杨树MIR171基因家族进化与功能分化研究

MicroRN（miRNA）是一类重要的非编码小分子RNA，广泛参与植物生长发育和胁迫响应的调控。杨树MIR171基因家族是一个古老的miRNA基因家族，具有14个成员。本文对杨树MIR171基因家族的基因倍增模式、表达方式、启动子结构及靶基因进行了分析。结果表明：杨树MIR171基因家族主要通过48-54百万年前的染色体大片段重复进行扩张，其表达方式和功能已经出现分化。MIR171基因家族可能主要通过调控GRAS转录因子和信号转导蛋白参与杨树生长发育、光信号转导和光形态建成的调控。

工业大麻miR156基因家族在NaHCO_(3)胁迫下的表达模式及生物信息学分析

工业大麻miR156基因家族在碱性盐胁迫响应过程中发挥重要的调控作用,为探究工业大麻miR156基因家族响应NaHCO_(3)胁迫的分子机制,以盐碱耐受型工业大麻品种火麻一号为供试材料,利用生物信息学和qRT-PCR方法,对miR156基因家族进行分析。结果表明,工业大麻miR156家族基因与芦笋、野草莓、苹果和大豆的亲缘关系较近。2条工业大麻pre-miR156序列,产生一条相同的miR156成熟体,且成熟体的保守性较高。在NaHCO_(3)胁迫后的24 h内,工业大麻miR156基因表达量随胁迫时间的延长呈先升高后降低再升高的趋势。该结果为进一步研究工业大麻miR156基因家族及其靶基因的调控网络提供理论依据。

大豆miR-171基因家族的进化与功能分析

运用生物信息学方法在miRBase搜索大豆miR-171(gma-miR-171)基因家族的序列,分析gma-miR-171序列的进化特征并预测其靶基因。结果表明,在miRBase中共搜索到21条gma-miR-171基因家族序列。序列分析发现,gma-miR-171基因家族序列保守性较差,只有2个碱基完全保守。对gma-miR-171基因进行定位,21个成员分散在12条染色体上,其中Chr06上gma-miR-171基因最多,共4个。进化分析表明,位于同一条染色体上的gma-miR-171基因没有表现出较近的亲缘关系。靶基因预测获得14个gma-miR-171基因家族的靶基因,包括蛋白激酶、磷酸酶、输出蛋白、转录因子等,说明gma-miR-171基因家族在大豆中具有广泛的调控功能。

miR-171基因家族进化分析及靶基因预测

运用生物信息学方法在miRBase中搜索植物miR-171基因家族的序列,分析miR-171序列的进化特征并预测其靶基因。结果表明,在38种植物中共搜索到219条miR-171序列,大部分miR-171基因都存在于基因间隔区。进化分析表明,miR-171基因家族的进化与物种进化关联不大。采用3个miRNA靶基因预测软件对大豆和玉米miR-171基因的靶基因进行预测,发现了miR-171可能参与生长因子、转录因子、蛋白酶等的调控,作用范围非常广泛。

玉米MIR166基因家族的进化与功能研究

【目的】分析玉米MIR166基因家族的序列特征、分子进化及靶基因等,了解MIR166基因家族在玉米生长发育与逆境胁迫响应中的调控作用。【方法】运用生物信息学方法在mi RBase中搜索zma-MIR166基因家族的序列,用BLAST搜索工具进行基因定位;采用Clustal W2软件进行多序列比对,用MEGA 6.0构建zam-MIR166家族的系统发育进化树;利用ps RNATarget软件对zma-MIR166基因家族的靶基因进行预测。【结果】通过搜索,在玉米中找到14个zma-MIR166基因,并获得其对应的14个前体序列及由其产生的26个成熟mi RNA序列。zma-MIR166基因家族在产生成熟mi RNA的位置高度保守,其他位置则保守性减弱。基因定位结果发现,zma-MIR166基因家族的14个成员分布在染色体1、3、4、5、6、7等6条染色体上,其中以染色体1上zma-MIR166基因最多,共有5个。进化分析结果表明,14个zma-MIR166基因家族成员分别处于3个进化分支,而同处于一条染色体上的成员的亲缘关系较远。对zam-MIR166基因家族的靶基因进行预测,发现zma-MIR166基因家族靶基因功能涉及发育调控蛋白家族、胁迫相关蛋白、光系统I作用中心亚基、转座子插入位点等。【结论】zam-MIR166基因家族序列保守性较高,具有明显的家族特征与相似的功能,在玉米生长发育和胁迫响应等生物过程中发挥广泛而重要的调控作用。

