基于生物信息学方法预测野葛中的miRNA及其靶基因

目的:基于GitHub上释放的野葛转录组序列和miRBase中的microRNAs(miRNA)数据,通过生物信息学方法预测野葛中保守的miRNA,为研究其在野葛中的生物学作用奠定基础。方法:根据miRNA在植物中的保守性,利用psRobot软件的前体预测模块"psRobot-mir"将miRBase数据库中已知的miRNA序列与野葛转录组序列进行比对,按照miRNA的判定标准进行筛选,并随机选取了7条miRNA进行茎-环PCR验证,随后利用psRNATarget软件对这些miRNA进行了靶基因预测。结果:在野葛中共预测出34条潜在的miRNA序列,它们属于18个基因家族,miRNA茎-环PCR验证的成功率是100%。基于罚分≤3,预测出235个靶基因,其中66个具有明确的功能,涉及野葛抗病、生长发育、转录调节、胁迫应答等,其中28个为抗病蛋白。结论:预测出的野葛保守miRNA及其靶基因,为今后解析miRNA在野葛抗病和次生代谢产物合成中的作用奠定了基础。     

黄芪miRNA的预测及其干旱表达模式分析

目的利用生物信息学手段预测黄芪Astragalus membranaceus的miRNA及其靶基因,应用定量PCR分析其干旱胁迫表达模式,为黄芪miRNA研究奠定基础。方法下载公共核酸数据库中的黄芪高通量测序序列,使用Trinity软件拼接获得转录本数据。利用生物信息学预测方法进行黄芪miRNA及其靶基因的预测,并对靶基因进行功能分类分析。利用茎环引物荧光定量PCR方法验证miRNA的存在,并分析miRNA在干旱胁迫下的表达模式。结果序列拼接获得88 263条黄芪转录组数据。使用这些数据预测到分属于17个家族的17个miRNA序列以及相应的茎环结构前体。这些miRNA靶向的145个基因主要参与基因转录调控、物质代谢、信号转导、胁迫应答和蛋白翻译后修饰等生物学过程。随机选取8个miRNA进行茎环引物荧光定量PCR验证,其干旱逆境表达模式分析表明miR2118和miR166可能参与了黄芪的干旱胁迫应答。结论预测的黄芪miRNA、靶基因以及干旱应答miRNA,为理解miRNA在黄芪中的生物学功能提供了重要数据。     

龙骨马尾杉PcFPS1基因克隆及序列分析

目的 对龙骨马尾杉Phlegmariurus carinatus法呢二磷酸合成酶（Farnesyl diphosphate synthase,FPS）基因PcFPS1编码区进行克隆及序列分析。方法 根据已获得的龙骨马尾杉转录组数据,从中获得1条编码FPS的转录本,采用RT-PCR方法获得PcFPS1的编码区序列,并对PcFPS1蛋白进行理化性质、蛋白二级结构及三维结构预测分析。结果 序列分析表明,所克隆的PcFPS1基因编码区长为1 119 bp,编码372个氨基酸残基,PcFPS1与挪威云杉Picea abies的FPS具有70%的序列相似性。生物信息学预测PcFPS1蛋白基本不含跨膜区,具有萜类合酶保守结构域,不含信号肽。结论 首次获得龙骨马尾杉PcFPS1基因的编码区序列,为进一步研究PcFPS1在石杉科植物萜类及甾醇类化合物生物合成途径中的功能及鉴定酶活性位点奠定基础。     

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。     

西洋参PqGA2ox基因的克隆与序列分析

目的 克隆、分析西洋参Panax quinquefolium种子萌发过程的赤霉素2-氧化酶(gibberellin 2-oxidase,GA2ox)基因.方法 从前期由高通量测序得到78 207条unigenes基因的注释信息中挖掘出与赤霉素合成和分解代谢相关的基因序列,得到11条GA2ox基因相关序列,通过序列比对分析确定GA2ox的转录本.根据选定的unigene序列设计引物,采用PCR方法扩增西洋参GA2ox的cDNA全长;利用生物信息学方法分析所得基因,并用实时荧光定量PCR技术进行表达分析.结果 得到一条长度为987 bp,编码328个氨基酸残基的西洋参GA2ox基因,命名为PqGA2ox.生物信息学预测PqGA2ox蛋白不含跨膜区,不含信号肽,具有依赖于2-酮戊二酸和Fe²⁺的双加氧酶超家族的保守结构域.实时荧光定量PCR结果显示在形态休眠中期和生理休眠中期的表达量低于其休眠起始期和解除休眠期.结论 首次获得西洋参种子PqGA2ox基因的编码区序列,为进一步研究西洋参种子解除休眠的分子机制奠定基础.     

