灰毡毛忍冬MADS-box基因家族鉴定与CMB1基因克隆

目的鉴定灰毡毛忍冬Lonicera macranthoides MADS-box家族基因并进行生物信息学分析与表达模式验证,克隆湘蕾型和野生型灰毡毛忍冬MADS-box家族成员CMB1全长。方法基于转录组数据,利用在线工具对灰毡毛忍冬MADS-box进行生物信息学分析,并利用qRT-PCR验证MADS-box基因在不同品种中的表达模式,通过RT-PCR、RACE技术克隆湘蕾型和野生型灰毡毛忍冬CMB1基因全长。结果28个灰毡毛忍冬MADS-box蛋白长度为89~359 aa,碱性蛋白占比85.7%,不稳定蛋白占比96.4%,亲水性蛋白占比96.4%,均定位于细胞核,均为无跨膜结构的非分泌蛋白。转录组显示,与野生型比较,湘蕾型中28个MADS-box基因有17.86%表达下调,MIKCC型基因中有18.75%表达下调。克隆得到在两个品种的灰毡毛忍冬花中高度特异性表达的CMB1基因全长,均包含一个738 bp的ORF,编码245个氨基酸。CMB1基因在两个品种的花中表达量存在显著差异(P<0.01),且与茎、叶相比,在花中高度特异性表达(P<0.01)。结论基于灰毡毛忍冬转录组数据,鉴定了28个MADS-box家族基因,克隆得到湘蕾型与野生型灰毡毛忍冬CMB1基因全长,为进一步研究灰毡毛忍冬花发育、优良表型形成的分子机制提供研究基础与理论依据。

柳属植物花发育相关的MADS-box基因家族成员鉴定与表达分析

【目的】利用基因组和转录组数据鉴定分析花发育相关的MADS-box基因家族成员的结构特征及表达模式,为柳属花被缺失的分子机制研究提供理论依据。【方法】通过生物信息学方法鉴定柳属的长梗柳(Salix dunnii)、欧蒿柳(S.viminalis)、红皮柳(S.purpurea)的MADS-box基因家族成员,并对3种柳树花发育相关的MADS-box基因系统发育关系、基因复制和丢失、基因结构和理化性质进行分析。根据雌雄花芽的转录组数据分析长梗柳花发育相关基因在花芽不同发育阶段的表达模式。【结果】在长梗柳、欧蒿柳和红皮柳中分别鉴定出82、82和98个MADS-box家族基因。3种柳树的花发育相关基因经历了基因复制和丢失,相同亚类基因结构和保守结构域相似,但部分A、B、C和E亚类基因的K-box结构域缺失。长梗柳花发育相关基因的表达结果显示,在雌花和雄花中具有不同的表达模式。其中,B亚类SdMADS26和SdMADS4基因表达量均偏低。【结论】柳属植物花发育相关基因中部分成员的基因结构和表达模式发生了变化,推测这些变化可能与柳属花被缺失相关。

辣椒MIKC型MADS-box基因家族鉴定及胁迫响应

MADS-box家族在花的诱导和发育中作用广泛,有些基因在明显不相关的发育阶段具有多种功能。本研究通过生物信息学对辣椒MIKC型MADS-box家族系统发育树、保守结构、基因特征、GO和KEGG富集分析、时空表达等进行系统分析。在辣椒中共鉴定到25条MIKC_MADS基因,均具有MIKC_MADS的N端SRF-TF和C端K-box保守结构域,氨基酸数为122~278 aa,为两性亲水性蛋白。Motif分析发现,25条CaMADS-box基因均含有Motif1、Motif2、Motif4共3个保守基序。染色体定位发现,25条基因不均匀地分布在12条染色体上,其中染色体Chr02定位基因最多,共计5条基因。共线性分析发现MIKC_MADS在野生种Chiltepin中存在多个共线性区块。GO富集分析发现,MIKC_MADS主要参与植物生长初期发育过程,主要是花器官、胚乳发育过程,KEGG富集到甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢(ko00260),乙醛酸盐和二羧酸盐代谢(ko00630),碳代谢(ko01200)。顺式作用元件发现,与光响应元件、水杨酸、胚乳等元件相关。在时空表达过程中,MIKC_MADS在茎、叶、芽和花过程表达呈现上调表达趋势。

