番茄KNOX基因家族鉴定及茄科作物KNOX基因进化关系分析

为了探明番茄KNOX基因家族特征及茄科作物中KNOX的进化关系,利用生物信息学方法,在全基因组水平上对番茄及其它茄科作物KNOX基因家族成员进行鉴定和分析。结果表明,番茄基因组中共含有8个KNOX基因(Sl KNOX1~Sl KNOX8),分别分布在番茄8条染色体上;多序列比对发现,除Sl KNOX5外,所有基因均含有同源异型盒蛋白特有的4种结构域,即KNOX1、KNOX2、ELK和Homeobox KN。利用系统发育树将茄科作物KNOX基因分为2类:ClassⅠ和ClassⅡ。茄科作物KNOX基因与拟南芥同源基因可能经历了不同的进化历程,在茄科作物中,特有的进化分支(Class I C)已经出现。qRTPCR分析发现,番茄Sl KNOX1在花蕾和花中具有较高表达,在果实生长发育过程中表达量逐渐降低,Sl KNOX2~Sl KNOX4在果实生长发育过程中几乎不表达,Sl KNOX6和Sl KNOX7在所测组织中均有表达,Sl KNOX8在果实成熟过程中表达量逐渐增加,且在根中表达量最大。本研究在全基因组水平上揭示了番茄中KNOX基因家族特征以及茄科作物中KNOX基因的系统发育关系,为进一步揭示KNOX基因家族在番茄组织器官中的功能及进化模式奠定了基础。

虾夷扇贝Smad基因家族的鉴定及表达分析

Smad基因介导的细胞信号在调节动物发育和细胞干性方面起着至关重要的作用。由于其功能的多样性和重要性,Smad基因家族一直受到广泛的研究。然而,双壳贝类Smad基因家族缺乏系统的鉴定和分析。为了理解双壳贝类Smad基因家族的进化和生物学功能,本文在虾夷扇贝基因组鉴定出4个Smad基因,并对其遗传和表达特征进行了分析。时空表达谱显示,Smad3基因在虾夷扇贝受精卵和2~8细胞时期有较高的表达量,而在胚胎及幼虫阶段该基因表达量迅速降低,推测其在胚胎早期细胞分裂和分化过程中发挥重要作用。Smad6在胚胎发育早期表达量较低,在囊胚期及原肠胚时期表达量显著升高,可能与母源调控向合子型调控过渡的“中期囊胚转换”有关。Smads基因在各组织中也呈现了独特的表达模式,其中Smad3、Smad5和Smad6分别在肌肉、血细胞和鳃中表达量最高。而Smad4在各个组织内均有表达且表达量相似。实验结果暗示了Smad基因在虾夷扇贝中不仅参与协调了早期胚胎的发育,也与组织器官的形成和稳态有关。本研究有助于理解贝类Smad基因的进化及功能,为深入研究该基因家族在贝类中的生物学功能和调控机制奠定基础。

大豆KNOX基因家族的结构和表达分析

KNOX基因家族编码同源异型盒蛋白,在植物生长发育过程中起重要调控作用。利用生物信息学手段在全基因组水平上对大豆(Glycinemax)KNOX家族基因进行鉴定和分类,并分析其基因结构、蛋白同源结构域特征以及基因表达方式。研究结果表明:大豆中的27个GmKNOX基因可以分为GmKNOXI和GmKNOXII两个亚类,其中GmKNOXI类可分为3个主要的进化支,GmKNOXII类分为2个主要的进化支;26个GmKNOX基因不均匀地分布在16条染色体上,GmKNOX27尚无法定位。不同组织表达谱的分析表明:GmKNOXI类基因表达部位比较集中,以茎顶端分生组织中表达量最高;而GmKNOXII类基因的表达特异性较GmKNOXI类低,表达部位更广泛。

烟草KNOX基因家族的结构与表达模式分析

KNOX基因家族是具有同源异型盒结构域的转录因子,在植物形态建成、模式形成等过程中起重要调控作用。为明确烟草KNOX基因的结构及生物学功能,分别从普通烟草、林烟草和绒毛状烟草中鉴定出18、8和5个KNOX基因,并对其系统进化、基因结构、蛋白功能域及基因表达模式进行分析。结果表明,烟草KNOX基因可分为NtKNOXⅠ和NtKNOXⅡ两个亚类,两亚类又进一步分为5个进化分支。同一进化分支中烟草KNOX蛋白的功能域以及其编码序列在基因结构上的分布高度保守。基因表达分析表明,普通烟草中NtKNOXⅡ类基因在多个组织中表达,而且整体表达水平高于NtKNOXⅠ类基因。在林烟草和绒毛状烟草的根和叶中表达量最高的KNOX基因不同。

小麦KNOX基因家族鉴定与生物信息学分析

KNOX基因家族是编码同源异型盒蛋白的转录因子,在植物生长发育和形态建成过程中起着重要的调控作用。然而,关于小麦KNOX基因家族的研究很少。本研究利用生物信息学手段从小麦基因组中鉴定到分布于18条染色体上的36个KNOX基因,所有鉴定到的家族成员均含有KNOX1或KNOX2结构域。本研究对KNOX基因家族的系统进化、基因结构、蛋白结构域、顺式作用元件和基因表达模式进行了分析。根据其系统发育关系,将小麦KNOX基因分为ClassⅠ和ClassⅡ两大亚类,两亚类又进一步分为5个进化分支。大多数小麦KNOX基因含有典型KNOX1、KNOX2、ELK、HOX四个蛋白保守结构域。小麦KNOX基因的启动子分析发现了一些与激素、生长发育和胁迫响应相关的顺式作用调控元件。不同组织器官转录组数据分析显示,ClassⅠ类KNOX基因具有明显的组织特异性,ClassⅡ类KNOX基因的表达部位更广泛。本研究为进一步分析小麦KNOX基因家族的功能和调控机制提供了重要信息。

大豆AP2/ERF基因家族的分子进化分析

AP2/ERF类型基因家族在植物发育中起着重要的作用,本文鉴定了大豆AP2/ERF基因家族,分析了该基因家族的进化途径,研究了其在种子发育过程中的基因表达模式,并对其功能进行了预测。研究表明:大豆AP2/ERF家族包括355个基因,分属于AP2、RAV和ERF三个亚家族;AP2/ERF基因在进化过程中出现了两次较大的分歧;发现了7个与大豆分化显著相关的AP2/ERF基因,利用拟南芥直系同源基因对这些基因的功能进行了预测;在大豆种子发育的过程中,该家族基因呈现10类不同的表达模式,在种子发育的各个过程中起着不同的作用。