兰州百合鳞茎花青素合成相关MYB与bHLH转录因子的筛选分析

百合鳞茎在采后贮藏过程中,由于花青素的积累导致鳞茎变紫红色,进而影响其价值。该文基于兰州百合鳞茎转录组数据,利用生物信息学技术分析花青素相关转录因子,共分析了50个MYB转录因子与73个bHLH转录因子,包括序列的比对、理化性质分析、亚细胞定位、系统进化关系以及保守结构域预测。MYB分类结果显示,50个MYB转录因子中有2个属于1R-MYB类,44个属于R2R3-MYB类,3个属于3R-MYB类,1个属于4R-MYB类。50个MYB不稳定蛋白均为亲水性蛋白,亚细胞定位表明48个MYB定位于细胞核。73个bHLH均为不稳定蛋白,且72个都为亲水性,亚细胞定位显示58个bHLH定位于细胞核。通过与模式植物拟南芥MYB和bHLH转录因子构建进化树分析、保守结构域预测、基因表达量分析以及转录因子与结构基因的相关性分析,初步筛选出3个MYB基因和1个bHLH基因可促进兰州百合鳞茎花青素合成,为进一步深入研究兰州百合鳞茎花青素调控基因提供了理论支持。

基于转录组测序的红树莓bHLH转录因子家族鉴定及分析

bHLH转录因子是植物中数量较大的一类转录因子家族,在植物的生长发育、次级代谢调控、激素响应等方面发挥着重要作用。红树莓果实中含有丰富的树莓酮,为了深入探究bHLH转录因子在红树莓生长发育及树莓酮合成过程中的作用,该研究基于‘波尔卡’和‘橙色传奇’2种红树莓果实的转录组测序,鉴定了红树莓bHLH基因家族成员,并对这些基因进行生物信息学分析。结果表明:(1)红树莓果实中共鉴定到95个bHLH转录因子家族成员。(2)红树莓的bHLH转录因子家族成员多数为不稳定蛋白;超过半数成员定位于细胞核。(3)bHLH转录因子N端包含保守的His5-Glu9-Arg13序列,C端包含保守的Leu序列。(4)系统发育树将该家族成员分为20个亚家族,其中R亚家族成员最多,有12个。(5)表达模式图表明bHLH转录因子在青果期表达量较高,成熟期表达量较低。该研究结果为筛选与树莓酮含量变化一致的bHLH转录因子提供了依据,为进一步探究红树莓bHLH家族的功能提供了参考。

抗氧化途径下大豆GmbHLH130转录因子增强植物耐旱性研究

为了探究大豆GmbHLH130基因参与植物耐旱性调控的分子机制,分析了转基因拟南芥在干旱处理下的表型并测定活性氧含量和抗氧化酶活性,同时检测了拟南芥叶中干旱应答相关基因的表达模式以及转录因子GmbHLH130对下游基因启动子的结合作用。结果显示,GmbHLH130基因过表达拟南芥的耐旱性明显增强。干旱处理下,过表达株系鲜质量和叶片相对含水量均高于WT,而MDA含量和失水率则较低。此外,干旱处理导致拟南芥过表达株系积累更多的可溶性糖和脯氨酸、更少的活性氧以及更高的抗氧化酶活性;同时,干旱胁迫应答基因AtCAT、AtPOD、AtSOD、AtNCED3、AtP5CS1和AtRD29A的表达水平在过表达株系中显著上调。GmbHLH130蛋白则可结合到靶基因的启动子区激活GUS报告基因的表达。本研究初步证明GmbHLH130转录因子通过结合干旱胁迫应答基因启动子激活基因表达,增加转基因植株体内渗透调节物质含量、激活抗氧化途径和提高ROS清除能力,最终缓解干旱胁迫对植株的损伤。

