中华猕猴桃bZIP家族成员的比较基因组学分析

bZIP转录因子调控着植物的生长发育和逆境胁迫应答,是植物中一类重要的转录因子.基于系统的生物信息学方法,鉴定得到79个中华猕猴桃bZIP转录因子,进化分析结果揭示中华猕猴桃bZIP家族成员在J、K、L三个分组中出现了成员的缺失.中华猕猴桃bZIP家族成员的bZIP保守域主要由碱性结构域和亮氨酸拉链结构域组成,其亮氨酸拉链结构域的第4、5肽段的第7位的亮氨酸残基存在一定程度的变异.bZIP保守域之外,在中华猕猴桃的18个bZIP家族成员中,还发现包括bZIP_C保守域在内的8种其他类型的保守域,集中分布在A、C、D和G组bZIP成员中.通过与葡萄和番茄bZIP同源基因的比较,阐明中华猕猴桃基因组的两次三倍倍增是其bZIP基因数目增加的主要原因.中华猕猴桃不同发育时期果实的转录组揭示了参与调控果实成熟的57个bZIP基因的表达水平.本研究阐明了中华猕猴桃bZIP家族成员的进化特征、保守域组成、家族成员数目扩增的主要原因,提供了涉及果实发育的优良候选基因.(图6表2参28)     

龙眼漆酶家族成员全基因组结构与功能分析

为了解龙眼漆酶(DlLAC)家族的生物学功能,采用生物信息学分析方法进行龙眼基因组LAC基因成员鉴定,蛋白结构域及特性、启动子顺式作用元件、分子进化树分析、体胚发生过程和组织器官特异表达的FPKM分析以及可能互作的mi RNA预测.结果显示:DlLAC家族基因包含42个基因成员,分为7大类;基因家族成员内含子数量1-8个不等,以5个为主,其中DlLAC15-1中存在600 bp短串联重复序列;DlLAC蛋白结构域共存在5种类型,均属于铜蓝蛋白,以3个铜蓝氧化酶结构域为主;DlLAC蛋白均为分泌型蛋白,亚细胞定位预测在胞外,包含2个以上糖基化位点,具有多个保守的motif;5端调控序列预测分析,DlLAC可能具有多个转录起始位点;DlLACp启动子序列均包含大量非生物胁迫应激响应元件、胚乳特异表达元件及MYB结合位点,推测MYB可能通过DlLAC进而调控龙眼胚胎发育.DlLAC9-1p、DlLAC12p、DlLAC17-2p含黄酮类化合物合成调控的MYB结合位点,可能参与龙眼生长发育过程中种子成熟和果皮成色的色素合成途径;DlLAC家族成员可能参与不同体胚发育过程和不同组织器官形态建成.42个龙眼漆酶成员共有28个受miRNA调控,13个成员受miR397调控,可能与木质素合成相关,8个成员受miR1535调控.非miR397调控的成员可能发挥其他重要的生物学功能.本研究表明,DlLAC家族成员在龙眼生长发育过程中除了参与木质素合成以外,还可能参与胚胎发育、胚乳发育、色素合成、组织器官特异表达等重要生物学功能,表现其功能上的多样性.     

基于转录组的‘三月李’及其红肉突变体ARF基因家族鉴定及分析

生长素反应因子(Auxin response factors,ARFs)是一类在植物生长发育过程中发挥着重要作用的转录调控因子.为鉴定ARF家族基因、了解成员特征及其在李果实成熟过程中表达模式,基于‘三月李’及其红肉突变体果实成熟过程的转录组数据,采用生物信息学分析方法进行PsARF家族基因鉴定,并对其蛋白质理化特性、亚细胞定位、系统进化树、蛋白质质保守结构域以及表达模式进行分析.共鉴定得到17个PsARF家族成员.生物信息学分析结果表明PsARF家族蛋白质长度在600-1 157 aa之间,分子量(Mr)在66.24×103-129.31×103之间,等电点介于5.44-8.31之间,均为位于细胞核的不稳定亲水蛋白质.系统进化树分析表明PsARF家族成员可分为4组. PsARF蛋白质均具有典型的B3和Auxin_resp结构域,且多数具有Aux/IAA结构域.保守基序分析表明,PsARF家族蛋白质包含15个保守基序,但非每个蛋白质均含有保守基序. 10个PsARF家族基因在‘三月李’及其红肉突变体果实成熟过程中差异表达,不同基因表达模式各不相同.其中,PsARF2和PsARF16在‘三月李’和红肉突变体中的表达模式相反;PsARF10在‘三月李’果肉中表达量显著高于红肉突变体果肉中的表达量.本研究表明PsARF家族成员可能在李果实成熟过程中具有不同的功能,结果可为深入研究PsARF家族基因在李果实成熟过程中的功能奠定基础.(图5表2参40)     