谷子MADS-box基因家族的鉴定和表达分析

MADS-box基因是真核生物中一类重要的转录因子,参与调控多项植物的生长发育过程。然而关于谷子穗发育的MADS-box基因研究比较少。本研究使用序列相似性检索,在Phytozome 13.0数据库中筛选并且鉴定出了68个谷子MADS家族成员,并对这些家族成员的物理化学性质、系统发育树、染色体定位、表达谱等进行了全面的分析。结果表明,谷子MADS家族成员在染色体上分布不均匀,可以分为5个亚族。通过组织特异性表达谱分析得到,多数MADS基因在穗中表达量要高于其他器官。此外利用转录组测序技术对发育初期的谷穗和成熟期的谷穗进行了转录组测序分析,筛选到数个与谷穗分生组织发育相关MADS-box基因。为进一步揭示MADS-box基因在谷子穗发育过程中的作用奠定了重要的基础。

锥栗MADS-box基因家族鉴定及组织特异性表达分析

为研究MADS-box基因家族在锥栗花和果实发育过程中的作用,在锥栗全基因组水平上,用生物信息学方法对其MADS-box基因家族进行鉴定、理化性质分析、系统进化分析和染色体定位,分析其基因复制、基因结构、顺式作用元件和表达量。结果表明,锥栗基因组中存在60个ChM ADS-box基因,不均匀地分布在除了2号染色体(Chr2)外的11条染色体上,其中,存在4对串联重复和8对片段重复。根据系统发育关系,可将锥栗基因组的60个ChM ADS-box基因分为type-Ⅰ型(20个)和type-Ⅱ型(40个)。ChM ADS-box蛋白均含有MADS结构域(Motif1和Motif2),且同亚家族基因显示出相似的基因结构。ChM ADS-box基因的启动子区域含有植物生长、光反应、激素反应和胁迫反应等顺式作用元件。ChM ADS-box基因在叶、雄花、雌花、果实和壳斗5种组织中具有特异性表达模式,表明其在植物生长发育过程中具有不同的功能。在果实和雄花发育的3个过程中,ChM ADS17、ChM ADS22、ChM ADS30、ChM ADS32、ChM ADS36、ChM ADS43、ChM ADS49、ChM ADS53表达较高,表明它们在锥栗花和果实发育过程中起到重要作用。

辣椒MADS-box基因家族的鉴定及表达分析

利用辣椒的全基因组数据鉴定到104个MADS–box基因,对它们的理化性质、染色体定位、系统进化关系、蛋白保守基序和组织表达水平进行分析。结果表明:辣椒MADS–box基因家族各成员在染色体上的分布不均,理化性质差异较大,104个家族成员编码的氨基酸长度为100~567 aa,蛋白相对分子质量为11203.9~63559.7,蛋白理论等电点(PI)为4.63~10.46,系统进化树分析结果表明,辣椒MADS–box基因家族可分为2大类,与拟南芥和番茄的进化关系类似;组织表达水平分析结果表明,CaMADSs主要在花、果实和种子中表达,在叶片中表达量相对较低,推测MADS–box基因可能参与调控果实的发育和成熟。

中华猕猴桃全基因组MADS-box基因家族鉴定及表达分析

【目的】鉴定并分析中华猕猴桃MADS-box基因家族成员,探明MADS-box基因家族成员在果实生长发育及芽休眠中的表达模式。【方法】基于中华猕猴桃红阳V3基因组数据库,利用生物信息学方法对中华猕猴桃MADS-box全基因组进行鉴定,分析其家族成员的理化性质、系统进化树、保守基序、顺式作用元件,并对其在果实生长发育及不同组织中的表达模式进行分析。【结果】在中华猕猴桃红阳基因组中鉴定到了68个AcMADS-box基因,共包含11个亚家族,不均匀地分布于22条染色体上,成员间共存在32对共线性基因对;在基因家族上游启动子区域发现与光响应、激素响应、逆境胁迫响应等相关的顺式元件;17个AcMADS-box基因在组织间高表达且有表达特异性,推测是参与调控中华猕猴桃生长发育的关键基因。【结论】初步鉴定并提供了AcMADS-box家族成员信息,16个AcMADS-box家族成员在根、枝、茎、叶、花中高表达,8个家族成员在花芽中高表达。结果为进一步研究AcMADS-box参与中华猕猴桃的生长发育调控机制提供参考。