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。     

鱼腥草1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶基因克隆与差异表达

目的 克隆鱼腥草1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶(DXR)基因,并分析其差异表达.方法 采用RT-PCR方法获得DXR基因cDNA序列,并对DXR蛋白进行理化性质、蛋白二级结构及三维结构预测分析,并预测了该蛋白功能;利用实时荧光定量PCR方法检测了DXR基因在鱼腥草的地下茎、地上茎、叶、花中的表达情况.结果 克隆获得的DXR基因长为1 416 bp,编码471个氨基酸.生物信息学预测DXR蛋白不含跨膜区,不含信号肽.DXR基因在鱼腥草的叶片中表达丰度最高,其次是地下茎,再次是地上茎,花中表达量最低.结论 首次从鱼腥草中克隆了DXR基因,为进一步阐明该基因在鱼腥草萜类化合物代谢途径中的重要作用奠定基础.     

香附子全长转录组测序及生物信息学分析

目的 通过高通量测序技术获得香附子Cyperus rotundus L.全长转录组的信息特征,为深入挖掘香附子功能基因奠定基础。方法 通过PacBio Sequel高通量测序系统,对香附子根、茎、叶、花4个部位的混样进行全长转录组测序及生物信息学分析。结果 共获得195 722条环形一致性序列（CCS）获得188 243个高质量转录本,并注释了148 563个转录本,检测出4349个转录因子和95 118个简单序列重复（simple sequence repeat,SSR）位点,还预测到64 929个长链非编码RNA（lncRNA）和45 337个mRNA,并通过京都基因与基因组百科全书（KEGG）数据途径分析了13个参与萜烯合酶合成相关的基因,以及7个参与β-石竹烯合成相关的基因。结论 获得了较为可靠的香附子全长转录组数据,这将显著增强对香附子发育过程中植物化学生物合成调控基础的理解,可为深入研究香附子生物学特性、相关代谢途径、信号通路及分子机制提供数据支持。     

粉防己细胞色素P450基因StCYP80G的克隆与生物信息学分析

目的 克隆粉防己Stephania tetrandra苄基异喹啉类生物碱生物合成途径中的细胞色素P450基因StCYP80G,进行生物信息学分析、表达载体构建和组织特异性表达分析。方法 设计特异性引物,从粉防己cDNA中克隆得到StCYP80G编码蛋白的基因序列;利用生物信息学在线工具预测StCYP80G蛋白的结构域、理化性质和跨膜区等分子特征;利用MEGA11.0对氨基酸进行多序列比对和系统进化关系分析;通过同源重组法构建含有StCYP80G基因的重组质粒;采用实时荧光定量PCR技术分析该基因在粉防己不同组织中的相对表达量。结果 StCYP80G基因开放阅读框长度为1 458 bp,编码485个氨基酸,蛋白质相对分子质量为54 770,预测其具有CYP450的保守结构域,含有跨膜结构域,可能定位在内质网上。氨基酸序列比对与系统进化树分析显示,StCYP80G与莲NnCYP80G、智利桂LsCYP80G的序列具有同源性且一致度较高,推测StCYP80G与这2条序列具有相似的功能。StCYP80G基因在粉防己叶中表达量显著高于根中。质粒序列分析结果表明,重组质粒pESC-Leu-StCYP80G构建成功。结论 StCYP80G基因的克隆、生物信息学分析、重组质粒的构建、以及组织表达特异性的研究结果,为进一步探究其在苄基异喹啉类生物碱生物合成途径中的功能奠定了基础。     

鱼腥草1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶1基因克隆与表达分析

目的 克隆鱼腥草1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶1（DXS1）基因并分析其表达差异。方法 根据已经获得的鱼腥草DXS1转录本序列设计1对引物,采用RT-PCR方法获得DXS1基因cDNA序列并对DXS1蛋白进行理化性质、蛋白二级结构及三维结构预测分析,并预测了该蛋白功能;利用实时荧光定量PCR方法检测了DXS1基因在鱼腥草的地下茎、地上茎、叶、花中的表达情况。结果 克隆获得的DXS1基因长为2 172 bp,编码723个氨基酸。生物信息学预测DXS1蛋白不含跨膜区,不含信号肽,具有定位肽。DXS1基因在鱼腥草的花中表达丰度最高,其次是叶片,再次是地下茎,地上茎中表达量最低。结论 首次从鱼腥草中克隆了DXS1基因,为进一步阐明该基因在鱼腥草萜类化合物代谢途径中的重要作用奠定基础。     