拟南芥新基因SI(stress insensitive)参与非生物胁迫应答（英文）

非生物胁迫是影响农作物产量的主要因素,植物对非生物胁迫的应答机制一直是植物学研究的热点之一.在拟南芥中克隆和鉴定了一个参与非生物胁应答的新基因SI(stress insensitive),该基因编码一个未知功能结构域的蛋白DUF1336,该家族蛋白结构域具有许多未知功能的假设植物蛋白C末端(约250个残基).在单子叶植物和双子叶植物中,SI蛋白质是保守的.通过瞬时转化实验证明,该蛋白定位于细胞质膜.实时定量PCR分析结果显示,SI基因在各种组织中组成型表达.在花、果荚和种子中表达量相对较高.非生物胁迫和脱落酸(ABA)可以增加SI基因的表达,SI基因在ABA、Na Cl和冷处理后分别上调3.5倍、2.1倍和4.7倍.SI基因的T-DNA插入突变体(SALK_021811C)植株表现出对冷胁迫和高盐胁迫的抗性.种子的萌发实验也表明,突变体种子可以在高盐胁迫条件下萌发,对ABA的抑制作用也不敏感.本研究表明SI基因是植物抗逆性的负调控因子,可为提高农作物的遗传改良提供新的候选基因.     

水稻锌指蛋白基因OsWIP6的克隆、表达及RNAi载体转化

为了解水稻C2H2型锌指蛋白转录因子基因的表达调控机理及生物学功能,克隆了水稻的一个C2H2型锌指蛋白转录因子基因(OsWIP6),并构建其RNA干涉植物表达载体,通过农杆菌介导转化获得转基因植株.生物信息学分析显示,OsWIP6氨基酸序列与拟南芥两个WIP家族转录因子高度同源.组织差异性表达分析表明,该基因在水稻花发育上具有表达偏向性.与野生型相比,转基因水稻表现为抽穗延迟,结实率及千粒重降低,半定量分析显示转基因植株OsWIP6表达量明显下降.因此,推断OsWIP6基因与水稻育性密切相关.     

龙眼BRI1基因家族的全基因组鉴定及光照响应表达

为了解龙眼BRI1基因家族的生物学功能及响应光照机制,对其BRI1基因成员鉴定、基因结构、蛋白保守结构域、启动子顺式作用元件、互作miRNA预测、不同体胚发生阶段和不同组织器官的FPKM值及其响应光照表达模式等进行分析.结果表明:DlBRI1基因家族包含4个成员,分别命名为DlBRI1-1、DlBRI1-2a、DlBRI1-2b和DlBRI1-3.DlBRI1是一种无内含子基因,无内含子基因在转录的过程中不需要经历内含子的剪切步骤,是响应外界因素的一种快速应答基因.龙眼BRI1蛋白家族为植物富亮氨酸重复类受体蛋白激酶的一种,其在植物激素信号转导和非生物胁迫中具有重要调控作用.龙眼BRI1四个家族成员启动子均含有大量的光响应元件、激素应答元件、非生物胁迫响应元件,表明龙眼BRI1家族基因可能是连接光信号转导与激素信号转导的重要纽带. DlBRI1-3为miR390e的靶基因. FPKM值分析表明,DlBRI1-1和DlBRI1-3在体胚发生过程和不同组织部位中均呈现高表达,推测DlBRI1-1和DlBRI1-3可能在龙眼整个生长发育过程中起到更为关键的作用.荧光定量PCR结果推测,蓝光信号使得miR390的表达量显著减少,导致靶基因BRI1-3的表达量增加,从而影响油菜素内脂从属基因BZR1、转录因子PIF4,进而影响龙眼功能性代谢产物积累.本研究表明DlBRI1具有功能多样性,可能在龙眼响应光信号、激素信号、非生物胁迫及代谢调控中发挥作用.(图8表3参46)     