米槠MADS-box基因家族鉴定及其在花序、果实发育中的作用探析

基于米槠全基因组数据,利用生物信息学方法对米槠MADS-box基因家族进行鉴定,并对其系统进化关系、保守结构域、基因结构、基因复制和启动子顺式作用元件进行分析。此外,根据转录组数据构建米槠MADS-box基因在雄花序、雌花序、果实和果苞的不同发育阶段表达模式。本试验共鉴定出61个米槠MADS-box成员,所有基因均含有1个保守的MADS域,该域有保守的9段肽基序:KRK/R(X)4KK。系统进化和基因结构分析表明,有18个Type-Ⅰ型MADS-box基因,43个Type-Ⅱ型MADS-box基因,相同亚家族的成员有相似的基因结构和保守基序组成。61个成员不均等分布在12条染色体上,存在14对串联重复基因。表达量热图表明,Type-Ⅱ型A、B、C/D、E和AGL20类基因参与了雌花序的发育,B、C/D、E和AGL6类基因参与了雄花序的发育,E类基因可能参与雌花序休眠,而A类基因可能在雌花序解除休眠后发挥重要作用。A、C/D、E和AGL6类基因参与了果苞的发育,果苞可能由雌花的花器官发育而来。Type-Ⅱ型MADS-box基因家族成员在幼果期高表达,表明其参与果实早期发育。米槠FLC亚家族的CcMADS25可能在果实成熟过程中扮演重要角色。

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。

黄瓜全基因组转录因子MADS-box家族基因的序列特征分析

MADS-box家族基因是一类编码转录因子的基因,因其在调控植物生长发育方面的重要功能而成为作物遗传育种研究的热点。采用生物信息学方法,对黄瓜全基因组MADS-box基因进行序列特征分析,包括CsMADS基因的数量、染色体定位、保守基序的分布及系统进化树分析。结果表明,黄瓜基因组中共有41个CsMADSs基因,除7个分布于Scaffold外,其他34个CsMADSs基因分布于黄瓜7条染色体上,但在染色体上的分布不是均匀的;41个CsMADSs都具有保守的MADS结构域,分布于9个MADS亚家族,而且大部分的CsMADSs基因属于SEP和MEF2-like分支。该研究结果不仅有助于MADS-box转录因子信号转导途径的解析,而且可为进一步研究该家族基因的功能提供信息参考。

葡萄MADS-box家族基因保守片段的克隆与序列分析

MADS-box转录因子在多种植物的发育过程特别是花器官和果实发育过程中发挥重要的作用。为了从葡萄中克隆出新的MADS-box基因,研究在葡萄花及果实发育中的作用,根据多种植物MADS-box基因保守区序列,设计简并引物,应用RT-PCR技术从红富士葡萄花序中分离出34条MADS-box基因cDNA片段。序列分析表明,这些片段长度在138～152bp之间,包含基因起始密码子。推导的氨基酸序列与已登录的欧洲葡萄及其它物种的MADS-box基因同源性超过83%。用推导的氨基酸序列与已知的欧洲葡萄和拟南芥MADS-box家族基因进行系统发育分析,可将这些基因片段分别归入拟南芥MADS-box基因不同亚家族中,证明葡萄中存在多种MADS-box家族基因,克隆的片段包含ABCDE模型中的各类花发育基因。

MADS-box家族蛋白在植物开花、结实及根瘤形成中的多功能调节作用

MADS-box家族蛋白是一类序列特异的转录调控因子,在激活或抑制基因的转录过程中起作用。本研究对MADS-box家族蛋白在植物开花、果实发育中的重要作用以及在根瘤形成中的功能作了概述,提出了部分MADS-box家族蛋白的双功能调节性质,并对MADS-box基因的研究意义和研究前景进行了讨论。