甘草microRNA及其靶基因的生物信息学预测

目的利用生物信息学手段预测甘草Glycyrrhiza uralensis的micro RNA(mi RNA),并实验验证其存在,确定相应的靶基因,为理解甘草mi RNA的生物学功能奠定基础。方法下载公共核酸数据库中的甘草高通量测序序列和表达序列、标签序列,使用Trinity和Assembler等软件拼接以获得转录本数据。基于mi RNA前体序列在植物物种间的保守性,将mi RBase数据库中的已知植物mi RNA前体与甘草转录组序列进行Blast比对,按照mi RNA前体应具备的标准进行筛选。通过stem-loop q RT-PCR实验验证mi RNA。使用ps RNATarget软件进行mi RNA的靶基因预测,并对靶基因进行功能分析。结果序列拼接获得88 263条甘草转录组数据。使用这些数据预测到分属于17个家族的49个mi RNA序列,以及相应的30个茎环结构前体,随机选取其中12个,经实验验证,确实存在。这些mi RNA靶向的172个基因主要参与基因转录调控、信号转导、发育调控和防御反应等生物学过程。结论新预测的甘草mi RNA及其靶基因为进一步研究mi RNA在甘草中的生物学功能奠定了基础。     

米碎花药效微小核糖核酸的鉴定及其靶基因功能分析

目的筛选米碎花Eurya chinensis茎叶的微小核糖核酸(Micro RNAs,mi RNAs)类药效物质及其靶基因功能分析。方法采用高通量测序法,测定米碎花、正常小鼠和喂食米碎花匀浆液小鼠肝组织及血浆中mi RNAs的表达丰度,并与Gene Bank上的植物mi RNAs数据库比对,结合实时荧光定量PCR(RTFQ-PCR)验证,鉴定吸收进入体内的米碎花mi RNAs。以人类m RNA为靶标,采用Target Scan与Mi Randa预测米碎花mi RNAs的靶基因,并通过基因功能聚类(GO)与KEGG分析靶基因的相关功能。结果共鉴定出5个米碎花mi RNAs可吸收进入体内,其主要在生化过程、细胞成分和分子功能3大区域发挥作用,并影响肿瘤、代谢、炎症等相关信号通路。结论 mi RNAs可能是一类新型的中药药效物质。     

黄芪饮片miRNA谱及热力学的稳定性研究

目的为更好了解药用黄芪微小RNA(mi RNA)被机体摄入和吸收的情况,试图建立黄芪mi RNA谱,为今后黄芪饮片药理学研究奠定基础。方法以经干燥、高温和微波处理的黄芪煎煮液为样本,采用高通量深度测序方法以获取未知的mi RNA序列。结果经测序得到药用黄芪9 931 049个小RNA读数。经与mi RBase 21数据库所有植物种类潜在发卡型结构比对,分析和构建了黄芪饮片煎煮液mi RNA谱,并确定了1个保守的mi RNA和9个新发现的mi RNA。经进一步生物学信息分析,发现12种I类小干扰性RNA(small interfering RNAs,si RNAs)序列,其5’端对热力学不稳定,3’端种子区域对热力学高度稳定。结论首次揭示了经热力学处理后黄芪饮片的mi RNA谱,I类si RNAs是潜在的可利用的植物药的生物化学分子,有助于今后中药在表观遗传学方面的深入研究。     

药用植物藤石松生药和饮片中的微小RNA差异表达研究

目的拟利用藤石松Lycopodiastrum casuarinoides生药与饮片中微小RNA(mi RNA)表达谱,鉴定其中热稳定存在的mi RNA,为今后藤石松mi RNA生物药效研究奠定基础。方法选取藤石松的2种加工形态生药与饮片全株样品(包含茎、叶、分枝),采用Illumina Hi SeqTM 2500高通量测序方法,根据mi RNA家族在不同物种中的保守性,将mi RBase数据库中的已知植物mi RNA与通过高通量测序获得的藤石松mi RNA序列进行比对,利用生物信息学方法,注释藤石松中的所有mi RNA序列,并鉴定生药与饮片之间的差异表达mi RNA分子,同时完成它们相应的人类靶基因预测,此外,对这些mi RNA及靶基因进行GO和KEGG功能注释分析。结果生药组与饮片组分别获得9 898 332、10 099 918条序列,其长度基本呈正态分布,而且均在21、24 nt的位置上形成2个峰值。两组显著差异表达的mi RNA共计25个,其中22个表达上调,3个表达下调。GO分析结果表明mi RNA靶基因涉及富集与结合、催化、分子转导等分子功能以及细胞调控、代谢过程等生物过程。KEGG通路富集分析表明靶基因多集中于癌症与免疫相关通路,如pathways in cancer、proteoglycans in cancer等信号通路。结论首次揭示了藤石松生药与饮片的mi RNA表达谱,存在潜在的可利用的植物来源的稳定mi RNA分子,为进一步研究藤石松中与癌症或免疫相关的mi RNAs分子药理功能奠定基础。     

