艾bZIP基因家族全基因组鉴定及萜类合成调控基因筛选北大核心CSCD

艾是我国重要的药用植物和经济作物,具有温经散寒、止痛、抗炎、抗过敏等功效。艾叶精油富含挥发性萜类化合物,广泛应用于艾灸及保健品中,市场开发潜力巨大。bZIP转录因子家族在植物中数量众多,广泛参与植物生长发育、胁迫应答和萜类等次生代谢产物合成调控,但艾bZIP家族及其功能鲜有报道。该研究基于艾基因组系统鉴定bZIP家族转录因子,分析其蛋白理化性质、进化关系、保守基序和启动子顺式作用元件等特性,并筛选可能参与萜类合成调控的候选基因。结果显示:从基因组水平共鉴定到156个AarbZIP转录因子,其编码氨基酸为99~618 aa,相对分子质量为11.7~67.8 kDa,理论等电点为4.56~10.16。根据拟南芥bZIP家族分类,AarbZIP蛋白分为12个亚族,同一亚族蛋白具有相似的保守基序。启动子顺式作用元件分析表明AarbZIP家族与光和激素响应密切相关。同源性比对和系统发育分析共筛选出5个可能参与萜类合成调控的AarbZIP基因。qRT-PCR结果表明5个候选AarbZIP基因在艾不同组织中表达存在显著差异,其中AarbZIP29和AarbZIP55在叶片中表达量最高,AarbZIP81、AarbZIP130、AarbZIP150在花蕾中表达量最高。该研究为艾bZIP家族基因的功能研究及其在艾萜类合成中的调控作用解析奠定基础。     

黄花蒿bHLH转录因子基因家族鉴定及光调控分析

目的:基于黄花蒿全基因组及转录组数据,进行AabHLH基因家族生物信息学分析及在不同光处理下的基因表达分析。方法:基于基因隐马科夫模型(HMM)对AabHLH基因进行鉴定,利用Pfam、GSDS、MEME等在线分析软件对基因结构、分子进化及保守结构域等进行分析。结果:全基因组水平共鉴定出99条黄花蒿AabHLH基因,包含49对复制基因对;基于系统发育树将其分为13个亚族,所有亚族AabHLH蛋白亚细胞定位于细胞核且均为亲水性蛋白,同一亚族基因具有相似的外显子-内含子结构及保守基序。基因表达模式分析发现,AabHLH基因在不同水平上响应蓝光、红光、远红光、白光调控,推测其中6个亚族基因为光照条件下,7个亚族基因为非光照条件下青蒿素合成途径调控基因。结论:在全基因组水平鉴定了AabHLH基因,为深度解析AabHLH基因功能及其对光调控下青蒿素生物合成调控机制提供参考。     

黄芩MYB转录因子家族全基因组鉴定与分析

目的:黄芩中主要活性成分黄酮类化合物的生物合成途径已解析,但相关调控机制研究薄弱。本研究基于黄芩全基因组对SbMYB转录因子进行系统鉴定和分析,筛选可能参与黄酮类化合物生物合成的候选SbMYB家族成员。方法:通过HMMER和BLAST筛选SbMYB转录因子;采用IQ-TREE、ExPASy、GSDS、TBtools、Cytoscape等在线工具和软件对SbMYB家族的进化关系、基因结构、基因表达模式、蛋白调控网络等进行生物信息学分析。结果：全基因组水平上共鉴定到146个SbMYB转录因子,分为4个亚族和1个未分族成员,R2R3-MYB亚族成员最多（116个）;SbMYB基因结构较为保守,随机分布在9条染色体上;同一亚族有相似的MYB保守结构域和基序组成;SbMYB在根、茎、叶中具有相似的表达模式,与花中差异较大;SbMYB与黄酮合成相关结构基因的蛋白质-蛋白质相互作用分析筛选到43个SbMYB可能调控黄酮合成途径关键酶。结论:MYB转录因子调控植物次生代谢合成,本研究系统分析黄芩MYB转录因子家族并筛选可能参与黄酮类化合物生物合成的候选基因,为其调控机制研究奠定基础。     