扭果花旗杆bHLH转录因子家族成员鉴定与表达分析

基于扭果花旗杆(Dontostemon elegans Maxim.)转录组数据,鉴定其bHLH转录因子家族成员,并通过生物信息学方法分析该转录因子家族成员的理化性质、保守基序及结构域、系统进化关系、组织表达模式及逆境胁迫表达模式。结果表明:从扭果花旗杆转录组数据库中共筛选出66个bHLH转录因子家族成员,其氨基酸残基数为63~668,理论等电点为pI 4.74至pI 10.17,理论相对分子质量为7396.56~73508.47,65个家族成员属于亲水蛋白,60个家族成员定位在细胞核中;所有家族成员含有motif1和(或)motif2,且都含有保守的bHLH_SF超家族结构域。扭果花旗杆bHLH转录因子家族成员可划分为13个亚家族,亚家族ⅩⅣ含有的扭果花旗杆bHLH家族成员最多(10个)。组织表达模式分析结果表明:扭果花旗杆bHLH基因在不同组织中的相对表达量有所差异,De11684.2214、De11684.23639和De11684.33169在叶中的相对表达量最高,De11684.2906和De11684.31669在茎中的相对表达量最高,De11684.7549在根中的相对表达量最高,De11684.7900在根和叶中的相对表达量接近且显著(P<0.05)高于茎。扭果花旗杆bHLH基因对不同逆境胁迫有不同程度的响应:在150 mmol·L^(-1)NaCl胁迫下,7个bHLH基因的相对表达量在不同时间均显著上调;在250 mmol·L^(-1)聚乙二醇(PEG)胁迫下,6个bHLH基因的相对表达量在2 h时显著下调;在4℃胁迫下,6个bHLH基因的相对表达量在8 h时显著上调。综合分析表明:扭果花旗杆bHLH转录因子家族成员具有bHLH转录因子家族的基本特征;bHLH基因具有组织表达特异性,bHLH家族成员可能参与盐胁迫和低温胁迫的调控过程。

金钗石斛bHLH转录因子家族全基因组鉴定及表达分析

【目的】bHLH转录因子广泛存在于植物中,是调控植物生长发育和响应逆境胁迫的重要转录因子家族之一。从金钗石斛全基因组中鉴定DnbHLHs转录因子家族,分析其表达特点,为后续深入研究DnbHLHs转录因子的生物学功能奠定基础。【方法】利用生物信息学方法从金钗石斛全基因组中鉴定出bHLH转录因子家族成员,并对其理化特征、系统进化关系、基因结构、染色体定位和启动子顺式作用元件等进行分析,利用转录组数据和RT-qPCR分析DnbHLHs转录因子的组织表达模式和不同非生物胁迫下的表达规律。【结果】在金钗石斛中共鉴定出137个bHLH转录因子,DnbHLHs蛋白的氨基酸数量为85-1260,分子量为9855.23-140024.19 Da,等电点为4.52-10.66,不稳定系数为31.94-87.42,脂溶指数为56.66-106.06,亲水指数为-0.815-0.185。DnbHLHs分布于金钗石斛的19条染色体上,都存在bHLH结构域,与拟南芥的bHLH同源,且组内、种间存在着共线性关系。基因表达模式分析显示,DnbHLHs家族成员存在组织表达特异性,且DnbHLH26和DnbHLH33对多种逆境胁迫有响应。【结论】从金钗石斛全基因组中鉴定出137个DnbHLHs转录因子家族成员,该家族成员的理化性质和保守基序存在特异性和多样性的特征,不同DnbHLHs转录因子之间具有组织表达差异性,且DnbHLH26主要受高盐和高温胁迫的诱导,DnbHLH33主要受高盐、高温和低温胁迫的诱导。

植物低温胁迫应答bHLH转录因子研究进展

低温环境严重限制了植物的生长发育和作物产量。在长期的进化过程中,植物在分子、生理和生化水平上形成了复杂的适应低温胁迫的机制。其中,在分子水平上,转录因子是低温胁迫信号传导的主要参与者,一些转录因子构成了信号网络中的主要枢纽。该网络中主要的转录因子包括MYB、bHLH、bZIP、ERF、NAC和WRKY等。人们利用基因工程、生物信息学和转录组学等多种生物学技术,逐渐发现了bHLH转录因子在植物逆境响应中的重要作用。bHLH转录因子在低温胁迫响应中起关键作用,是植物分子育种中提高低温胁迫耐受性的宝贵基因资源。因此,阐明bHLH转录因子植物响应低温胁迫的调控机制具有重要意义。本文简要介绍了bHLH转录因子的基本特征和各植物中bHLH家族成员数量,对参与低温胁迫的bHLH转录因子家族成员(如ICE、MYC2)进行叙述,并阐述了bHLH转录因子在低温胁迫中的调控机制,包括与下游靶基因或其他转录因子互作、ICE-CBF通路和活性氧(ROS)及植物激素介导的信号通路,为进一步提高植物抗寒性和培育抗寒新品种提供参考。

