灵宝杜鹃SBP基因家族鉴定及其在非生物胁迫下的表达分析

【目的】SQUAMOSA启动子结合蛋白(SBP)家族在植物发育和非生物胁迫等方面起重要作用,该研究可为灵宝杜鹃SBP基因家族成员的生物学功能和在非生物胁迫响应的调控功能提供参考,并为灵宝杜鹃物种保护奠定基础。【方法】用生物信息学方法对灵宝杜鹃(Rhododendron henanense subsp.lingbaoense)SBP基因家族成员进行全基因组鉴定和分析,基于转录组数据分析组织特异性,并用qRT-PCR方法检测SBP在非生物胁迫下的表达。【结果】(1)从灵宝杜鹃基因组中共鉴定出19个含SBP保守结构域SBP成员,依次命名为RhlSBP1-RhlSBP19,基因不均匀分布在8条染色体上,编码的氨基酸长度为179~1072 aa,分子质量为20.26~118.73 kD;蛋白定位于细胞核;(2)系统发育分析将19个RhlSBP分为5个亚族,大部分RhlSBP与拟南芥AtSPL家族成员聚类;(3)所有的RhlSBP共有motif 1、motif 2和motif 4,基因结构显示Ⅳ、Ⅴ亚族内含子数量远多于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ亚族;(4)RhlSBP启动子中含有大量光响应元件、激素响应元件和环境胁迫响应元件,推测RhlSBP可能在灵宝杜鹃响应光调控、环境胁迫中发挥重要作用;(5)灵宝杜鹃与其同科植物羊踟蹰、圆叶杜鹃的SBP基因有更高的共线性;(6)RhlSBP基因亚家族成员具有相似的组织表达模式;(7)RhlSBP基因对非生物胁迫具有响应作用,但不同成员在不同胁迫下的响应程度存在差异。茉莉酸甲酯和低温处理后,基因表达总体呈上调趋势,高盐会抑制RhlSBP基因表达,干旱条件下,RhlSBP基因表达呈先上调再下调趋势。【结论】RhlSBP1、RhlSBP8可能是干旱、低温和MeJA诱导关键基因。

高粱SBP基因家族鉴定及干旱胁迫下的表达模式分析

在高等植物中,SQUAMOSA Promoter Binding Protein-Box(SBP)普遍参与植物的生长、开花调控及细胞程序性死亡等过程。本研究对高粱(Sorghum bicolor L.)SBP转录因子家族进行鉴定并进行生物信息学分析,同时利用qRT-PCR对高粱SBP基因在PEG-6000模拟干旱胁迫下的表达进行分析,以验证其功能。结果表明,从高粱中共鉴定出19个SBP成员,除第8条染色体外,其他9条染色体上均分布有SBP基因;绝大部分SBP蛋白在亚细胞水平定位于细胞核,且均为亲水性蛋白质。系统发育分析结果表明,与水稻类似,这19个高粱SBP基因也可分为3个亚类,分别含有7、5、7个SBP基因;相比于拟南芥,高粱SBP与水稻、玉米的SBP关系更近。启动子顺式作用元件预测结果显示,高粱SBP可能参与了脱落酸、茉莉酸甲酯信号通路,部分成员可能与植物的低温响应、昼夜节律调控有关。qRT-PCR分析结果显示,高粱SBP基因的表达具有组织特异性,有17个基因受干旱胁迫诱导上调表达,且随胁迫时间的延长存在差异化表达模式。本研究结果可为后续研究高粱SBP基因的功能提供理论依据。

葡萄SBP基因家族生物信息学分析

SBP(squamosa promoter binding protein,SBP)基因家族是植物所特有的一类重要转录因子,广泛参与植物生长、发育以及多种生理生化反应的信号传导。葡萄是继拟南芥、水稻和杨树之后完成全基因组测序的第四种开花植物,因此葡萄逐渐成为分子生物学研究的重点对象,进行葡萄基因组信息挖掘与分析对于葡萄功能基因组学的发展具有重要意义。本文利用生物信息学方法对葡萄家族45条SBP蛋白序列的系统发生和SBP基因组定位进行分析,然后对其氨基酸组成成分、理化性质以及二级和三级结构进行预测和分析,同时还分析了葡萄与拟南芥的SBP基因家族之间的联系。结果显示这45条蛋白序列与拟南芥16个SBP基因蛋白序列一起分成了3个亚族,说明拟南芥与葡萄SBP基因间具有较高的保守性;进一步的基因组定位结果发现其分布在14条染色体上,较拟南芥在染色体上的分布更为分散。研究还发现不同亚家族间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异;而二级结构预测结果发现,41条氨基酸序列以随机卷曲为主要组成部分,这与拟南芥相似,且45条氨基酸序列三维结构十分相似。本文实验结果均为葡萄SBP基因家族的进一步功能分析提供了重要研究基础。