黄花蒿Dof基因家族鉴定及在GA-UV处理下对青蒿素生物合成的影响＊

目的 Dof（DNA binding with one finger）家族是高等植物中特有的一类转录因子家族，参与植物中光、激素、非生物胁迫等多种胁迫响应调控。本研究基于全基因组数据对黄花蒿Dof（AaDof）转录因子家族进行鉴定及表达模式分析，探究Dof家族基因在青蒿素合成调控中的作用。方法 经PFAM数据库鉴定获得AaDof序列，通过生物信息学软件分析其理化性质、亚细胞定位、基因结构、蛋白保守结构以及启动子序列结合元件等，并基于赤霉素（Gibberellic acid， GA）、紫外线B（UV-B）及二者协同胁迫下黄花蒿转录组数据对其表达模式进行分析。结果 本研究从全基因组水平共鉴定出51个AaDof基因，均含有保守的C₂-C₂单锌指结构，依据系统发育分析分为8个亚族，同一亚族内基因结构与蛋白保守结构域相对保守。亚细胞定位预测显示12个AaDof蛋白定位在细胞外，其余均定位在细胞核。启动子元件分析发现AaDof家族基因启动子区富含光、激素等多种响应元件。对AaDof在GA、UV-B和GA+UV-B处理下的表达模式分析发现，AaDof基因对GA胁迫处理响应较弱，仅有少量基因敏感，其表达主要受到UV-B胁迫影响。C1及C2.1亚族大部分基因在UV-B胁迫下上调表达，而A亚族大部分基因在UV-B胁迫下下调表达。qRT-PCR验证表明AaDof1、AaDof17和AaDof44在GA和UV-B处理下表达量显著上调，推测其可能通过参与GA和UV-B调控网络，正向调控青蒿素生物合成。结论 本研究系统鉴定了黄花蒿AaDof家族基因并筛选了3个可能正向调控青蒿素生物合成的候选AaDof基因，为黄花蒿Dof家族基因功能研究及其在青蒿素生物合成中的调控机制解析奠定基础。     

红花 CtWD40转录因子家族基因的生物信息学分析

WD40转录因子家族是真核生物中广泛存在的基因超家族,与植物生长及发育调控密切相关。并且在以往的研究中发现WD40转录因子参与花色苷的合成,而花色苷是红花类黄酮化合物的重要组成之一。该研究通过生物信息学手段及基因表达分析方法鉴定了红花基因组中40个CtWD40家族成员。研究根据拟南芥等植物WD40蛋白序列及系统发育特点将红花CtWD40家族归为7个亚家族,结合保守基序分析揭示每个亚家族成员特定的保守基序与基因结构,发现进化关系邻近的家族成员在保守基序与基因结构上具有一定的相似性。其次,基因启动子顺式作用元件搜索发现CtWD40特定启动子元件,揭示其可能参与的代谢途径。接下来,使用功能富集分析,分析CtWD40蛋白的功能类别和细胞定位,并通过CtWD40蛋白间相互作用,预测其潜在的调控功能。最后,根据qRT-PCR揭示了红花CtWD40亚家族19个成员在红花不同组织及花期中的差异表达。该研究为红花CtWD40基因功能验证及表达分析提供了理论依据。     

NaCl胁迫下黑果枸杞bHLH转录因子家族鉴定与生物信息学分析

目的基于不同浓度NaCl胁迫下黑果枸Lyciumruthenicum杞转录组测序结果,利用生物信息学方法对黑果枸杞bHLH转录因子家族成员进行鉴定。方法通过对NaCl胁迫下黑果枸杞根和叶的样品进行转录组测序,筛选出bHLH家族基因,利用生物信息学方法对筛选到的基因进行理化性质、保守结构域、基因结构、细胞定位及系统进化分析。结果黑果枸杞在NaCl胁迫下的转录组数据库中共筛选出89个bHLH转录因子家族基因;bHLH家族蛋白理化性质差异较大,71.90%的蛋白质呈弱酸性,蛋白属于亲水蛋白。黑果枸杞bHLH家族蛋白含有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。亚细胞定位预测bHLH家族蛋白主要分布在细胞核内和细胞质中。进化分析显示,黑果枸杞中89个bHLH转录因子家族蛋白可分为20个亚族,其中第3亚族中包含的bHLH成员最多,为11个;第7、11、13、22亚族中的成员数量均为1个,其他亚族为2～9个。结论 NaCl胁迫下黑果枸杞bHLH转录因子家族有89个成员,bHLH家族蛋白大多数呈弱酸性,属亲水蛋白,可分为20个亚族。     