杨树MIR169基因家族分子进化分析

MicroRNA(miRNA)是真核生物中普遍存在的一类参与基因表达调控的小分子RNA。ptc-MIR169基因家族有33个成员,是杨树中规模最大的miRNA基因家族。研究MIR169基因家族的进化对揭示杨树miRNA基因的进化机制具有重要的意义。文章对毛果杨MIR169基因家族的分子系统发育、基因倍增模式、表达分化和靶基因进行了分析。结果表明,染色体大片段重复和串联重复在毛果杨MIR169基因家族扩张中均具有重要作用;MIR169基因家族在表达方式上已经出现了较大的分化;MIR169基因家族可能在杨树中已经形成了复杂的调控网络,对杨树的生长发育和适应性等具有重要的调控作用。文章为杨树及杨柳科相关植物中miRNA基因家族的分子进化研究提供了参考。

葡萄miR159家族生物信息学分析及靶基因预测分析

为了研究葡萄miR159基因家族在葡萄生长发育过程中发挥的作用,利用生物信息学工具和方法,对葡萄miR159家族成员进行了基因定位、前体序列二级结构预测、成熟序列保守性分析、靶基因及其功能预测以及系谱进化分析。结果显示:在葡萄miR159家族成员中vvi-miR159a和vvi-miR159b两个成员均分布在染色体15上,vvi-miR159c分布在染色体17上;葡萄miR159家族成员基本上符合进化规律;葡萄miR159家族成员的前体均可形成稳定的茎环结构,且其成熟序列都产生于其前体茎环结构的5'端臂上,其碱基序列保守性较高;葡萄miR159家族对应的靶基因主要有两个(GSVIVT01012447001与GSVIVT01037362001),经BLAST分析,主要为GAMYB转录因子家族。

杨树MIR156基因家族的进化与功能分化

为阐明杨树MIR156基因家族的进化过程和功能分化,研究了杨树MIR156基因家族的扩张模式、倍增时间、系统发育、表达方式、启动子元件和靶基因。结果表明:杨树MIR156基因家族主要通过染色体大片段重复实现扩张,而串联重复对此没有贡献;不同家族成员表达方式已分化,其中ptc-MIR156g/h/i/j表达活性最高;家族成员启动子顺式作用元件存在差异;杨树MIR156的靶基因包括29个SBP结构域蛋白质,由于成熟序列存在差异,家族成员调控的靶基因也表现出差异。说明杨树MIR156基因家族成员的功能已经分化,在杨树中可能形成了复杂的调控网络。