中华猕猴桃EIN3/EIL转录因子家族的成员鉴定、系统进化和基因表达模式

EIN3/EIL家族是一类非常重要的转录因子,调控植物包括果实成熟在内的众多生长发育过程.对中华猕猴桃EIN3/EIL家族进行系统的生物信息学和比较基因组学研究,在中华猕猴桃基因组中鉴定得到8个EIN3/EIL转录因子;其蛋白序列包括1个酸性氨基酸富集区、1个脯氨酸富集区以及5-7个碱性氨基酸富集区.包括中华猕猴桃在内的20种植物的EIN3/EIL成员的系统进化树表明,EIN3/EIL基因在众多植物基因组中同时存在趋同和趋异的进化趋势.中华猕猴桃EIN3/EIL基因家族成员的增加主要源于其进化过程中发生的全基因组三倍化倍增事件.在果实成熟过程中,中华猕猴桃EIN3/EIL基因呈现组成型的高或低表达两种截然相反的基因表达趋势.本研究鉴定得到了中华猕猴桃EIN3/EIL家族的成员,系统揭示了其成员蛋白序列中的保守区域、在不同植物物种中的进化趋势,植物基因组倍增所导致的家族成员增加,以及果实发育过程中表现出的显著的基因表达水平差异,可为中华猕猴桃EIN3/EIL基因的功能研究提供候选基因以及数据基础.     

Evolution characteristics and transcriptional responses to multiple stresses of NAC genes in Chenopodium quinoa and its ancestral diploid species北大核心CSCD

NAC是一类广泛参与调控植物在生物和非生物胁迫下防御应答的转录因子.基于系统的比较基因组学研究方法,对藜麦Chenopodium quinoa的NAC基因进行进化与多个生物和非生物逆境下的应答研究.在藜麦C.quinoa、祖先二倍体Chenopodium pallidicaule和Chenopodium suecicum基因组中分别共鉴定得到106、54和54个NAC基因.染色体定位数据表明藜麦基因组中18个NAC基因涉及串联倍增事件.3个物种NAC基因的系统进化树证明藜麦基因组中存在NAC基因的倍增与丢失.藜麦分别和C.pallidicaule和C.suecicum之间同源基因组模块的对应数目关系进一步证明藜麦保留了相当数量的祖先二倍体NAC基因,是其NAC基因倍增的主要动力.此外,藜麦NAC基因在干旱、高温、盐、低磷胁迫和GCFSV侵染下的表达模式被阐明;大量NAC基因被显著地诱导表达,推测其参与了藜麦在生物和非生物胁迫下的防御应答反应.本研究结果为藜麦的遗传育种提供了优良的候选NAC基因.(图7参26)     

藜麦Hsf家族的进化与多胁迫条件下的转录应答

Hsf转录因子参与调控植物在生物和非生物胁迫下的防御应答机制.基于系统的生物信息学分析方法,对藜麦Hsf家族成员进行序列特征、进化和多种生物和非生物逆境胁迫下的基因表达水平分析.在藜麦基因组中共鉴定得到31个Hsf转录因子,主要分布在7号染色体.系统进化树将藜麦31个Hsf成员划分到A1-A9、B1-B5和C组中;但藜麦Hsf成员在A6、A8、B5亚组中出现了缺失.藜麦Hsf成员的HR-A/B区域蛋白序列比对结果进一步支持了进化树中藜麦Hsf成员的聚类结果.藜麦Hsf成员蛋白序列中保守区域的分布呈现出组别特异性.A组Hsf成员的蛋白序列包括HSF domain、HR-A/B、NLS、NES和CTAD在内的保守区域;B组和C组的Hsf成员则缺失了CTAD.在干旱、高温、盐、低磷胁迫和GCFSV病毒侵染下,31个藜麦Hsf基因的表达模式被阐明;其中大量Hsf基因的表达水平被显著地诱导表达,推测其参与了藜麦在生物和非生物胁迫下的防御应答反应.本研究结果可为藜麦抗逆品种的遗传育种提供大量优良候选Hsf基因.(图6表1参28)     

