番茄PPR基因家族的鉴定与生物信息学分析

PPR(Pentatricopeptide repeats)基因家族在植物中广泛存在,其在植物生长发育过程中至关重要。文章采用生物信息学方法,利用Pfam已鉴定的PPR保守结构域序列检索番茄(Solanum lycopersicum L.)基因组计划注释的蛋白序列,最终确定了番茄中可能存在的471个PPR编码基因;根据拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)中鉴定的各个结构域的特点对其进行了蛋白结构分析、分类和保守序列分析,并对番茄PPR基因家族进行了系统进化树构建、染色体定位、亚细胞定位预测、表达和GO分析等。结果表明:番茄PPR基因家族分为P和PLS两个亚家族,各占序列数目的一半,PLS亚家族又分为PLS、E、E+和DYW四类,且在进化树中形成不同的分支;各个结构域在植物中非常保守;PPR基因家族分布在番茄12条染色体上,且多数无内含子结构;大部分PPR蛋白具有线粒体或叶绿体定位序列,GO分析表明PPR蛋白参与RNA相关的生物学过程。

茶树PPR基因家族全基因组鉴定及白化相关基因表达分析

三角状五肽(PPR)蛋白作为一类靶向定位于半自主细胞器的序列特异性RNA结合蛋白,在植物的生长发育过程中具有重要的作用。本研究基于茶树基因组数据,利用生物信息学方法对茶树CsPPR基因家族进行系统鉴定,并对其蛋白质理化性质、结构域保守性、亚细胞定位、基因结构、染色体定位与分布等进行了分析。结果表明,在茶树基因组数据中共鉴定到858个CsPPR基因,分属于P和PLS两个亚家族;结构域分析表明各个结构域在茶树中比较保守;亚细胞定位结果显示超过一半的CsPPR蛋白定位于叶绿体;基因结构分析表明茶树CsPPR基因家族中共有31%的CsPPR基因不具有内含子结构,并且家族成员在进化过程中发生过多次基因复制事件。另外,为探究茶树CsPPR基因家族在调控茶树白化相关基因表达过程中的作用,对正常叶色品种舒茶早和安吉黄茶等5个白化茶树品种进行转录组测序,共筛选到24个差异共表达CsPPR基因,并利用实时荧光定量PCR技术对其在不同品种和不同组织中的表达模式进行了分析,结果显示大多数CsPPR基因在新梢、成熟叶和茎中高表达,但在花和根中痕量表达。本研究结果可为茶树CsPPR家族成员的基因克隆和功能研究提供参考。

全基因组小麦PPR基因家族鉴定及表达分析

旨在筛选对二系杂交小麦杂交种具有育性恢复功能的PPR(Pentatricopeptide repeats)基因,以期进一步研究PPR基因的功能及调控机制。通过对小麦全基因组数据进行生物信息学分析,获得了1351个小麦PPR成员,并对该基因家族进行了染色体定位与分布分析及进化树构建。通过与已报道的水稻育性恢复基因进行同源比对分析,候选了23个育性恢复相关PPR基因。进一步对高、低2种不同类型恢复系、不育系及杂交种减数分裂期幼穗取样,对23个育性恢复相关PPR基因进行实时荧光定量PCR表达模式筛选鉴定。结合结实率等重要农艺性状表型分析发现,4个PPR基因在高恢复系杂交组合中表现出了明显的超亲表达模式,相应地,这4个基因在低恢复系杂交组合中基本呈现低亲的表达模式。初步确认了4个可能参与调控二系杂交小麦杂交种的育性恢复基因。

大豆PPR基因家族生物信息学分析

为明确大豆PPR基因家族在染色体上的分布、保守结构域、亚族种类、进化关系及表达特征等,采用生物信息学方法,基于Pfam的PPR种子序列模型筛选大豆基因组数据库,获得631个大豆PPR家族基因;利用MEME、ExPASy、TBtools、FigTree等工具对大豆PPR家族基因进行分类,分析各亚族的进化关系和保守结构域差异;筛选各亚族的代表基因,并进一步分析各亚族基因的保守率、等电点、UTR、CDS及基因表达特异性。结果表明:大豆PPR基因家族分为DYW、P、PLS、E/E+亚族以及1个未知亚族,其中DYW亚族为第一大亚族,占总基因数目的57.2%;各亚族基因在染色体上的分布是不均匀的,其内含子数目差异也较大,DYW亚族基因的内含子数目较少,但DYW亚族结构域种类最多,具有在C端出现特有的Motif7和Motif4的显著特征;但大豆PPR家族的各亚族基因表达特异性比较相似,均表现为叶片中高表达,花、根和茎中低表达;而且各亚族中都有大量成员缺失UTR;Glyma.19G095500、Glyma.11G086900、Glyma.02G175900和Glyma.01G158100这4个基因具有独特的Motif8保守结构域,为新的亚族。