三裂叶薯SPL基因家族鉴定、表达及miR156的调控分析

SQUAMOSA promoter binding protein-like(SPL)是一类广泛存在于植物中的转录因子,均含有一个高度保守的SBP结构域(SQUAMOSA-PROMOTER BINDING PROTEIN)。本研究通过SBP结构域的隐马尔可夫模型、Blastp、CDD和SMART等程序从栽培甘薯的二倍体近缘野生种三裂叶薯(Ipomoea triloba L.)全基因组中鉴定出26个SPL基因家族成员。它们不均匀分布于三裂叶薯的12条染色体上。利用系统进化分析将新鉴定的26个三裂叶薯ItbSPL基因和来源于苔藓植物、单子叶植物、双子叶植物的116个SPL基因构建进化树,并根据拟南芥AtSPL基因家族的分类标准将26个ItbSPL基因家族分为7组。GSDS 2.0基因结构和MEME 4.12.0保守基序分析表明,不同进化分支中的ItbSPL基因的外显子/内含子数目及其蛋白基序组成差异明显。利用拟南芥中已知功能的SPL对ItbSPL基因的功能进行预测,发现三裂叶薯ItbSPL家族基因成员可能与植物开花、逆境胁迫、次生代谢产物等生物学过程相关。通过预测microRNA156(miR156)的作用位点发现,在26个ItbSPL基因中14个含有miR156的作用位点,其中13个ItbSPL基因具有PCR扩增产物。利用qRT-PCR检测13个候选靶基因及miR156在三裂叶薯叶、茎、根中的表达量,发现13个ItbSPL均在茎中的表达量最低,显著低于叶与根中的表达,而miR156则在茎中的表达量最高,在根中的表达量最低,初步推测这13个ItbSPL是miR156的靶基因。以上研究结果为六倍体栽培甘薯SPL基因家族成员的鉴定、进化分析及功能研究提供了方法和基础。

miR171家族保守性分析及其在香蕉叶片不同温度处理下的表达分析

[目的]研究三明野生蕉和天宝栽培蕉在不同温度处理后mi R171家族成员在叶片中的表达情况,初步探索香蕉mi R171家族成员的抗寒机制。[方法]采用生物信息学分析和实时荧光定量PCR(q PCR)的方法,对香蕉中mi R171家族成员进行研究。[结果]序列比对结果表明,mi R171前体与成熟体序列间有2个保守性较高的重叠区,推测mi R171成熟体可能来自这2个区域。实时荧光定量PCR结果表明,三明野生蕉的mi R171b的相对表达量在0℃时达到最高,而天宝栽培蕉mi R171b则在4℃处理时表达量达到最高;mi R171c和mi R171c*在野生蕉和天宝蕉中具有相似的表达模式,其表达量都在4℃达到最高。[结论]mi R171家族成员可能具有多重调节功能,其家族成员mi R171b,mi R172c和mi R171c*可能在香蕉冷胁迫中发挥重要作用。

高山松miR171a及其靶基因的鉴定与表达分析

以裸子植物高山松为试验材料,利用笔者所在实验室前期构建的高山松miRNA数据,通过生物信息学方法筛选与高山松生长发育相关的miR171a,并通过基于RNA连接酶的cDNA末端快速扩增法(RLM-5′RACE)验证得出,GRAS家族转录因子(Unigene10015)和肌动蛋白结合蛋白(Unigene83401)的基因为高山松miR171a的靶基因。通过PCR技术克隆得到的高山松miR171a前体序列可形成茎环发夹结构,但其成熟序列的碱基保守性较差。系统进化分析显示,pde-miR171a与裸子植物火炬松的进化关系较近。经qRT-PCR分析发现,pde-miR171a在高山松茎中的相对表达量最高,其次是在针叶中,而靶基因Unigene10015在茎、针叶中的相对表达量较低,暗示pde-miR171a可以通过调控靶基因Unigene10015而参与高山松的生长发育。

油菜miR169基因家族的生物信息学分析及靶基因预测

为了解油菜miR169基因家族,采用生物信息学的方法对油菜miR169基因家族成员的染色体位置、分子进化、前体序列的保守性、启动子和靶基因进行了分析。结果表明:油菜miR169基因家族成员分布在9条染色体上;系统进化分析表明,这些基因共分成2个组;其前体序列在形成成熟miRNA的位置高度保守;油菜miR169基因家族上游启动子主要元件有13个,数量最多的是胚乳表达元件、厌氧胁迫元件、热响应元件和MBS;油菜miR169基因家族的靶基因一共有16个,大部分属于NF-YA基因家族。该结果为进一步研究油菜miR169基因家族的功能奠定了基础。

