辣椒DUF966基因家族鉴定及表达模式分析

【目的】鉴定辣椒DUF966基因家族成员,并分析其表达模式,为揭示该家族基因对辣椒生长发育和逆境响应的调控机制及辣椒抗逆育种提供理论参考。【方法】从Pfam数据库下载DUF966(PF06136)的隐马尔可夫模型种子序列,并以拟南芥和水稻DUF966家族蛋白序列作为参考序列,从辣椒基因组中鉴定出DUF966家族成员,利用生物信息学方法对其基因结构、保守基序、蛋白质特征、启动子顺式作用元件及miRNA和DUF966基因家族间的靶向关系进行系统分析,并利用转录组数据分析辣椒DUF966基因家族成员在不同组织生长发育及不同激素和胁迫处理下的表达模式。【结果】共鉴定到7个辣椒DUF966基因家族成员,将其命名为CaDUF966-1~CaDUF966-7。将辣椒DUF966基因家族成员分为3个亚群,其中,Ca DUF996-2和Ca DUF996-7属于I亚群,Ca DUF996-3和Ca DUF996-5属于II亚群,CaDUF996-1、CaDUF996-4和CaDUF996-6属于III亚群。7个CaDUF966s基因分布在1、2、6、11和12号染色体上。7个CaDUF966s基因含有2~5个内含子,外显子数为3~6个。所有CaDUF966s均为亲水的不稳定蛋白,亚细胞定位于细胞核内,共含有20个Motif(Motif 1~Motif 20),同一亚群CaDUF966s蛋白含有的Motif越相似。除CaDUF966-3蛋白外,其余6个CaDUF966s蛋白的二级结构和三维结构相似,均以无规则卷曲所占比例较大(36.31%~51.80%),以β-转角所占比例较小(8.56%~10.71%)。基于非同义替换率/同义替换率的比值(Ka/Ks)分析发现,DUF966基因家族成员在辣椒品种间和茄科物种间高度保守,同源基因对的Ka/Ks均小于1.000,表明其在进化过程中经历了强烈的纯化选择压力。7个CaDUF966s基因启动子区域共含有17个生物和非生物胁迫相关顺式作用元件、7个生长发育相关顺式作用元件及10个植物激素反应相关顺式作用元件。7个CaDUF966s基因具有明显的组织和时空特异性,说明CaDUF966s基因参与辣椒的生长发育和胁迫响应。9个miRNA通过切割作用靶向CaDUF966-3和CaDUF966-6基因,5个miRNA靶向CaDUF966-6基因,4个miRNA靶向CaDUF966-3基因。【结论】7个辣椒DUF966基因家族成员在不同组织生长发育过程及响应生物和非生物胁迫过程中具有调控作用。

膜蛋白ATAD3A在线粒体质量控制中的作用

线粒体质量控制对于线粒体网络的稳态和线粒体功能的正常发挥具有重要意义。三磷酸腺苷酶家族蛋白3A(ATAD3A)是同时参与调节线粒体结构功能、线粒体动力学和线粒体自噬等重要生物学过程的线粒体膜蛋白之一。近期研究表明,ATAD3A既可与Mic60/Mitofilin和线粒体转录因子A(TFAM)等因子相互作用以维持线粒体嵴的形态和氧化磷酸化功能,又能与发动蛋白相关蛋白1(Drp1)结合而正性/负性调节线粒体分裂,还可作为线粒体外膜转位酶(TOM)复合物和线粒体内膜转位酶(TIM)复合物之间的桥接因子而介导PTEN诱导激酶(PINK1)输入线粒体进行加工,显示出促自噬或抗自噬活性。本文对ATAD3A在调控线粒体质量控制中的作用及其机制进行了综述。

不同未知功能结构域蛋白家族(DUFs)基因在植物中的生物学功能

未知功能结构域蛋白家族(domains of unknown function protein families,DUFs)是一大群并未表征功能的蛋白家族,其蛋白结构中包含至少一个高度保守的DUF结构域。在众多的DUFs蛋白家族中存在一些植物特有的DUFs蛋白家族,其参与调控植物生长发育、植物对病虫害的防御反应和植物对非生物胁迫的应答反应等生物学过程。本文对近几年关于植物DUFs基因参与上述生物学功能方面的研究进行了综述,旨在为未知功能基因的挖掘及其调控机制的阐明提供基础资料。

4个物种CCT结构域基因家族的序列进化分析

通过分析4个完成测序和注释的植物基因组,系统地分离鉴定了97个水稻、玉米、高粱和拟南芥的CCT结构域基因,并对相应蛋白质的结构和基因之间的系统演化关系进行了分析。结果表明:CCT结构域基因的蛋白质结构和特性在不同物种之间具有广泛的变异;不同基因组中CCT结构域基因通过染色体复制扩展了基因家族成员。根据其CCT结构域分为4组,其中1个亚组集中了绝大部分的禾本科CCT结构域基因,该亚组基因可能特异参与了禾本科作物开花时间的调控。基因家族成员的扩展,蛋白质结构的改变以及基因表达模式的变异共同导致了CCT结构域基因家族成员在物种间和物种内的功能分化。

粳稻MYB蛋白家族的生物信息学分析

运用隐马尔柯夫模型（Hidden Markov model,HMM）,对粳稻Oryza sativaL.ssp.japonica的蛋白质数据库进行搜索,共找到192个MYB蛋白同源序列,其中有126个R2R3-MYB蛋白,6个R1R2R3-MYB蛋白以及60个MYB相关蛋白（MYB-related protein）.进一步分析所有粳稻的MYB蛋白基因在染色体上的分布,结果发现,MYB基因基本上是成簇分布的,在染色体1-8号特别明显.运用基于EM（Expectation maximization）算法的MEME程序,对MYB蛋白的功能域进行多序列比对分析,确定了R1、R2与R3结构域在每个位置上最大可能氨基酸的频率.此外,还对水稻中的MYB蛋白家族作了初步的进化分析.