龙眼GRF家族全基因组鉴定及表达模式

生长调节因子(growth regulating factor,GRF)是植物体内特有的一种转录因子,在植物生长发育、渗透胁迫中发挥重要的作用.基于龙眼基因组和转录组数据,采用生物信息学分析的方法对龙眼GRF(DlGRF)家族成员进行鉴定命名;分析其基本理化性质、基因结构、蛋白结构域、启动子序列顺式作用元件;构建系统进化树、预测可能直接调控DlGRF的miRNAs;分析DlGRF家族在龙眼非胚性及胚性培养物、组织器官、光质与激素处理下的表达水平;采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测DlGRF的表达模式.结果显示,龙眼DlGRF家族包含9个成员,均含有QLQ和WRC保守结构域;包含2-5个外显子,以3个为主;分布于四大分支上,与甜橙、拟南芥GRF亲缘关系较近;DlGRF蛋白包含7个motif;启动子序列中包含众多光响应、激素应答、厌氧感应、胁迫响应及其他与生长发育相关的作用元件.转录组结果显示,DlGRF家族8个成员在球形胚阶段表达量高于其他阶段;各成员均在种子中有较高表达量,对蓝、白光及激素响应明显. qRT-PCR结果显示,DlGRF1-2、DlGRF2-1、DlGRF2-2、DlGRF4、DlGRF5-1及DlGRF7在球形胚阶段表达量最高;DlGRF1-1、DlGRF1-2、DlGRF2-2及DlGRF5-2在脱落酸(ABA)、茉莉酸甲酯(MeJA)和赤霉素(GA3)等激素处理中表达上调.此外,DlGRF可能受miR396a调控,调控方式为裂解靶标.本研究表明DlGRF在进化过程中保守性较高,且可能受到蓝光和激素的诱导,参与龙眼非胚性及胚性培养物尤其是球形胚及种子发育形成的过程.(图6表3参42)     

丙烯腈暴露对大鼠脑组织损伤及iNOS/p38 MAPK信号通路关键蛋白表达的影响

通过探究iNOS/p38 MAPK信号通路在丙烯腈(acrylonitrile,ACN)诱导脑组织损伤中的作用,为进一步研究ACN的神经毒性作用提供依据。选取50只SPF级健康成年雄性SD大鼠,随机分为5组,每组10只。适应性饲养一周后,以12.5、25.0、50.0 mg·kg~(-1)ACN对大鼠进行灌胃染毒,对照组给予玉米油,另设NAC组(300.0 mg·kg~(-1)NAC+50.0 mg·kg~(-1)ACN),1次·天~(-1),6天·周~(-1),共染毒13周。次日称重并处死大鼠,测定大鼠脑组织NO含量、总NOS水平及iNOS、p-p38和p38蛋白表达水平。结果显示,ACN各剂量组大鼠脑组织脏器系数与对照组比较均显著降低(P0.05),高剂量组大鼠脑脏器系数与NAC组比较降低(P0.05)。高剂量组NO含量和总NOS水平显著高于对照组,与NAC组比较,高剂量组NO含量降低(P0.05),总NOS水平升高(P0.05)。Western blot结果显示,ACN高剂量组大鼠脑组织iNOS、p-p38蛋白表达水平和p-p38/p38比值显著高于对照组和NAC组(P0.05)。ACN可激活iNOS/p38MAPK信号通路,这可能是ACN致大鼠脑组织损伤的机制之一。     

基于苋菜转录组的ARF基因家族鉴定及表达

ARFs(auxin response factors)是重要的生长素响应因子,在植物的生长发育过程中起着关键的作用.基于‘大红’苋菜转录组数据,通过在线分析软件SMART和NCBI-Blastp的注释筛选苋菜ARF基因家族成员(AtrARF);利用生物信息学分析软件,对AtrARFs蛋白的理化性质、二级结构、亚细胞定位、保守氨基酸序列进行预测分析;构建系统进化树,预测可能调控AtrARF的miRNAs.分析AtrARF在蓝光和黑暗处理下苋菜胚轴中,及在不同种类及浓度的生长素处理下苋菜幼苗中的表达水平.分析结果表明,在苋菜中共鉴定得到29个ARF基因,其编码蛋白的长度在80-1 107 aa之间,蛋白分子量约为8.850×10³-123.300×10³,等电点在4.09-9.92之间.亚细胞定位预测结果均定位于细胞核,有15个保守氨基酸序列;系统进化树显示,29个AtrARF分为3个大组;MiRNA预测结果显示,至少有5个AtrARF家族成员受到miRNA调控.定量结果显示,AtrARFs在蓝光和黑暗、不同种类及浓度的生长素处理下表达模式均不相同.本研究表明AtrARFs受光质和生长素调控,在苋菜生长发育过程中发挥重要作用.(图8表4参34)     