烟草细胞质雄性不育系K326 MADS-box和SUPERMAN基因的特征

细胞质雄性不育是杂种生产的重要工具,也是研究细胞核与细胞质互作的良好系统,但其机制仍不清楚。本研究以细胞质雄性不育系K326为材料,研究了烟草细胞质不育系雄蕊异常与花发育基因表达的关系。细胞质雄性不育系K326源于普通烟草天然不育株,用烤烟品种K326连续回交培育而成,不仅具有心皮化雄蕊现象,同时也有花瓣化雄蕊现象,异常雄蕊基部融合为一体。本研究首先用生信手段对控制普通烟草花发育的MADS-box基因和边界基因SUPERMAN进行了全基因组鉴定,分析了它们染色体定位和共线性,预测了B类基因和SUPEMAN基因的顺式作用元件,并研究了它们在不育系和保持系不同时期花蕾中的表达特征。结果表明,烟草共鉴定出160个MADS-box基因和5个SUPERMAN基因。这些MADS-box基因中有7个B类基因(4个PI基因,3个AP3基因),79个MADS-box基因定位于22条染色体上,3个SUPERMAN基因定位于3条染色体上。共线性分析表明,串联和片段DNA重复、倍加作用是MADS-box基因家族扩张的驱动力。观察发现,细胞质雄性不育系K326异常雄蕊在小蕾期就已出现,暗示细胞质雄性不育K326中雄蕊异常是早期分生组织发育缺陷的结果。qPCR检测表明,细胞质雄性不育系及保持系中可以检测到7个B类基因和1个SUPERMAN基因表达。PI基因表达水平NitMADS115在保持系各个时期均高于不育系;AP3基因NitMADS72、NitMADS100表达水平在保持系各个时期均低于不育系;其他基因呈现小蕾期和大蕾期下调,中蕾期上调。SUPERMAN基因只在保持系小蕾和中蕾期可以检测到,而不育系各个时期中均无法检测到;顺式作用元件分析表明,NitMADS115具有生长素响应元件AuxRR。因此,生长素可能在烟草细胞质逆行调控细胞核起重要作用。

烟草MADS-box家族基因保守片段的克隆与序列分析

MADS-box家族基因在植物的生长发育过程中具有重要功能。在烟草生产中出现的早花现象与MADS-box家族基因相关,为了能从烟草中克隆出与开花时间相关的基因,根据不同植物MADS-box家族基因的保守区序列,设计简并引物,采用RT-PCR技术从烟草品种NC82茎尖中成功分离出27条cDNA片段,长度在122～146 bp之间。序列分析表明,其中有16条具有MADS_MEF2类保守结构域,其推导的氨基酸序列与拟南芥等MADS-box家族基因具有同源性,相似性平均能达到76%,并具有15个保守的氨基酸位点,其中7个位点参与蛋白与DNA的相互作用,4个位点具有蛋白二聚化功能。系统发育分析结果表明,这些保守片段分别和拟南芥9个不同的MADS-box家族基因亚类最近似,其中许多亚家族与成花相关,说明NC82中存在具有调控开花的MADS-box家族基因表达,并可能与NC82低温敏感,易早花特性相关。

柱型苹果MADS-box家族的2个同源基因克隆与生物信息学分析

基于笔者前期进行的柱型苹果转录组测序(RNA-seq)结果,采用RT-PCR方法,从柱型苹果花芽中克隆了MADS-box基因家族的2个同源基因,分别命名为MdSOCla和MdSOClb。分析结果表明,MdSOCla开放阅读框长度为708 bp,编码235个氨基酸,蛋白质分子量为26.95 kDa,等电点为9.13;MdSOClb开放阅读框长度为717 bp,编码238个氨基酸,蛋白质分子量为27.49 kDa,等电点为9.61。MdSOCla和MdSOClb的编码区碱基序列相似性为83.49%,氨基酸的相似性为73.72%。MdSOCla和MdSOClb的第1～75个氨基酸为高度保守的MADS盒结构域,第105～170个为K盒结构域。在构建的SOC1系统进化树中,MdSOCla与MdSOClb与苹果SOC1关系最近,其次为橙SOC1,与拟南芥SOC1同源基因进化关系最远。苹果、橙、大岩桐关系较近而聚为一类,而大豆、豇豆、葡萄、拟南芥、草莓和玉兰聚为一类。蛋白质二级结构预测显示,MdSOCla蛋白有8个α-螺旋,5个β折叠区,13个β-转角;而MdSOClb蛋白有11个α-螺旋,7个β折叠区,11个β-转角。推测二者在花的发育中可能起不同的调控作用。

红莲型水稻不育系统花粉发育不同时期MADS-box基因家族的表达分析

以红莲型水稻不育系、保持系、恢复系和杂种为材料 ,根据 MADS- box的保守序列设计特异引物 ,并分别以 Oligo d T1 2 GC和 Oligo d T1 2 CG为锚定引物对花粉发育单核期和二核期的花药进行了差异展示分析。扩增共得到 382条带 ,其中有组成型表达带 2 2× 8=176条。对差异带的统计分析表明 :MADS- box基因家族参与了水稻CMS和育性恢复的核质互作。最后 ,对这些差异带与 CMS和育性恢复之间的关系以及特异引物在研究复杂生物学现象中的应用进行了讨论。

