坛紫菜HSP20基因家族成员的全基因组鉴定及生物信息学分析

【目的】鉴定坛紫菜(Pyropia haitanensis)HSP20基因家族成员(PhHSP20s),并进行生物信息学及表达谱分析,为揭示PhHSP20s基因在坛紫菜生长发育和非生物胁迫下的调控机理提供理论依据。【方法】对坛紫菜基因组序列进行基因结构预测,利用隐马尔可夫模型在坛紫菜蛋白序列中搜索含有ACD结构域且分子量为12~43 kD的HSP20家族蛋白,并对其理化性质、系统进化及编码基因启动子顺式作用元件和表达特性进行分析。【结果】从坛紫菜全基因组鉴定出8个PhHSP20s基因,其不均匀地分布在5条Scaffolds上,均只含有1个外显子,无内含子,开放阅读框(ORF)长度为402~930 bp,其编码蛋白的氨基酸残基数量为133~309个,分子量为13.7~31.9 kD,理论等电点(pI)为5.50~10.49,多数蛋白呈酸性。系统发育进化树分析结果显示,陆生植物(拟南芥)、红藻(脐形紫菜和坛紫菜)和细菌(大肠杆菌)HSP20分别聚类为独立的一支,但绿藻(莱茵衣藻)HSP20聚类为2个分支,分别与陆生植物和红藻HSP20聚类在一起;红藻(脐形紫菜和坛紫菜)HSP20蛋白高度相似,亲缘关系近,可分为2个小分支,均与陆生植物HSP20的亲缘关系较远,不属于陆生植物中已报道过的任何HSP20亚族。PhHSP20s基因启动子上除了含有保守的通用元件外,还含有非生物胁迫响应元件。在PhHSP20s基因中,除PhHSP32基因几乎不在任何条件下表达外,其余PhHSP20s基因至少在1种条件下高表达,且部分PhHSP20s基因表现出相似的表达模式;部分PhHSP20s基因在不同生长阶段、光质培养条件、失水胁迫和盐胁迫下具有表达特异性,即在生殖细胞发育阶段和单性生殖孢子发育期高表达,在低盐胁迫下高表达。【结论】坛紫菜HSP20家族基因在基因数目、基因结构及系统进化上明显不同于陆生植物HSP20家族基因,推测HSP20基因复制事件在红藻和陆生植物分化之后独立发生,且在坛紫菜生长发育和非生物胁迫应答中发挥作用。

中药火麻仁基原植物Hsp20基因家族鉴定及表达分析

Hsp20 (heat shock protein 20)基因家族在植物生长发育和胁迫响应中发挥着重要的作用。为探究大麻(Cannabis sativa L.) Hsp20 (CsHsp20)基因的功能,本研究在全基因组和转录组水平上采用生物信息学手段对CsHsp20基因家族进行系统性研究。结果表明,在大麻中鉴定到35个CsHsp20基因家族成员(CsHsp20-1~CsHsp20-35),分布在9条染色体上,属于10个亚家族,同一亚家族成员之间蛋白基序分布相似。多种激素和胁迫响应顺式作用元件存在于CsHsp20基因的启动子区,表明其可参与植物的生长发育和多种胁迫响应。蛋白互作分析表明CsHsp20蛋白与Hsp家族其他成员之间存在互作关系且受转录因子Hop和HSFA2的调控。转录组数据表明在大麻的不同组织器官及不同发育时期中CsHsp20基因家族成员表达水平存在差异,主要在火麻仁及其成熟期高表达,表明CsHsp20家族成员可调控火麻仁的生长发育。本研究为CsHsp20基因家族功能研究和火麻仁基原植物的定向培育奠定了基础。

花生HSP 20基因家族鉴定及其表达特性分析

HSP20是一类小分子热激蛋白,在植物抵御逆境胁迫中发挥重要作用.本研究借助花生基因组数据库,通过隐马尔可夫(Hiddne Markov Model,HMM)搜索野生种花生(Arachis duranensis)和(Arachis ipaensis)蛋白质数据库,鉴定出AdHSP 20和AiHSP 20基因各27个,基因长度为946~1 103 bp,不均匀分布在花生9条染色体上.进化树分析显示,这些基因分为11个亚家族.通过对基因结构和保守序列分析表明该基因家族高度保守.表达分析发现,2个野生种花生中各有5个基因在各组织中高表达,大部分基因在果针入土期开始大量表达,具有组织表达特异性,存在多个激素及逆境胁迫相关的顺式作用元件,预示着该基因家族参与花生逆境胁迫响应.

大豆HSP20基因的鉴定及表达分析

HSP20是一种小分子热激蛋白,在植物生长发育和抗胁迫过程中发挥重要作用。研究利用生物信息学方法对大豆中56个GmHSP20家族基因进行了鉴定,并对其理化性质、基因结构、进化关系、启动子原件以及表达模式进行了分析。56个家族基因分为11个亚族,分布在18条染色体上;氨基酸长度不一、分子量和等电点变化范围比较大;启动子原件分析发现含有植物胁迫相关的元件。基因表达模式显示:GmHSP20家族基因在种子发育第42天表达水平较高。此外,研究还发现GmHSP18.5A和GmHSP18.5B在大豆不同部位和各生长发育阶段都有表达且表达水平较高,具有相似的表达模式。