肋果沙棘和西藏沙棘转录因子bHLH94基因对海拔适应性分化的研究

bHLH转录因子是植物体内的第二大类转录因子,在植物的生长发育、生理代谢及逆境应答过程中起着重要的作用。以肋果沙棘(Hippophae neurocarpa)和西藏沙棘(H. tibetana)为研究材料,通过转录组测序,筛选出受正选择作用的转录因子bHLH94基因,基于HnbHLH94、HtbHLH94基因序列和基因表达量分析,研究肋果沙棘和西藏沙棘bHLH94基因对海拔的响应机制。HnbHLH94和HtbHLH94基因分别编码338和335个氨基酸,Sanger法测序验证序列的正确性及二者DNA结合结构域之外的10个非同义突变位点,推测与该基因的适应性进化有关;qRT-PCR验证HnbHLH94基因表达量随海拔的升高而减小,HtbHLH94基因表达量随海拔的升高而增大,提示二者可能在干旱、冷冻及辐射等方面提供了对海拔适应的分子基础。综上,HnbHLH94和HtbHLH94基因在序列结构和表达量两个方面来响应海拔升高的生境条件。

基于转录组的洋葱bHLH转录因子家族鉴定与生物信息学分析

bHLH转录因子家族是真核生物中重要的转录因子家族,在植物生长发育、次生代谢和逆境应答中发挥重要作用。本研究利用转录组数据对洋葱基因家族成员进行筛选和鉴定,并对家族成员进行理化性质、保守基序、亚细胞定位、系统发育和蛋白互作生物信息学分析,同时对bHLH基因家族在洋葱幼苗中的表达情况进行分析。结果表明,从洋葱转录组共鉴定到36个bHLH基因,预测编码蛋白质含有的氨基酸数量为127~610个,且均为亲水性蛋白,系统发育分析表明,洋葱bHLH基因家族分为12个亚族,同一亚族的大多数基因具有相似的保守基序,大多数bHLH基因在洋葱幼苗中表达,不同基因的表达量水平差异较大。本研究结果为进一步研究洋葱bHLH转录因子家族的生物学功能奠定了基础。

核桃JrbHLH转录因子家族鉴定与响应冷胁迫基因表达分析

为了探究核桃bHLH转录因子家族在响应冷胁迫过程中的作用,本研究通过转录组数据结合隐马尔可夫模型筛选技术在核桃全基因组挖掘出bHLH转录因子家族成员并进行结构分析,进一步对该家族成员响应冷胁迫的差异表达基因进行冷胁迫不同时间与不同组织中的表转录水平分析。结果表明,核桃bHLH转录因子家族包含72个基因,编码72条蛋白,开放阅读框为393-1839 bp,编码的蛋白长度为130-612个氨基酸,等电点为4.61-9.51,均为亲水性蛋白;各成员均含有典型的碱性区域和螺旋-环-螺旋结构域;与拟南芥同家族聚类分析发现,核桃bHLH家族成员可分布到15个亚群,且同源性较高。结合转录组数据筛选到16个响应冷胁迫的差异表达基因,在冷胁迫不同时间后出现不同程度响应,并且在不同组织中存在特异性表达。本研究将为核桃bHLH转录因子家族在响应冷胁迫过程中的作用研究奠定基础。

苦荞转录因子基因FtbHLH3的克隆、亚细胞定位及表达分析

bHLH(basic helix-loop-helix)转录因子在植物黄酮化合物生物合成中具有重要的调控作用。为探究苦荞[Fagopyrum tataricum(L.)Gaertn]中bHLH转录因子在黄酮化合物生物合成中的功能和分子调控机制,利用RT-PCR(reverse transcriptionpolymerase chain reaction)技术从苦荞中克隆了一个bHLH转录因子基因FtbHLH3,并对其进行生物信息学、亚细胞定位、转录激活活性、基因表达、基因共表达和基因表达量与总黄酮含量相关性分析。结果表明,FtbHLH3全长CDS序列为783 bp,编码260个氨基酸。保守结构域和系统进化分析表明,FtbHLH3是一个非Ⅲf亚家族bHLH转录因子成员。亚细胞定位和转录激活活性分析显示,FtbHLH3定位于细胞核,不具有转录激活活性。基因共表达分析表明,FtbHLH3与苦荞中拟南芥TT8同源基因FtTT8和12个黄酮化合物生物合成结构基因共表达。不同组织部位中基因表达量与总黄酮含量间相关性分析表明,FtbHLH3的表达量与总黄酮含量间具有较高的正相关性。本研究结果表明,FtbHLH3是一个定位于细胞核,不具有转录激活活性的非Ⅲf亚家族bHLH转录因子,可能通过与其他转录因子互作来调控苦荞黄酮化合物的生物合成。

