNAs能够显著抑制At1g13770和At2g23470基因的表达,获得了抑制效果明显的转基因株系。At2g23470-amiRNA转基因植株At2g23470转录水平的下调导致育性严重下降。文章为进一步研究这两个基因的功能奠定了良好的基础。

不同未知功能结构域蛋白家族(DUFs)基因在植物中的生物学功能

未知功能结构域蛋白家族(domains of unknown function protein families,DUFs)是一大群并未表征功能的蛋白家族,其蛋白结构中包含至少一个高度保守的DUF结构域。在众多的DUFs蛋白家族中存在一些植物特有的DUFs蛋白家族,其参与调控植物生长发育、植物对病虫害的防御反应和植物对非生物胁迫的应答反应等生物学过程。本文对近几年关于植物DUFs基因参与上述生物学功能方面的研究进行了综述,旨在为未知功能基因的挖掘及其调控机制的阐明提供基础资料。

蒺藜苜蓿DUF221基因家族全基因组鉴定及盐响应相关基因筛选

DUF221蛋白是一类可能与植物响应逆境胁迫相关的功能未知结构域蛋白。为了研究蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)中DUF221基因家族的分布特征和盐胁迫下的表达,本研究对蒺藜苜蓿中具有DUF221结构域的基因进行了全基因组的鉴定和分析。结果表明,蒺藜苜蓿中共鉴定得到13个MtDUF221基因,不均匀的分布在8条染色体上。利用蒺藜苜蓿、拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza sativa)中的DUF221蛋白进行系统进化分析,将该家族基因分成Clade A、Clade B和Clade C共3个亚家族。编码蛋白基本理化性质、基因结构和保守基序的分析显示了该家族基因进化上具有较强的保守性。进一步利用蒺藜苜蓿基因芯片数据对不同组织部位和盐胁迫下的表达进行分析,筛选到4个转录水平明显受到盐胁迫诱导的基因,2个表达明显被抑制的基因,为今后揭示MtDUF221基因在蒺藜苜蓿响应盐胁迫中的生物学功能提供数据参考。

水稻DUF966基因家族的生物信息学分析

DUF966基因家族是一类未知功能的基因家族,它们在水稻生长发育和逆境胁迫应答反应中可能起重要作用,为了研究这些基因的生物学功能,初步揭示它们对水稻生长发育和抗逆性的调控作用,本研究通过生物信息学方法,分析了水稻DUF966家族基因特征、系统进化、芯片表达谱、跨膜结构域、信号肽以及亚细胞定位。结果表明,水稻DUF966基因家族包含7个成员,几乎都具有转录活性,它们编码的蛋白质只包含1~2个保守的未知功能结构域(DUF966结构域);进化分析表明,该家族可分为4个亚群,其中Os DSR2、Os DSR4、Os DSR5和Os DSR6同属一个亚群,可能具有相似的生物学功能;芯片表达谱分析表明,该家族基因主要在幼苗、花序和茎中呈中、低度表达,Os DSR3和Os DSR7基因受盐和低温胁迫的诱导表达,其它基因受不同非生物胁迫的抑制表达,该家族多数基因还能被白叶枯病菌侵染诱导表达;蛋白预测表明,该家族蛋白不含跨膜结构域和信号肽序列,能够被定位在细胞质中。本研究为系统开展水稻DUF966基因家族的生物学功能研究提供了依据。

水稻DUF1644基因家族的鉴定与非生物胁迫的表达分析

未知功能结构域(domain of unknown function,DUF)蛋白家族是一类成员数量较多的蛋白家族,因其蛋白功能未知而得名。DUFs蛋白一般都含有一个或多个保守的DUF结构域,依据DUF结构域的类型,将其分成不同的家族。DUF1644s是植物特有的一类DUF蛋白家族,在植物生长发育和非生物胁迫应答中发挥重要调控作用。本研究通过生物信息学的研究方法,对水稻OsDUF1644s家族基因特征、亚细胞定位、系统进化和非生物胁迫响应模式进行了系统的分析。结果显示,OsDUF1644s基因家族含有9个成员,分布在第1、2、4、6、7和9号染色体上,其编码蛋白质含有1~2个高度保守的DUF1644结构域;系统进化结果表明,该基因家族可分为4个亚族(Ⅰ~Ⅳ)。启动子顺式作用元件预测发现,OsDUF1644s基因家族成员的启动子中含有多种与非生物逆境响应相关的顺式作用元件;进一步对OsDUF1644s进行多种非生物逆境诱导表达模式分析,发现大部分OsDUF1644s基因对至少2种非生物逆境有显著响应。所有OsDUF1644s基因的表达都受到Na Cl胁迫诱导,且在3 h时达到峰值;PEG胁迫下,OsDUF1644-7呈下调表达模式,而大部分成员呈上调表达模式;冷胁迫和脱水胁迫下,OsDUF1644s家族成员均不同程度地受到冷胁迫和脱水胁迫诱导差异表达。本研究为进一步解析水稻DUF1644基因家族在水稻应对非生物胁迫中的生物学功能提供了依据。

甘蓝型油菜BnaSVB基因的克隆及DUF538基因家族的鉴定

为了研究甘蓝型油菜(Brassica napus L.)中SVB基因的功能以及甘蓝型油菜DUF538基因家族的特性,本研究在甘蓝型油菜耐盐品系862中克隆了Bna SVB基因的CDS序列,并首次在甘蓝型油菜全基因组中鉴定出DUF538基因家族。生物信息学分析结果显示,BnaSVB基因CDS序列长468 bp,编码155个氨基酸,含有一个未知功能的DUF538结构域;BnaSVB基因和SVB基因编码蛋白理化性质相似,均属于亲水性蛋白,磷酸化位点较高,无跨膜区域;它们的一级、二级结构相似,三级结构存在显著差异,又存在10处氨基酸的差异位点,其中还包含两处氨基酸位点的缺失,这可能会造成它们基因功能的不同。本研究利用Hmmer3.1和blastp首次在甘蓝型油菜全基因组中鉴定并筛选出了78个DUF538基因家族成员,将其分为三个亚族,并对其家族成员基因结构、蛋白理化性质、染色体定位、motif、系统进化做了初步分析,以期为该基因的进一步研究打下基础。