穿心莲TCP基因家族全基因组鉴定及非生物胁迫下的表达分析

穿心莲是我国岭南地区重要的药用植物,具有清热解毒、抗菌消炎等功效。TCP基因家族是调控植物生长发育和胁迫响应的一类转录因子。为解析TCP基因家族成员在穿心莲非生物胁迫下的作用,该研究基于全基因组水平鉴定穿心莲TCP基因家族,并进行了其响应非生物胁迫的表达模式分析。结果表明,穿心莲TCP基因家族共有23个成员,氨基酸长度为136～508 aa,相对分子质量为14 854.71～55 944.90 kDa,等电点为5.67～10.39,均定位于细胞核,不均匀分布于13条染色体上,系统进化分析将其划分为3个亚家族：PCF、CIN和CYC/TB1。基因结构和保守基序分析显示绝大多数TCP基因家族成员均含有相同排列顺序的motif 1、motif 2、motif 3和1～3个CDS。启动子顺式作用元件分析表明穿心莲TCP基因家族的转录表达可能受光、激素和逆境胁迫的诱导;结合TCP基因家族响应逆境胁迫的表达模式分析和qRT-PCR验证,预测到ApTCP4、ApTCP5、ApTCP6和ApTCP11可能参与响应干旱、高温和MeJA等多种非生物胁迫。该研究为深入挖掘穿心莲TCP基因响应非生物胁迫下的功...     

灰毡毛忍冬MYB转录因子家族成员的挖掘及鉴定

MYB转录因子作为最大的转录因子家族之一,在调控花发育过程中起到重要作用。该文首次从灰毡毛忍冬转录组数据中鉴定出3条1R-MYB,47条R2R3-MYB,2条3R-MYB和1条4R-MYB转录因子,对其理化性质、保守结构域、家族进化关系及蛋白结构、功能信息及表达进行分析。结果表明,不同品种灰毡毛忍冬中53个MYB转录因子家族成员基因在保守基序、蛋白理化性质及结构、功能等各有不同,表明其在进化中具有保守性和多样性。表达分析表明LmMYB在品种间(野生型、湘蕾型)及器官间(花、叶)均存在转录水平上的显著差异,且部分基因特殊表达。在53条LmMYB中有43条在花、叶中均有表达,其中9个LmMYB成员在2个品种灰毡毛忍冬中在转录水平上存在显著差异,且在野生品种中上调表达。结合家族进化分析和表达分析推测LmMYB蛋白主要在生长发育、逆境胁迫、类黄酮次生代谢等方面发挥重要转录因子调控功能。该研究结果为后续研究灰毡毛忍冬MYB转录因子家族具体功能机制提供了理论基础和参考依据。     

三七SBP转录因子基因家族鉴定与生物信息学分析

目的 鉴定三七SBP(PnSBP)家族，并分析其蛋白序列特征、功能特性及表达模式。方法 采用生物信息学方法，从三七基因组文件中鉴定出具有完整开放阅读框的PnSBP基因，对其蛋白理化性质、亚细胞定位、保守基序(motif)、启动子顺式元件、蛋白互作网络、表达模式进行分析。结果 共鉴定出33个PnSBP基因，均具有SBP-box结构域，系统进化树将拟南芥、水稻、三七的SBP基因共分为8个亚家族，PnSBP启动子有许多激素响应元件及MYB转录因子结合位点，表达分析发现摘蕾会引起6个PnSBP基因在芦头与主根中的表达升高，推测PnSBP家族可能参与调控三七皂苷的生物合成。结论 本研究对PnSBP转录因子家族进行全基因组鉴定，初步筛选了在摘蕾后在主根与芦头表达升高的，转录调控皂苷生物合成过程的PnSBP基因。     