番茄SBP基因家族的全基因组鉴定、结构特征及表达分析

SBP基因家族是植物中一类特有的转录因子家族,广泛参与植物的生长发育以及各种生理生化反应的信号传导。为了揭示番茄SBP基因家族的功能,本研究利用全基因组信息鉴定番茄SBP转录因子家族,分析其结构特征,系统发育关系以及表达模式。结果表明,番茄全基因组共编码17个SBP转录因子成员,分布在8条染色体上;系统发育关系表明SBP基因家族的结构特征变异发生在番茄、拟南芥和水稻分化之前;且它们在番茄、拟南芥和水稻中按照物种特异性的方式进行了扩张。不同芯片分析发现,SlSBP03基因在番茄叶片、子叶和下胚轴中表达量较高,SlSBP13基因果肉中表达量较高,这两个基因在果皮和根中表达量都较低;在大多数非生物胁迫处理条件下,SlSBP11、SlSBP13和SlSBP16的表达量均较低;而SlSBP01基因在干旱和热处理条件下有较高的表达量。

草莓SBP基因家族生物信息学初步分析

为了研究草莓SBP基因家族的功能,利用多种生物信息学软件,对SBP蛋白序列的系统发生和基因组定位进行分析,对其氨基酸组成成分、理化性质以及二、三级结构进行分析和预测等。结果表明草莓16条SBP蛋白序列与拟南芥16条SBP蛋白序列一起分成了3个亚族,说明拟南芥与草莓SBP基因间具有较高的保守性。基因组定位发现16个SBP基因分布在6条染色体上。研究还发现不同亚族间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异,而它们的二级结构主要以随机卷曲为主,三级结构相似。SBP基因家族在植物的生长、发育等多个方面起重要作用,笔者实验结果为草莓SBP基因家族的进一步功能分析提供了重要研究基础。

苹果SBP基因家族生物信息学分析

首先利用生物信息学方法对苹果42条SBP蛋白序列的系统发生和SBP基因组定位进行分析,然后对其氨基酸组成成分、理化性质以及二级和三级结构进行预测和分析,同时还分析了苹果与拟南芥的SBP基因家族之间的联系。结果显示着42条蛋白序列与拟南芥16条SBP蛋白序列一起被分成了7个亚族,拟南芥与苹果SBP基因间具有较高的保守性。基因组定位结果显示42条SBP基因分布在12条染色体上。研究还发现不同亚族间氨基酸数目、氨基酸序列疏水性存在一定的差异;二级结构预测分析发现,42条氨基酸序列以随机卷曲和α-螺旋为主要组成部分,而且42条氨基酸序列三维结构相似。

拟南芥SBP基因家族生物信息学分析

SBP基因家族是植物体中特异性存在的一类重要转录因子,主要功能是调控生物生长以及细胞分化。此次研究采用生物信息学的方法,对拟南芥SBP蛋白序列进行系统进化分析,并为其构建了系统发育树。由试验结果可以得出,拟南芥SBP基因家族共包括30个成员,分布在4条染色体上,其分布比较集中,分成三大亚族。拟南芥SBP蛋白具有的生物功能是控制生物生长以及细胞分化,调节基因表达以及谷胱甘肽的分解代谢过程,在Cu2+跨膜转运中也有一定作用。另外,有许多的蛋白序列还具有分子功能——调控转录因子活性。该研究所得结果均为拟南芥SBP转录因子的进一步功能分析提出了重要研究依据。