杜仲miR172基因家族的生物信息学分析与功能预测

为了解杜仲miR172家族成员的进化特征及其在杜仲生长发育过程中的作用。从杜仲小RNA高通量测序结果(登录号:SRP216820)及已发表文献中获取杜仲miR172家族前体和成熟体序列,进行序列比对、WebLogo保守性分析、系统发育树构建、前体茎环结构预测、启动子结构分析、靶基因预测及功能预测。结果表明,杜仲miR172家族共有8条前体和8条成熟体序列,且前体序列均能形成稳定的茎环结构;序列比对和WebLogo分析表明,除eu-miR172d-5p以外的其他7个成员的成熟体序列保守性较高,但前体序列的保守性均较低;进化分析表明,该家族成熟体进化高度保守,而前体的进化保守性较低;启动子分析表明,杜仲miR172家族启动子包含丰富的光反应原件及激素响应元件和胁迫响应元件,说明其可能调控杜仲的花器官形成和发育及逆境胁迫响应等过程;靶基因预测表明,杜仲miR172家族的靶基因数目较多,其靶基因参与杜仲的生长发育和逆境胁迫等过程,该小RNA家族成员主要调控AP2基因的表达。表明杜仲miR172家族成员在进化过程中既保守又有一定分化,其主要通过调控AP2基因的表达在杜仲生长发育过程中发挥重要调控作用。

植物miR172家族成员进化与分子特性分析

为了解植物miR172家族成员的进化与分子特性,对mi Rbase数据库中37个物种的161个miR172前体序列和196个miR172成熟体序列进行进化规律分析,并对植物miR172家族的保守基序、二级结构和靶基因进行预测分析。结果表明:miR172家族成员分布的37个物种都是被子植物,被子植物很可能是miR172家族进化来源的祖先。进化分析表明,植物miR172家族成员序列相似性是其聚类的首要影响因素,其次才是物种差异的影响。植物miR172家族成员成熟体序列分析表明,5p臂上形成的成熟体序列特异性较大,3p臂上形成的成熟体序列保守性较高。二级结构分析发现,植物miR172家族成员具有典型的茎环二级结构,且茎序列的保守性较环序列高。植物miR172前体序列包含1个UNCG环。靶基因预测分析发现,同一物种不同miR172成员的靶基因可能不同;不同物种miR172的靶基因也可能不同,AP2或AP2-like出现频率最高,其次还有arginine decarboxylase 1、Pathogenesis-related、MYB84等靶基因,表明其靶基因功能的多样性。

植物miR159家族成员分子特性及其进化规律研究

为了解植物miR159家族成员的分子特性及其进化规律,该研究对miRBase数据库中登录的miR159家族成员进行分类统计、进化树构建、科间比较、二级结构预测及靶基因分析。结果表明:miR159家族在植物界分布非常广泛,蕨类植物可能是miR159家族的进化祖先;系统发育进化树分析显示,植物miR159家族成员间存在多个进化分支,且进化关系与植物属性有关,即植物亲缘关系越近的成员更易成枝,且具有相同进化方向的成员序列高度同源;Mfold预测显示,pre-miR159均会自发形成典型、稳定的茎环二级结构,并包含19~21个碱基为单位的功能片段,每个单位均有可能形成miR159成熟体;靶基因分析发现,miR159家族成员主要作用于MYB转录因子、转座因子和假定蛋白等,但在不同物种间及相同物种的不同成员间作用的靶标种类与靶基因ID数量均存在差异,尤其是miR159-3p与miR159-5p间的差异最为显著。

玉米mi R395基因家族生物信息学分析及靶基因预测

MicroRNA(miRNA)具有调控基因表达的作用,为了揭示玉米miR395基因家族进化规律、表达模式及功能,开展了基因定位、多序列比对、顺式作用元件分析、二级结构分析、靶基因预测及表达模式分析。结果共鉴定到16个成员,且均集中分布在第2号、第10号染色体上;19个碱基完全相同,表明在进化过程中具有高度保守性;具有18个ABRE类顺式作用元件,推测其通过参与调节ABA信号传导,提高玉米抗逆性;多数靶向基因参与硫酸盐同化,初步推测玉米miR395基因家族参与玉米硫代谢;转录组分析发现zma-miR395基因家族中一些成员为下调表达模式。研究结果为后续玉米相关基因的功能解析奠定了基础。