MADS-box基因家族基因重复及其功能的多样性

基因的重复(duplication)及其功能的多样性(diversification)为生物体新的形态进化提供了原材料。MADS-box基因在植物(特别是被子植物)的进化过程中发生了大规模的基因重复事件而形成一个多基因家族。MADS-box基因家族的不同成员在植物生长发育过程中起着非常重要的作用,在调控开花时间、决定花分生组织和花器官特征以及调控根、叶、胚珠及果实的发育中起着广泛的作用。探讨MADS-box基因家族的进化历史有助于深入了解基因重复及随后其功能分化的过程和机制。本文综述了MADS-box基因家族基因重复及其功能分化式样的研究进展。

油菜MADS-box家族基因AGL11的克隆、表达及转化油菜的研究

【目的】本研究为油菜种子中油脂合成分子调控机理提供新的线索。【方法】通过定量PCR分析油菜AGL11基因的组织表达模式,同时构建AGL11的干扰载体。【结果】生物信息学分析发现油菜AGL11具有完整且典型的MADS-box保守结构域,蛋白整体形态呈现典型的DNA核酸结合结构,属于MADS-box家族转录调控因子,亲源关系与拟南芥AGL11蛋白最近。定量PCR研究发现,AGL11在油菜盛花期和果夹5DAP(盛花后5 d的种子)表达量最高,实验成功构建了RNA干扰载体。【结论】AGL11基因在油菜种子发育和油脂积累过程中强烈表达,该基因可能在种子发育及油脂的合成中发挥着重要作用。RNA干扰载体的构建成功将为后续获得转基因油菜,观察转基因油菜胚的发育和种子油脂的积累,从而确定AGL11在油菜胚的发育及油脂的合成中发挥着重要作用。

荷花B类MADS-box基因家族NnDEF基因的克隆及表达分析

以荷花品种‘重瓣一丈青’(Nelumbo nucifera'chongban yizhangqing')为试材,采用同源克隆方法获得2个AP3/DEF同源基因NnDEF1和NnDEF2。NnDEF1基因CDS序列全长678 bp,编码225个氨基酸;NnDEF2基因CDS序列全长693 bp,编码230个氨基酸;2个基因的C-末端序列均包含典型的PI衍生基序和PaleoAP3基序。序列比对和系统进化分析表明,NnDEF1和NnDEF2基因属于B功能基因家族AP3/DEF亚家族,2个基因序列比对其同源性远高于其它物种同源基因,表明荷花进化中可能存在基因加倍事件。表达模式分析显示,NnDEF1和NnDEF2基因表达具有品种间相似性和个体内差异性,NnDEF1倾向于在花瓣和雄蕊组织中表达,尤其内侧花瓣表达量最高;而NnDEF2则表达更广泛,在茎、叶、萼片、花瓣组织中均有表达,在外轮花瓣组织中表达量最高。基因表达差异表明,NnDEF1基因可能在荷花瓣化现象中发挥作用。上述研究结果可为探讨荷花花发育及瓣化现象分子机制的研究奠定基础。

甜菜MADS-box家族基因的全基因组鉴定及进化分析

为了进一步了解MADS-box家族基因的功能,利用生物信息学的手段,首次对甜菜MADS-box基因进行了全基因组的鉴定,并对其染色体定位、系统发生关系、基因结构、保守元件、表达模式以及蛋白功能联系进行预测和分析。结果表明,甜菜MADS-box基因共34个成员,其中,typeⅠ成员7个和typeⅡ成员27个,typeⅠ进一步分为Mα(3)、Mβ(1)、Mγ(3)3个组;typeⅡ进一步分为MIKCC(22)和MIKC*(5)2个组,MIKCC组可进一步分为AG(2)、AGL12(2)、AP3-PI(4)、Bs(2)、SOC1(1)、SVP(1)、SEP(3)、AGL17(5)、AP1-FUL(1)和FLC(1)10个亚组。MADS-box家族基因在染色体上呈不均匀分布,同一染色体上的基因簇状分布,其中,第6号染色体上分布最多,在第7号染色体上没有分布。甜菜MADS-box家族基因虽然基因结构差别较大,但蛋白序列相对保守。基因表达谱显示,大部分MADS-box基因优势表达于分生组织,部分MADS-box基因在种子、直根、幼叶等组织亦有较高表达。部分MADS-box基因响应盐、热胁迫轻微上调,可能参与甜菜逆境生理调控。