高粱SBP-box基因家族全基因组鉴定及表达分析

SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN box(SBP-box)基因家族编码一类绿色植物特有的转录因子,其功能涉及作物遗传改良的许多方面,如产量、株型、抗逆性等,具有重要的实际应用价值。本研究通过生物信息学方法从高粱(Sorghum bicolor L.)全基因组中鉴定出18个SBP-box基因,分布于9条染色体上,其中8个基因位于基因组重复区域。系统发育分析表明高粱SBP-box基因家族可分为6个亚家族,其中Sb SBP12、Sb SBP3和Sb SBP15分别与玉米Zm LG1、Zm TGA1和Zm UB2/3直系同源。基于RNA-seq数据的表达分析发现高粱SBP-box基因在花序原基中表达量最高,Sb SBP9和Sb SBP17为花序原基特异表达基因,Sb SBP5、Sb SBP8和Sb SBP18等基因受外源ABA和PEG胁迫上调表达,表明SBP-box基因可能参与高粱对非生物逆境的响应。本研究为高粱SBP-box家族重要基因的克隆提供了参考,相关基因可作为高粱遗传改良的候选基因。

榛子SBP基因家族鉴定及其系统进化和表达分析

SBP蛋白是植物所特有的一类转录因子,并广泛存在于植物中.研究发现,该基因家族成员参与响应包括植物生长、发育和抗逆等生物学过程,其功能研究具有重要意义.榛子是一种主要以果实为产品的重要经济林木,且该物种SBP基因家族的研究也未见报道.本研究以生物信息学手段为基础,结合转录组数据,从中筛选得到10个榛子SBP-like基因(SPL基因),并对其编码蛋白理化性质、保守区域和模体进行预测和分析,进而对基因家族进化关系和花发育不同时期表达水平进行了分析.结果表明:榛子的10个SPL基因可以分为5个大组群;均含有该基因家族所特有的C3H和C2CH结构域以及一个核定位信号;同时,基于花发育不同时期的转录组数据分析,部分成员在不同时期表达水平存在显著差异,预示该基因可能与花果发育有关.该研究将有助于榛子SPL基因参与其花果发育分子调控机制的深入研究.

三种伞形科蔬菜作物全基因组SBP基因家族的生物信息学分析

本研究利用生物信息学方法对三种蔬菜Squamosa启动子结合蛋白(squamosa-promoter binding protein,SBP)基因家族进行了系统的比较分析,包括家族鉴定、系统发育关系、结构及保守基序分析、染色体定位、基因丢失及保留、直系和旁系同源分析、基因表达模式和密码子偏好等分析。以葡萄(Vitis vinifera)为参考,在芹菜(Apium graveolens)、香菜(Coriandrum sativum)、胡萝卜(Daucus carota)和葡萄中分别鉴定到18、27、21、19个SBP家族成员。系统发育分析表明,85个SBP基因共分为6组,即Group 1~Group 6。结合4个物种SBP基因的结构和保守基序分析,发现每个物种SBP家族成员均具有Motif1、Motif2和Motif7,具有高度的保守性。另外,鉴定到4个物种SBP家族中共有42个基因丢失,44个基因复制,说明该基因家族在这4个物种的进化过程中整体数量并无太大波动。通过密码子偏好分析发现这些物种具有共同偏好的唯一密码子AGU,这对伞形科物种进行转基因改良具有重大指导意义。本研究结果为进一步探究植物生长发育及改良育种提供理论基础。