艾活性成分生物合成调控相关的WRKY转录因子筛选及表达分析＊

艾（Artemisia argyi）是常用的中草药和灸用原料植物，具有重要的药用和经济价值，然而其药用活性成分的合成调控研究鲜有报道。WRKY转录因子家族是植物中最大的转录因子家族之一，在植物生长发育、抗逆以及次生代谢合成调控等方面发挥重要作用。本研究基于转录组数据系统鉴定艾的WRKY家族转录因子，分析其蛋白理化性质、进化关系和保守基序等特性，并研究该家族基因在茉莉酸胁迫下的表达模式。实验结果表明，从转录组水平共鉴定到37个AarWRKY转录因子，其氨基酸数目为119-547个，分子量为13.4-59.8 kDa，理论等电点为4.86-10.03。根据拟南芥WRKY家族分类，34个AarWRKY蛋白归类在I、II、III三组，而3个蛋白未归类。AarWRKY蛋白均具有保守的WRKY结构域，且同一组蛋白具有相似的保守基序。基因表达谱分析以及利用qRT-PCR方法检测基因表达差异发现，外源茉莉酸甲酯处理后，6个AarWRKY基因的表达发生了显著差异，其中3个基因上调表达，3个基因下调表达。进一步蛋白互作网络预测发现这些差异表达的AarWRKY基因可能参与JA响应和萜类化合物的生物合成调控等途径。本研究为艾WRKY家族基因的功能研究及其在艾叶活性成分累积中的调控作用解析奠定基础。     

人参bZIP基因家族生物信息学分析

目的 通过人参bZIP基因家族生物信息学分析,为人参功能基因开发利用提供理论依据。方法 运用PlantTFDB数据库预测人参基因组中b ZIP基因;通过ExPASy网站得到人参bZIP基因家族信息和特征;使用MEME网站对PgbZIP基因家族保守基因序列进行分析;运用MEGA软件建立PgbZIP基因家族系统进化关系;利用TBtools软件进行PgbZIP表达分析。结果 人参基因组中含有157个bZIP基因家族成员,其中152个定位在细胞核,其余5个分别定位在叶绿体和内质网,相对分子质量在14 009.93～83 440.38,等电点在4.53～10.05,氨基酸数目在120～760 aa,除PgbZIP157以外,均为亲水蛋白。PgbZIP131在干旱胁迫下的表达量为83.47;PgbZIP99在根和盐胁迫条件下表达量均最高,分别为119.82和117.86;PgbZIP117在叶中表达量为48.54;花中PgbZIP106表达量最高为79.55;成熟果实中表达量最高是PgbZIP118,为119.32;PgbZIP101在未成熟果实中的表达量最高,且为65.32。结论 推测PgbZI...     

青蒿素生物合成分子机制及调控研究进展

以青蒿素为基础的联合用药是疟疾特别是恶性疟现有的首选、最佳疗法,青蒿素类药物需求巨大。青蒿素原料药依旧主要依赖于从药用植物黄花蒿(中药青蒿)提取、分离、纯化,但其在黄花蒿中的含量较低,且含量变异大。黄花蒿分泌型腺毛是合成、分泌、积累及储存青蒿素的场所,腺毛的正常发育直接关系到青蒿素的产量。提高青蒿素产量、降低生产成本有重大意义,也是当前国际研究热点。该文介绍了青蒿素体内生物合成的分子机制和代谢调控,以及青蒿素合成器腺毛的研究进展,这些将为开拓新的方法来提高植物来源青蒿素的产量提供帮助。     

青蒿素代谢调控研究进展

青蒿素是治疗疟疾的特效药并被广泛使用。黄花蒿中青蒿素的量很低,远不能满足需求,开展青蒿的代谢调控研究是提高青蒿素产量的有效手段。总结了影响青蒿素产量的多种因素,包括青蒿素生物合成及支路途径关键酶基因、转录因子、植物激素、逆境、诱导因子和腺毛等。通过概述各因素在青蒿素代谢调控中的研究进展,归纳出基于青蒿素生物合成途径的常规次生代谢调控策略和基于腺毛的新型代谢调控策略,丰富了青蒿素代谢调控的路径,为培育优质高产转基因青蒿品系和改良青蒿种质遗传提供新思路。     