两个拮抗的bHLH转录因子对水稻种子休眠的调控

种子休眠(seed dormancy)是指有生活力的种子在适宜的萌发条件下不能萌发的现象,且其程度受环境调节[1,2]。种子休眠不仅为种子传播扩散争取了时间,也是调节种子最佳时间、空间萌发的有效方法,是植物经过长期演化而获得的一种对环境尤其是季节性变化的适应性生存策略[2]。然而,在作物驯化过程中,由于考虑到大规模生产实践需要保证种子播种后发芽的一致性,往往忽略了对种子适度休眠的保留,导致种子在收获期如遇高温高湿条件籽粒易在穗上萌发的现象.

bHLH转录因子在植物耐冷基因工程中的应用进展

植物在生长发育过程中经常遭遇低温胁迫,影响其生长发育、地理分布,降低产量、品质。bHLH(Basic helix-loop-helix)是植物中第二大转录因子家族,在植物抵御低温胁迫反应中具有重要的调控作用。阐述了植物bHLH转录因子的基本结构,综述了类似MYC(Avian myelocytoma virus)的bHLH转录因子ICE[Inducer of CBF(C-repeat binding factor)expression]和其他bHLH转录因子在植物耐冷基因工程中的应用进展,以期为bHLH转录因子在植物耐冷遗传改良、育种中的应用提供参考。

植物bHLH转录因子的结构特点及其生物学功能

bHLH(basic/helix-loop-helix)转录因子在真核生物的生长发育过程中起着重要的调控作用,它们组成了转录因子中的一个大家族。bHLH转录因子不仅普遍参与了植物的生长发育,包括毛状体的发生、光形态建成和光信号转导,而且在植物响应逆境胁迫和次生代谢方面也具有重要作用。对植物bHLH转录因子的结构特点及其生物学功能进行综述。

云南红皮梨bHLH转录因子的生物信息学分析

具有碱性-螺旋-转角-螺旋结构的一大类基因被称为bHLH家族基因,其成员主要有c-MYC、MADL、MAX、MIXL和MNT基因;bHLH转录因子在细胞的增殖、分化和凋亡方面起着重要作用;对植物的生长发育、营养吸收、生物合成和信号转导等方面同样有着重要作用。在果肉、叶片和外果皮中,CsMYC2的表达与CHS、UFGT及ANS表达相关联,因此CsMYC2参与花色苷的生物合成调控,但是该基因在云南红皮梨花色苷合成调控中起着什么样的作用尚不清楚。利用生物信息学方法对云南红皮梨(Red Pyrus pyrifolia)bHLH基因进行分析,对不同植物间bHLH基因氨基酸序列的同源性比对,并且对该基因编码的蛋白质的理化性质、结构和功能等进行预测和分析。结果表明:该蛋白属于亲水性蛋白,其二级结构中的主要结构元件是α-螺旋和无规则卷曲,并散布于整个蛋白。这一结果为研究红皮梨bHLH基因的结构、功能以及红皮梨的着色机制奠定了一定的基础。

绿豆bHLH转录因子家族的鉴定与生物信息学分析

bHLH是真核生物中重要的一类转录因子,其主要由碱性氨基酸区和螺旋-环-螺旋区组成。本研究利用生物信息学的方法鉴定到122个绿豆bHLH转录因子,并对其理化性质、保守结构域、基因结构、在染色体上的分布、系统进化以及部分典型基因的组织表达差异等进行分析。结果表明,bHLH转录因子理化性质差异较大;含有2个保守结构域,分别位于N端的碱性氨基酸区和C端的螺旋-环-螺旋区,碱性氨基酸区含有His5-Glu9-Arg13保守序列,与靶基因结合有关,HLH区含有Arg23和Arg55,与形成二聚体有关,同时含有5种保守元件;bHLH基因在11条染色体上分布不均匀,5号、7号和8号染色体上分布较多,1号、4号和10号染色体上分布较少,大部分基因含有1~9个不等的内含子,在染色体上成簇状分布;122个bHLH转录因子可分为11个亚家族。多数bHLH基因在绿豆根、茎、叶、花和种子等组织中均有表达,但具有组织表达特异性,且不同基因表达量差异较大。本研究为进一步研究绿豆bHLH转录因子家族的生物学功能奠定基础。