千穗谷TCP基因家族生物信息学分析

TCP是一类与植物生长发育密切相关的转录因子。基于最新发布的千穗谷(Amaranthus hypochondriacus)基因组,本研究鉴定出16个TCP家族基因,并根据序列特征和结构域特点将其分为ClassⅠ和ClassⅡ两个亚类,其中ClassⅡ亚类又可分为CIN/TB1和CYC两个分支。染色体定位结果显示,千穗谷TCP家族成员不均匀地分布在6条染色体上,个别基因呈簇状分布。根据phytozome数据库信息可知,千穗谷TCP家族不同基因在各个组织中的表达模式不同,且与所属亚类相关。此外,顺式作用元件分析结果显示,AhTCP基因启动子中包含大量与生长发育、激素信号和逆境胁迫相关的元件,且不同成员所含元件的数目和类型与其直系同源基因相似。已知TCP基因是miR319的主要靶基因,根据结合位点预测发现千穗谷中CIN分支的3个成员编码区均存在miR319的作用位点。本研究为千穗谷TCP转录因子家族的功能和调控机制研究提供了理论基础。

植物miR169/NF-YA调控模块研究进展

MicroRNAs(miRNAs)是真核生物中普遍存在的一类参与基因表达调控的小分子RNA。miR169家族是植物中保守且规模较大的一类miRNA基因家族,其在转录后水平调控植物中一类保守的转录因子NF-YA(Nuclear transcription factor Y subunit A)。已有研究表明,miR169/NF-YA调控模块对植物的发育和逆境响应起着重要作用。本文对植物miR169基因家族的起源、进化、分子多样性及miR169/NF-YA模块在植物中调控功能的研究进展进行了阐述,特别介绍了miR169/NF-YA参与调控"逆境诱导早花"的分子机制,并展望了未来的研究方向。

植物调控枢纽miR156及其靶基因SPL家族研究进展

SPL(SQUAMOSA promoter binding like)家族蛋白是植物特有的一类具有多功能的转录因子家族。在拟南芥中,SPL家族的11个基因受miR156的调控。该家族成员蛋白质都含有十分保守的SBP结构域,该结构域包含2个Zn2+结合位点和1个核定位信号序列。近年来,已从多种植物中分离出miR156及SPL基因。越来越多的研究表明,miR156及SPL家族参与了植物的生长发育、代谢调节及非生物胁迫等多种生物过程,成为植物生长发育的调控枢纽。本文综述了miR156及SPL家族在阶段转变、叶片发育、次生代谢及非生物胁迫等过程中的分子机制,并对其研究前景提出展望。

内向整流钾通道J亚家族成员5基因C171T变异与原发性醛固酮增多症患者低血钾的相关性

目的探讨内向整流钾通道J亚家族成员5（KCNJ5）基因C171T变异与低血钾原发性醛固酮增多症（原醛）的相关性。方法将原醛患者364例分为低血钾组（n=115）和正常血钾组（n=249），应用TaqManPCR技术对C171T变异在所有原醛患者中进行分型，分析C171T变异与低血钾的相关性。结果KCNJ5基因C171T变异在所有原醛患者中成功分型，其基因型、等位基因的分布符合Hardy—Weinberg平衡；在总体及女性患者中，两组患者C171T变异的基因型、等位基因及显性模型的频率分布差异有统计学意义（P〈0．05）；校正年龄、吸烟、饮酒和体质量指数后，Logistic回归分析显示KCNJ5基因C171T变异的CT＋TT型是女性原醛患者发生低血钾的危险因素（OR=2．499，95％CI 1．168～5．349，p=0．018）；在女性患者中，与CC型相比，CT＋TT型的血钾水平减低，而血清醛固酮水平增高（均P〈0．05）。结论KCNJ5基因的C171T变异与女性低血钾原醛相关。