鱼腥草bZIP基因的鉴定与分析

目的 筛选使鱼腥草Houttuynia cordata具有不同环境适应性的候选bZIP基因,为后续繁育出具有更强环境适应性的鱼腥草品种奠定基础。方法 以鱼腥草转录组数据为基础,鉴定了HcbZIP基因家族成员,并对其理化性质、系统进化树、motif基序及在2个不同生态型鱼腥草中的表达进行分析。结果 共鉴定得到163个HcbZIP基因,编码蛋白质的氨基酸数量在115（HcbZIP48和HcbZIP149）～703 aa（HcbZIP97）,超过53%的家族成员为碱性蛋白,超过84%的家族成员为不稳定蛋白,所有家族成员均为亲水性蛋白。二级结构中,161个家族成员是由α-螺旋、延伸链、β-折叠和无规则卷曲4部分构成,β-折叠所占比例最低,α-螺旋和无规则卷曲所占比例较高。系统进化树分析将163个家族成员分成了9个类别,包括C、S、G、A、I、U、H、F和D,其中被归到D类别中的HcbZIP基因数量最多共有35个,数量最少的为C类别仅有4个,没有HcbZIP基因被归类到E和B类别中。Motif基序分析发现,motif1（RLLQNRESARRSRLRKKAYVQELESSVAK）高度保守在每个家族成员中均鉴定到且构成了bZIP基因的保守结构域。不同类别下的基因其motif基序构成较为接近,且部分motif基序只存在特定类别的基因中。表达分析发现,在鱼腥草7号药材中表达的HcbZIP基因数量多于鱼腥草6号药材,同时也发现单独在7号药材中表达的HcbZIP基因数量也多于鱼腥草6号药材。共发现6个HcbZIP基因,HcbZIP156、HcbZIP153、HcbZIP147、HcbZIP149、HcbZIP48和HcbZIP127在6号和7号药材中均呈现出较高的表达量。通过比较6号和7号的差异bZIP基因发现,共有96个差异表达HcbZIP基因,并将其分成了2大类,共63个差异基因在7号药材中表达量较高,33个差异基因在6号药材中表达量较高。结论 共筛选出4个基因HcbZIP154、HcbZIP150、HcbZIP26和HcbZIP18作为鱼腥草6号和7号2种材料能够形成适应不同生态条件的候选HcbZIP基因。     

青蒿道地药材研究综述

青蒿入药有2 000多年的历史,根据现代研究结果推断,1 700多年前的《肘后备急方》中所记治疗疟疾的青蒿应该来源于黄花蒿。基于本草资料从治疗暑热、截疟等方面,青蒿的道地产区应在历史上的荆州(今湖北)及其周边地区;从抗疟成分青蒿素含量高低的角度,青蒿道地产区应在重庆、广西及周边省份。研究表明:黄花蒿在秋季花盛开时采收,抗疟用青蒿素含量较高;黄花蒿放置半年后青蒿素可降解30%左右,一般需放置阴凉干燥处贮藏。野生黄花蒿具有丰富的遗传多样性,在试验田选育出的黄花蒿其青蒿素质量分数最高可达2%。     

连作对黄花蒿生长及土壤细菌群落结构的影响

试验采集未种植、种植1年、3年和5年的黄花蒿土壤,利用常规分析和Illumina Mi Seq高通量测序技术,研究了连作对黄花蒿生长、青蒿素含量、土壤有效养分和细菌群落结构的影响。结果表明,连作显著抑制黄花蒿生长,降低叶片生物量、青蒿素含量和产量,最大降幅依次为30.20%,7.70%,35.58%。黄花蒿连作不同程度地降低土壤有机质、有效氮、有效磷含量和细菌16S rRNA序列数。高通量测序结果显示,在不同种植年限的黄花蒿土壤中,共有634~812种细菌,归属于21个门类,代表不同处理年限细菌群落的点在主成分坐标系中分布距离较远,群落结构发生了显著变化(P0.05)。随黄花蒿连作年限增加,放线菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门的丰富度降低,但变形菌门、酸杆菌门和疣微菌门丰度增加。与未种黄花蒿的土壤相比,在种植土壤的前20种优势细菌中,硝化螺旋菌和根瘤菌消失,仅有芽单胞菌、微单孢菌、亚硝化单胞菌、黄色杆菌和不可培养细菌JG30-KF-AS9等5种相同。说明种植尤其是连作黄花蒿选择性抑制了土壤细菌的生长繁殖,影响土壤养分的转化供应,导致黄花蒿生长不佳,青蒿素含量和产量降低。因此,在种植黄花蒿的过程中,提倡轮作很有必要。     