毛竹SQUAMOSA启动子结合蛋白SBP家族基因的鉴定及表达模式分析

【目的】SBP家族基因编码的一类转录因子可识别并结合MADS-box基因SQUAMOSA(SQUA)的启动子,参与植物营养生长和生殖生长的调控。系统地鉴定和分析毛竹SBP家族基因,有助于理解SBP家族基因在毛竹营养生长和生殖生长过程中的调控作用,为毛竹SBP家族基因功能分析奠定基础。【方法】利用已公布的毛竹基因组数据,通过生物信息学方法鉴定毛竹SBP家族基因。利用MEGA 6.0、DNAMAN、psRNATarget等生物信息学软件获得毛竹SBP家族基因基本生物学信息。通过实时荧光定量PCR分析SBP家族基因在毛竹根茎叶、花序发育不同时期和实生苗受到高盐胁迫时的表达模式。【结果】在毛竹基因组中共鉴定到18条SBP家族基因,这些基因都有单一且高度保守的SBP结构域,其中有10条SBP家族基因具有miR156靶位点。毛竹SBP结构域有74个氨基酸残基,包括2个锌指结构域和1个NLS结构域。毛竹SBP转录因子进化关系、基序分布和DNA结构结果表明,进化关系相近的毛竹SBP转录因子的Motif和基因结构均具相似性。对不同物种来源的SBP家族基因进行进化分析发现,毛竹SBP家族基因与水稻SBP家族基因进化关系较近。对SBP基因在毛竹根茎叶中的相对表达量进行研究发现,PeSBP11和PeSBP16表达量分别在茎和根中最高。在花序发育P1-P4期(P1:花序形成初期;P2:小穗的分化;P3:颖花的分化;P4:小穗的生长),有6个基因(PeSBP1,PeSBP2,PeSBP3,PeSBP7,PeSBP15和PeSBP17)表达量较低,且无明显的表达量变化;7个基因(PeSBP5,PeSBP9,PeSBP10,PeSBP12,PeSBP14,PeSBP16和PeSBP18)在P1-P2期表达量上升,其中PeSBP10与PeSBP14的高表达延续到P3期;7个基因(PeSBP6,PeSBP8,PeSBP9,PeSBP10,PeSBP14,PeSBP16和PeSBP18)在P3期表达值较高;5个基因(PeSBP4,PeSBP5,PeSBP9,PeSBP13和PeSBP16)在P4期表达值较高。在高盐胁迫环境下,随着高盐胁迫处理时间的延长,PeSBP2,PeSBP3,PeSBP4,PeSBP8,PeSBP10,PeSBP11,PeSBP12与PeSBP14相对表达量逐渐上升。【结论】毛竹SBP家族基因在进化上非常保守,在进化过程中毛竹基因组可能并未出现特异的SBP基因。实时荧光定量PCR分析显示毛竹SBP家族基因参与了毛竹的营养器官生长,而且在毛竹开花过程中也发挥了重要的作用。在逆境盐胁迫条件下,有4个毛竹SBP基因的表达量发生了明显上调,表明毛竹SBP家族基因可能参与了毛竹对高盐的响应。

棉花SBP家族基因的鉴定与分析

为研究棉花Squamosa启动子结合蛋白(SBP)家族成员的结构和功能,利用生物信息学方法,从棉花全基因组数据库中筛选并鉴定出83个棉花SBP家族成员,命名为GhSBP1—GhSBP83。并对该家族成员的蛋白质理化性质、多序列比对、系统进化树、基因染色体分布、基因结构、基因表达模式进行了全面分析。结果表明,棉花SBP转录因子家族可以分为8个亚族。棉花SBP基因分布在1—8号染色体以及11—13号染色体上。对NCBI中陆地棉的EST数据库进行比对分析,结果显示,40个棉花SBP转录因子家族成员在棉花的分生组织、茎、花、花芽、花药以及棉纤维中广泛表达。其中,GhSBP2、GhSBP4、GhSBP6等20多个基因在花药和棉纤维中均有表达,推测花药和棉纤维的生长发育可能同时受这些基因的控制。

甘薯全基因组SBP-box基因家族鉴定及表达分析

SBP (SQUAMOSA promoter binding proteins)家族是植物特有的一类转录因子家族,广泛存在于绿色植物中,调控植物生长发育、信号转导及响应非生物胁迫等多种生理过程。已有多种植物SBP-box基因相继被报道。为探究SBP-box基因在甘薯中的分布情况及对甘薯生长发育的影响,本研究从甘薯全基因组鉴定出30个SBP-box基因,依次命名为IbSPL1~IbSPL30,并分析了其基因结构、蛋白质结构和理化性质、系统进化关系、串联重复、启动子顺式作用元件分布和组织特异表达情况等。结果表明大部分甘薯SBP-box蛋白理化性质、结构有一定分化,甘薯SBP-box蛋白与拟南芥同源进化关系较近,不同亚家族间具有不同数量和类型的motif分布;甘薯SBP-box基因在染色体上分布较为均匀,除3条染色体外,其余12条染色体均有1~4个SBP-box基因分布,共线性分析发现甘薯SBP-box基因可能来源于多次片段重复事件;通过启动子区域顺式作用元件分析和不同组织、不同处理下的差异表达分析,发现16个基因与甘薯地上部分的生长发育相关,7个基因与干旱胁迫响应相关。本研究从各个角度分析了甘薯SBP-box基因的分子基础,探究了SBP-box基因对甘薯生长发育的影响,为甘薯分子育种提供一定理论依据。