The social network structure of a wild meerkat population: 2. Intragroup interactions

Knowledge of the structure of networks of social interactions is important for understanding the evolution of cooperation, transmission of disease, and patterns of social learning, yet little is known of how environmental, ecological, or behavioural factors relate to such structures within groups. We observed grooming, dominance, and foraging competition interactions in eight groups of wild meerkats (Suricata suricatta) and constructed interaction networks for each behaviour. We investigated relationships between networks for different social interactions and explored how group attributes (size and sex ratio), individual attributes (tenure of dominants), and ecological factors (ectoparasite load) are related to variation in network structure. Network structures varied within a group according to interaction type. Further, network structure varied predictably with group attributes, individual attributes, and ecological factors. Networks became less dense as group size increased suggesting that individuals were limited in their number of partners. Groups with more established dominant females were more egalitarian in their grooming and foraging competition interactions, but more despotic in their dominance interactions. The distribution of individuals receiving grooming became more skewed at higher parasite loads, but more equitable at low parasite loads. We conclude that the pattern of interactions between members of meerkat groups is not consistent between groups but instead depends on general attributes of the group, the influence of specific individuals within the group, and ecological factors acting on group members. We suggest that the variation observed in interaction patterns between members of meerkat groups may have fitness consequences both for individual group members and the group itself.     

Identification and expression of the COI1 gene family in Camellia sinensis and its expression in oolong tea processing北大核心CSCD

茉莉酸受体蛋白COI1(coronatine insensitive 1)是茉莉酸信号转导途径的重要组成部分,为鉴定分析茶树茉莉酸受体COI1基因家族,预测其潜在的分子功能,了解茉莉酸受体COI1基因在乌龙茶加工中应答胁迫的分子机制,利用生物信息学方法对茶树茉莉酸受体COI1进行家族成员鉴定,氨基酸序列、结构域、基因结构、进化分析以及启动子顺式元件分析,结合实时荧光定量分析CsCOI1基因在乌龙茶加工中的表达.结果显示,茶树茉莉酸受体CsCOI1家族有两个成员,均含有F-box和富亮氨酸重复序列(LRRs)两个结构域;单子叶、双子叶的COI1蛋白各聚一支,且与蜜柑进化关系较近;茶树COI1基因家族两个成员均含有3个内含子,启动子顺势元件主要有胁迫响应元件、激素响应元件以及光响应元件;转录组数据说明茶树CsCOI1基因具有较强的组织表达差异性.实时荧光定量分析表明,CsCOI1a基因在室内萎凋后表达显著上调,且15 min、30 min日光萎凋后CsCOI1b基因的表达水平显著上调,同时茉莉酸含量发生显著变化.本研究推测CsCOI1基因可能通过茉莉酸信号转导途径参与乌龙茶加工中萎凋的胁迫响应过程,该结果可为乌龙茶加工品质调控奠定基础.(图8表2参30)     

黑斑蛙Dmrt1基因的克隆及在不同组织中的表达

Dmrt基因家族是新近发现的一个与性别决定相关的基因家族,该家族成员都含有一个新的具有DNA结合能力的保守基序——DM结构域.本文采用简并PCR技术,扩增并克隆了黑斑蛙基因组中的DM结构域,经序列分析,获得了Dmrt家族成员rnDmrt1;进一步根据获得的rnDmrt1序列,设计一对特异引物,采用RT-PCR技术对成蛙不同组织Dmrt1基因的表达进行了研究.结果发现,rnDmrt1只在精巢中特异表达,在卵巢、脑、肝、心、肾及肌肉组织中无表达,显示Dmrt1基因在性别决定和分化中有重要功能. 图4参9