独行菜种子bHLH类转录因子基因家族及幼苗laICE1表达对冷胁迫的响应

该研究在转录组数据基础上,以独行菜(Lepidium apetalum Willd.)种子耐受和不能耐受低温萌发的2组样本为材料,对其bHLH转录因子家族成员进行分析,并对该家族成员表达差异极显著的laICE1基因进行克隆、序列分析、结构预测,以探讨独行菜幼苗中laICE1基因表达对低温胁迫的响应特征。结果表明:(1)萌发中的独行菜种子,至少有83个bHLH转录因子序列表达,相对于低温萌发停滞组,在低温萌发耐受组的独行菜种子中,有10个下调、13个上调、60个表达差异不显著。其中表达量极显著下调的序列c20009_g1具有1 503bp开放阅读框,GO注释到ICE1基因,该基因命名为laICE1。(2)laICE1基因编码500aa,蛋白分子量为54 635.19kD,理论等电点为5.45,分子式为C2364H3742N688O758S22;该蛋白具有保守结构域bHLH。(3)定量分析表明,laICE1基因在非低温胁迫的独行菜种子中的表达量显著低于一直处于低温胁迫中不能进行萌发的独行菜种子,这与转录组数据库中该序列表达情况一致;而laICE1基因在独行菜幼苗期经低温处理后,其表达量显著上调,表明laICE1基因可能在独行菜幼苗耐受低温生长中具有一定的作用。

银杏bHLH家族转录因子生物信息学及表达分析

以银杏基因组数据为基础,对银杏bHLH转录因子进行筛选和分析,从银杏基因组中鉴定出72条bHLH转录因子。进一步分析发现,不同bHLH转录因子序列长度和分子量差异较大,而理论等电点及亲水性等比较接近;各家族成员均含有N端碱性氨基酸区和C端的螺旋-环-螺旋区;该家族可分为17个亚家族,相同亚家族成员保守基序的类型十分相似。通过启动子分析发现,多数银杏bHLH基因启动子均含有光响应元件、激素响应元件和逆境胁迫响应元件等。表达分析结果显示,有7条银杏bHLH基因的表达具有组织特异性,有6条基因在各组织中表达水平都比较高,预测其在银杏生物学过程中具有十分重要的作用。

植物细胞核雄性不育相关bHLH转录因子研究进展

雄性不育广泛存在于种子植物中。植物雄性不育不仅是植物生殖发育研究的重要内容,同时也可作为杂种优势利用的有效工具,因而具有重要的理论和应用价值。bHLH转录因子家族是植物中成员最多的转录因子家族,在植株的整个生长发育过程中起着重要的调控作用。本文介绍了拟南芥、水稻、玉米等几种重要模式植物bHLH转录因子调控雄蕊发育的作用机制,并重点阐述其功能异常引起细胞核雄性不育的分子机制,以期为作物育种与理论研究提供参考。

动物bHLH转录因子家族成员及其功能

bHLH转录因子在真核生物生长发育调控过程中具有重要作用。动物bHLH转录因子包含45个家族,分别参与调控神经元发生、肌细胞生成、肠组织发育以及环境毒素响应等生物学过程。过去20年里,研究人员对动物bHLH家族成员鉴定及其生物学功能开展了广泛的研究。文章在介绍动物45个bHLH家族名称来源的基础上,综述了小鼠、果蝇和线虫3种模式动物bHLH家族成员及其功能的研究进展。小鼠、果蝇和线虫中分别有114、59和42种bHLH蛋白。其中,小鼠108种、果蝇47种和线虫20种bHLH蛋白的功能已比较明确,功能未知的22种线虫bHLH蛋白中还有15种尚未归入相应家族。文章也对部分被误用的bHLH家族成员名称做了说明,可为相关研究人员深入开展bHLH转录因子结构与功能的研究提供较为清晰和系统的背景资料。

bHLH转录因子调控药用植物萜类化合物生物合成的研究进展

萜类是种类最多的植物次生代谢产物,具有广泛的药理活性,但含量低是普遍存在的问题。转录因子(transcription factor,TFs)能在转录水平上调控次生代谢合成途径中多个基因的协同表达,与植物的生长发育、形态建成、次生代谢、抗逆反应和激素信号有着密切的关系,其中bHLH类转录因子是最大的转录因子家族之一。随着bHLH转录因子在不同药用植物中被陆续发现,如何在基因工程和代谢工程中应用,提高萜类化合物的产量,实现大规模工业化生产,满足广大患者的需要成为研究的热点。本文主要总结了近年来bHLH转录因子对萜类合成途径的调控作用。