银杏SQUAMOSA启动子结合蛋白(SBP)基因家族的鉴定及表达分析

SBP转录因子在植物生长发育、信号转导、胁迫应答等方面起着重要的调控作用,由SBP基因家族基因编码。为探究银杏SBP基因家族的特征及表达模式,采用高通量测序技术对银杏的叶、花芽和胚珠进行转录组测序,鉴定SBP基因家族成员,并进行基因定位、miRNA156靶位点预测、进化关系以及表达模式的分析。本研究共鉴定到15个银杏SBP基因家族成员,该基因家族在染色体上分布较分散,编码产物长度差异较大,其中有5个成员具有miRNA156靶位点。蛋白保守基序分析显示,除GbSBP5、GbSBP12、GbSBP14不具有完整的SBP保守结构域外,其余成员编码蛋白均具有SBP保守结构域(包括2个锌指结构和1个核定位信号)。聚类分析表明,银杏SBP基因家族成员可以分为8个亚组。表达分析显示, SBP基因家族成员在银杏叶、花芽、胚珠中的表达水平存在一定差异,且在叶和花芽的不同发育时期呈现出不同的表达模式。本研究为银杏SBP基因家族的功能分析奠定了基础,并为银杏分子育种提供了一定的理论依据。

玉米转录因子ZmSBP3基因的功能分析及互作网络预测

SBP家族是植物特有的一类转录调控因子,参与植物多种激素信号传导,与植物生长发育及逆境胁迫基因的表达相关。本研究从耐旱型玉米自选系‘郑7541’克隆一个与干旱相关的SBP家族因子基因,暂时命名为ZmSBP3。该基因的开放阅读框为978 bp,翻译325个氨基酸。蛋白分析表明该蛋白无跨膜域,属于高亲水性蛋白,含有17个丝氨酸和6个苏氨酸磷酸化位点,亚细胞定位于细胞核。顺式元件分析发现,该基因上游启动子区含有与植物生长发育、形态建成、植物光反应、激素信号传导及逆境胁迫等结合位点。复合进化树结合保守motif分析发现, ZmSBP3蛋白序列与柳枝稷、高粱和谷子不仅同源性较高,且在相同的氨基酸位置含有相同的motif。qRT-PCR表明该基因属于组成型表达基因,在幼叶、幼胚和幼胚乳中高表达,且其受干旱胁迫的正向诱导表达。预测的互作功能蛋白主要通过调节植物的细胞发育、参与激素介导的信号等途径,来调控植物对逆境的胁迫应答和生长发育等过程。

茶树CsSBP24在不定根发育过程中的表达和功能分析

茶树是重要的经济作物,生产上以扦插为主要的繁殖方式。在无性繁殖过程中,不定根的形成对茶树的成活至关重要。SBP(SQUAMOSA promoter-binding protein like)转录因子对侧生器官发生和不定根再生等植物生长发育过程起重要的调控作用。本研究通过生物信息学方法鉴定茶树SBP基因家族成员,以‘陕茶1号’为研究材料,克隆CsSBP24基因,检测其转录活性和亚细胞定位并在转基因烟草中对其进行功能分析。从茶树‘舒茶早’全基因组数据库中鉴定出24个SBP基因家族成员,分为6个亚家族。CsSBP24基因编码序列长度为930 bp,编码309个氨基酸;CsSBP24是定位于细胞核的转录因子。当过表达CsSBP24,不定根发生率、根粗和根长增加,但数量下降。结果表明,CsSBP24参与不定根发育过程的调控。本研究结果为后续利用分子手段调控茶树不定根发生提供了依据。

玉米转录因子ZmSPL16的克隆与功能鉴定

SBP基因家族是一类植物特有的转录因子,并与植物多种生长发育和逆境响应的基因表达调节相关。本研究从耐旱玉米自选系X923-1中克隆了一个与干旱胁迫响应相关的SBP基因,即ZmSPL16。该基因编码序列(coding sequence, CDS)全长3.3 kb,编码1 113个氨基酸。蛋白质比对发现,其编码转录因子的保守区域的锌指结构中发生了部分重复,因而推测其可能与其抗旱能力的产生相关。通过定量PCR (quantitative polymerase chain reaction, qPCR)的方法分析发现ZmSPL16在玉米根中的表达量受干旱胁迫时显著上调。通过农杆菌介导法将ZmSPL16导入到烟草基因组中,成功获得了过量表达ZmSPL16的转基因烟草。对T1代转基因烟草的抗旱性分析显示ZmSPL16的表达能够显著提高转基因烟草的抗旱性。这些结果表明,ZmSPL16是玉米耐受干旱胁迫的优异基因资源,对其进一步研究玉米抗旱育种具有十分重要的意义。