油松JAZ基因家族特征及其与DELLA蛋白互作的功能域鉴定

【目的】对油松JAZ基因家族特征及其与赤霉素负调控因子DELLA蛋白互作的功能域深入分析,旨在为解析针叶树以JAZ-DELLA为核心模块、茉莉酸(JA)-赤霉素(GA)介导的生长/防御平衡策略奠定基础。【方法】以油松全基因组数据为基础,筛选鉴定油松全部的JAZ家族基因成员,并分析其基本特征;构建多物种JAZ基因家族系统发育进化树,解析油松JAZ基因家族在系统进化过程中的特点;利用酵母双杂交技术,明确油松中JAZ与DELLA蛋白互作的功能域。【结果】油松中共鉴定得到53个JAZ基因家族成员,均具有TIFY和Jas保守结构,而且在degron序列中进化出了更丰富的变异。多个油松JAZ基因家族成员启动子区域包含响应JA和GA的顺式作用元件,并与模式植物中多个JAZ蛋白有着较近的进化距离。进一步实验发现,油松中5个JAZ蛋白(TIFY4、TIFY11、TIFY16、TIFY25、TIFY59)的Jas结构域与油松DPL(DELLA-like)蛋白存在相互作用,明确了油松中Jas结构域是JAZ蛋白与DELLA蛋白互作的功能域。【结论】明确了油松JAZ基因家族的基本序列特征,确定了油松中JAZ与DELLA蛋白互作的Jas功能域,为针叶树JAZ基因家族及JA-GA信号转导通路的深入研究提供了重要依据。

春兰DUF3598家族CgDUF1基因的克隆与生物信息学分析

DUF3598是一类具有未知功能结构域的基因家族,在植物的生长发育和响应逆境胁迫中可能扮演重要角色,为了研究DUF3598蛋白对春兰的调控作用,初步探讨其生物学功能,本试验以春兰为实验材料,采用RT-PCR的方法,克隆获得一段长为1 245 bp的ORF序列,暂命名为CgDUF1,并进行生物信息学预测分析。结果表明,CgDUF1基因共编码20种氨基酸,无信号肽和跨膜结构域,属于非分泌性的亲水蛋白,预测该蛋白主要定位于叶绿体中。系统发育分析表明,CgDUF1蛋白与拟南芥DUF3598蛋白:A0A384KT89的亲缘关系最近。高级结构预测表明CgDUF1蛋白由3种二级结构组成,其中无规则卷曲占比最高,为54.59%。本研究为春兰DUF3598基因家族的生物学功能的研究提供了依据。

水稻DUF966基因家族的生物信息学分析

DUF966基因家族是一类未知功能的基因家族,它们在水稻生长发育和逆境胁迫应答反应中可能起重要作用,为了研究这些基因的生物学功能,初步揭示它们对水稻生长发育和抗逆性的调控作用,本研究通过生物信息学方法,分析了水稻DUF966家族基因特征、系统进化、芯片表达谱、跨膜结构域、信号肽以及亚细胞定位。结果表明,水稻DUF966基因家族包含7个成员,几乎都具有转录活性,它们编码的蛋白质只包含1~2个保守的未知功能结构域(DUF966结构域);进化分析表明,该家族可分为4个亚群,其中Os DSR2、Os DSR4、Os DSR5和Os DSR6同属一个亚群,可能具有相似的生物学功能;芯片表达谱分析表明,该家族基因主要在幼苗、花序和茎中呈中、低度表达,Os DSR3和Os DSR7基因受盐和低温胁迫的诱导表达,其它基因受不同非生物胁迫的抑制表达,该家族多数基因还能被白叶枯病菌侵染诱导表达;蛋白预测表明,该家族蛋白不含跨膜结构域和信号肽序列,能够被定位在细胞质中。本研究为系统开展水稻DUF966基因家族的生物学功能研究提供了依据。

水稻DUF1644基因家族的鉴定与非生物胁迫的表达分析

未知功能结构域(domain of unknown function,DUF)蛋白家族是一类成员数量较多的蛋白家族,因其蛋白功能未知而得名。DUFs蛋白一般都含有一个或多个保守的DUF结构域,依据DUF结构域的类型,将其分成不同的家族。DUF1644s是植物特有的一类DUF蛋白家族,在植物生长发育和非生物胁迫应答中发挥重要调控作用。本研究通过生物信息学的研究方法,对水稻OsDUF1644s家族基因特征、亚细胞定位、系统进化和非生物胁迫响应模式进行了系统的分析。结果显示,OsDUF1644s基因家族含有9个成员,分布在第1、2、4、6、7和9号染色体上,其编码蛋白质含有1~2个高度保守的DUF1644结构域;系统进化结果表明,该基因家族可分为4个亚族(Ⅰ~Ⅳ)。启动子顺式作用元件预测发现,OsDUF1644s基因家族成员的启动子中含有多种与非生物逆境响应相关的顺式作用元件;进一步对OsDUF1644s进行多种非生物逆境诱导表达模式分析,发现大部分OsDUF1644s基因对至少2种非生物逆境有显著响应。所有OsDUF1644s基因的表达都受到Na Cl胁迫诱导,且在3 h时达到峰值;PEG胁迫下,OsDUF1644-7呈下调表达模式,而大部分成员呈上调表达模式;冷胁迫和脱水胁迫下,OsDUF1644s家族成员均不同程度地受到冷胁迫和脱水胁迫诱导差异表达。本研究为进一步解析水稻DUF1644基因家族在水稻应对非生物胁迫中的生物学功能提供了依据。