大豆PPR基因功能的研究进展

PPR基因家族是由35个氨基酸组成的序列单元经串联重复排列而成[1],其在大豆生长发育的不同阶段起到举足轻重的作用,主要参与调节大豆植株线粒体、叶绿体等细胞器的基因表达水平,通过影响光合作用,造成干物质积累、生物农艺性状、生育期异常,最终影响大豆的产量、籽粒品质等。对PPR基因结构特征、表达特点等方面及PPR基因在大豆生长发育过程中的作用机理进行较全面的综述,对提高我国大豆产量及品质有重大意义,也为进一步深入研究大豆PPR基因家族的功能提供理论基础。

葡萄PPR基因家族鉴定与生物信息学分析

为了研究葡萄PPR(Pentatricopeptide repeats)家族,本研究利用全基因组信息鉴定了葡萄501个PPR家族成员,并对PPR家族成员进行染色体定位,基因功能和进化分析以及组织表达分析。结果表明,葡萄全基因组上501个PPR家族成员中有459个在19条染色体上分布,主要分布在1、18号染色体上,其中1号染色体上数目最多为36个;其中118个PPR基因属于P亚家族,383个基因属于PLS亚家族。PPR基因家族中有47.7%的基因属于无内含子基因。亚细胞定位表明大部分PPR基因定位于线粒体。基因功能预测结果表明,葡萄PPR家族主要富集到锌离子结合以及蛋白质结合功能,参与的生物过程主要与细胞壁修饰、细胞成分组织、碳水化合物代谢过程以及氧化还原过程有关。依照系统分化可以把家族成员分成两部分,不同组织的表达水平分析得到的结果显示PPR基因家族基因的表达模式存在差异。

拟南芥PPRs基因与莲座叶衰老之间的关系

研究了拟南芥中一个PPR(称PPRs)基因与莲座叶片衰老之间的关系.实时定量PCR分析发现这个基因在生长7周的拟南芥各种组织中几乎都有表达,在莲座叶、花序和角果中的表达较高,在莲座叶中的表达随植株的生长和衰老进程呈不断下降的趋势.体外衰老相关因素处理试验结果显示,在4周的莲座叶中因进行离体处理,叶片衰老的程序提前启动,PPRs基因的表达降至6周时叶片中的水平,而茉莉酸,冷、热和干旱处理则延缓了PPRs表达水平的降低.通过鉴定获得PPRs的超表达和反义抑制转基因植株,并对植株的莲座叶衰老表型进行观察,发现超表达和反义抑制植株叶片的衰老进程与野生型相比并无太大差别,但在茉莉酸处理后PPRs超表达植株表现出延迟衰老的表型.在超表达植株中检测一些与叶片衰老相关基因的表达,发现与野生型相比有些基因的表达出现明显变化.以上结果表明这个PPRs基因在拟南芥中可能在某种程度上参与了一些外源因素诱导下加速生长期拟南芥莲座叶片衰老进程的负调节.

海岛棉H268 PPR蛋白家族基因鉴定及SNP/InDel分析

【目的】通过对海岛棉不育系H276A及其育性恢复材料H268进行三角状五肽重复蛋白(PPR)家族基因鉴定及比对分析,获得序列存在差异的PPR基因,为后续育性恢复基因(Rf)的发掘提供理论基础。【方法】通过生物信息学分析海岛棉PPR基因,并对其进行亚细胞定位预测与功能注释分析;采用Illumina HiSeq 4000高通量测序技术对海岛棉H276A及H268对PPR蛋白家族基因进行转录组测序,将筛选获得的PPR蛋白与其他植物具有育性恢复的PPR蛋白进行氨基酸序列同源比对并构建系统发育进化树。【结果】鉴定获得912个PPR基因,其中有846个在海岛棉H276A和H268间存在序列差异,且分别存在7226个SNP差异位点和301个InDel差异位点,其中作用于线粒体的PPR基因有2143个SNP差异位点和134个InDel差异位点。转录组测序结果显示,共检测到表达基因数量为68197个,其中已知基因56311个、新基因11886个,可满足后续数据分析。GO功能注释结果显示,PPR基因主要富集于生物学过程,富集于分子功能的PPR基因最少。50.0%PPR蛋白定位于线粒体,29.0%PPR蛋白定位于叶绿体,0.9%PPR蛋白定位于细胞核,20.0%PPR蛋白定位于胞外,0.1%PPR蛋白定位于细胞质膜。xp_016708712(LOC107923023)和xp_016710013(LOC107924193)与多个具有育性恢复功能的PPR蛋白氨基酸序列相似性达33%,说明二者亲缘关系较近,且亚细胞定位于线粒体。【结论】xp_016708712和xp_016710013 2个PPR蛋白可能与海岛棉不育系H276A育性恢复相关,可用于发掘海岛棉CMS的Rf基因。