乌拉尔甘草TIFY基因家族鉴定及调控分析＊

目的 为了探索乌拉尔甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）TIFY基因家族的特征并预测其功能，本研究在全基因组层面，应用生物信息学方法对乌拉尔甘草TIFY基因家族进行鉴定和分析。方法 在乌拉尔甘草全基因组数据基础上，利用NCBI、MEME及TBtools等工具，结合基因保守结构域，对乌拉尔甘草TIFY基因家族的序列特征、分类、系统发育和基因表达模式进行分析。结果 在乌拉尔甘草中鉴定到TIFY家族基因成员18个（GurTIFY1-GurTIFY18），分别属于TIFY、JAZ、PPD、ZML四个亚家族，编码的核苷酸长度为444-1266 bp，氨基酸长度在147-421 aa之间，等电点为4.57-9.68，分子质量为16741.11-44426.5 Da，含有10个保守基序和4个保守结构域。基因表达结果表明GurTIFY基因中GurTIFY15、GurTIFY4、GurTIFY1、GurTIFY11等在乌拉尔甘草叶和根中的表达水平具有显著差异性。结论 本研究为深入理解TIFY基因响应非生物胁迫的调控机制和参与次生代谢物质累积的功能奠定基础，并为乌拉尔甘草优质品种选育提供科学参考。     

黄花蒿中青蒿素生物合成相关转录因子研究进展

以青蒿素为基础的联合疗法是疟疾的首选治疗方案,而药用植物黄花蒿Artemisia annua是青蒿素的唯一天然来源,也是目前最主要的青蒿素来源,因此培育高产青蒿素的黄花蒿一直是国际研究热点。青蒿素是黄花蒿的次生代谢产物,在植物的次生代谢物合成过程中,关键的转录因子可以调节代谢途径中某个或多个基因的表达,从而调节代谢流的方向和速度,决定着代谢物的产量,因此关键转录因子的表达对于青蒿素的合成非常重要,通过干预转录因子的表达也是提高青蒿素产量的重要手段。综述了黄花蒿中已研究的转录因子功能及调控机制,特别是对筛选获得转录因子基因的方法进行总结,以期为揭示青蒿素合成调控网络奠定基础。     

大麻GRAS转录因子全基因组研究

目的GRAS转录因子在植物响应逆境胁迫和调控次生代谢方面起重要作用。为了研究GRAS转录因子在大麻素生物合成途径中的潜在功能,对大麻Cannabis sativa基因组中的GRAS基因进行全基因组鉴定、表达模式和功能分析。方法使用NCBI、PlantTFDB、ExPASy等在线网站以及TBtools、MEGA、DNAMAN等软件对CsGRAS基因进行鉴定、可视化分析和功能预测。结果在大麻基因组中共鉴定出44个GRAS基因,在10条染色体上不均匀分布,基因之间存在串联重复现象;CsGRAS基因编码氨基酸数目为436~757,等电点介于4.77~7.24,相对分子质量为49164.54~85748.52;亚细胞定位分析显示CsGRAS主要定位在细胞核中;系统发育分析将CsGRAS分为10个亚家族;CsGRAS基因启动子区含有光响应元件、GA响应元件和MeJA响应元件等;CsGRAS在不同品种不同组织中表达量差异显著,其中CsGRAS4、CsGRAS13、CsGRAS15、CsGRAS17和CsGRAS44在花中特异性高表达,推测其可能调控大麻素生物合成。结论全面分析了大麻基因组中的GRAS家族,有助于更好地挖掘GRAS基因在大麻的大麻素生物合成调控和响应逆境胁迫中的作用。