甘蓝型油菜BnPPR636及其启动子的克隆与表达分析

PPR蛋白对植物的生长发育、逆境抗性以及育性具有重要的调节作用。本研究根据氨基酸序列的保守性,利用CODEHOP方法,通过简并引物扩增甘蓝型油菜基因组DNA,得到PPR基因片段。结合RACE技术,在甘蓝型油菜品系120中扩增得到了PPR基因cDNA的全长序列。分析发现该PPR基因编码一个含636个氨基酸的蛋白质,具有11个PPR基序,不含有内含子,具有典型的PPR基因特征,命名为BnPPR636。Blast比对发现,BnPPR636与白菜P2克隆的一个未知蛋白的氨基酸序列一致性最高,达到75%。RT-PCR分析表明,BnPPR636在花中的表达量最高,在根与角果中的表达量次之,叶和茎中较低。进化树分析表明,BnPPR636蛋白与其他植物中和CMS育性恢复有关的PPR蛋白序列的一致性较高。以基因组DNA为模板,利用染色体步移技术,得到了BnPPR636基因起始密码子上游1145bp的DNA片段。经生物信息学软件分析表明,该序列具有典型的启动子序列特征,并含有许多相关的顺式作用元件,可能参与调节花和根的发育。

棉花CMS及其育性恢复基因的研究现状

利用作物杂种优势生产杂交种的主要授粉控制系统是细胞质雄性不育及其恢复系统。在杂交品种的选育过程中,优良恢复系的准确选育至关重要。主要综述了棉花细胞质雄性不育种质及恢复系的利用、遗传方式、生理生化研究,育性恢复基因的遗传定位,棉花细胞质雄性不育及其育性恢复的分子生物学研究,以及棉花育性恢复基因的克隆和PPR基因家族的研究进展。

棉花细胞质雄性不育恢复基因Rf_1候选区域SSCP标记开发与候选基因表达分析

【目的】棉花细胞质雄性不育恢复基因Rf_1的定位对于研究恢复基因的作用机制和改良恢复系具有重要意义。前期研究结果表明在恢复基因Rf_1所在Scaffold 333上的目标区间内有9个PPR(Pentatricopeptide repeat)基因成簇分布在160 kb区间内,此区间内还包括另外9个其他类型的基因。为进一步丰富恢复基因目标区域内标记数目,并了解相关基因的表达模式。【方法】利用这18个基因的序列设计出覆盖全部基因的引物共155对,通过单链构象多态性(Single-strand conformation polymorphism,SSCP)技术对可育池和不育池进行筛选,利用荧光定量聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction,PCR)对目标区域内的8个非PPR基因在不育系、保持系、恢复系的花蕾不同发育时期的表达模式进行了分析。【结果】共得到15对多态性引物,结合前期的3个简单重复序列标记(Simple sequence repeats,SSR)标记对F_2群体进行基因型分析,结果表明这些标记分布在4.8 cM范围内。受恢复基因或不育胞质的影响,在花蕾4个发育时期,大部分基因表达存在明显差异。【结论】本研究获得了与恢复基因紧密连锁的SSCP标记,并初步了解了目标区间内部分基因的表达模式,为进一步开展恢复基因精细定位和候选基因的筛选提供了基础。

Mutator转座子介导的PPR插入位点分离与遗传分析

利用Mutator(Mu)诱变群体,进行Mu因子插入PPR(Pentatricopeptide Repeats,PPR)位点的分离,及其插入真实性验证。以含活性Mu转座子为父本和玉米自交系综31(Z31)杂交,经与Z31多代回交和自交获得BC3F2为材料,利用Mu-AFLP方法分离Mu插入侧翼序列的PPR位点,且验证插入真实性。采用Mu-AFLP方法获得Mu因子插入侧翼序列14条,去除冗余序列2条和重复序列8条,其余4条为Mu因子插入的基因序列,经基因型遗传分析验证了2条侧翼序列为真实插入。经功能分析,其中1个为PPR突变位点,且Mu因子插入于该基因5’UTR区第121bp和第122bp碱基之间。经基因组定位和功能分析,显示Mu插入位点定位在第6染色体上,为PPR基因家族,能够编码PPR蛋白,推测可能与玉米叶色变化有关。