草珊瑚叶片全长cDNA文库构建及EST序列分析

目的构建草珊瑚Sarcandra glabra叶片全长c DNA文库,进一步发掘与草珊瑚代谢及抗逆相关的基因,为草珊瑚功能基因的发现提供实验基础。方法以草珊瑚的嫩叶为实验材料,利用SMART法(即Clontech公司SMARTer试剂盒)构建草珊瑚全长c DNA文库。利用ABI3730 DNA序列分析测序获得大量的EST序列,利用生物信息分析方法对EST序列进行功能注释。结果构建了草珊瑚叶片的全长c DNA文库,经过鉴定草珊瑚c DNA文库的文库滴度为1.14×107 cfu/m L,平均插入片段为1 000 bp。利用该文库测序了221个单克隆,共获得EST序列177条,拼接出151个单一序列;利用NCBI数据库进行同源比对分析,共有119条(79%)与已知基因有显著的同源性,进行GO功能注释,显示其表达术语涉及了细胞生长,信号转导,蛋白质合成、转录,抗逆反应以及能量代谢等。结论构建了符合要求的草珊瑚叶片全长c DNA文库,并对相关EST序列进行了生物信息学分析,为草珊瑚基因组学研究提供一定的参考。     

基于microRNAs的石荠苧总黄酮抗流感病毒性肺炎作用机制研究

目的从微小核糖核酸(micro RNAs,mi RNAs)角度研究石荠苧总黄酮抗流感病毒性肺炎作用机制。方法设立对照组、模型组和石荠苧总黄酮组,将甲型流感病毒小鼠肺适应株A/PR/8/34经鼻滴入模型组和石荠苧总黄酮组小鼠,建立小鼠流感病毒感染性肺炎模型,观察比较石荠苧总黄酮对流感病毒感染小鼠肺指数和血清白细胞介素-6(IL-6)、γ干扰素(IFN-γ)水平的影响;采用高通量测序法和荧光定量PCR法,检测各组小鼠肺组织中mi RNAs的表达丰度差异;采用miranda、mirbase、targetscan 3个数据库预测差异mi RNAs的靶基因,并通过KEGG分析靶基因的相关功能;采用蛋白印迹法验证相关蛋白的表达。结果与模型组相比,石荠苧总黄酮可显著抑制流感病毒感染引起的小鼠肺指数和血清中细胞因子增加,调节异常表达的mi RNAs水平趋于正常;KEGG分析这些mi RNAs所调控的靶基因主要富集于JAK-STAT、TLR3等信号通路;Western blotting证实石荠苧总黄酮可调整感染小鼠异常表达的靶蛋白水平。结论石荠苧总黄酮可通过调控小鼠体内mi RNAs的表达发挥抗流感病毒性肺炎作用。     

赶黄草的转录组测序及分析

目的获得赶黄草Penthorum chinense转录基因参考序列和表达量信息,探索赶黄草药用活性成分生物合成的遗传基础,为赶黄草的重要功能基因研究提供参考。方法采用Illumina Hi Seq 2000高通量测序技术,对赶黄草进行转录组测序,对获得的数据进行过滤组装,对得到的unigene进行比对注释,同时对本研究获得赶黄草活性成分合成相关代谢通路基因进行分析。结果共获得了40 005 442条有效的短读序,通过de novo拼接得到42 306个unigene,开放阅读框(ORF)分析共计得到518个ORF,其中75个ORF具有转录因子结构域。通过KEGG分析,检测到33、32、59、68个unigene分别参与黄酮类生物合成、固醇类生物合成、萜类骨架生物合成和羧酸代谢。结论本研究发现的这些基因对赶黄草遗传改良和药用活性物质的生物合成路径相关基因研究有着重要意义。     

基于miRNA测序技术探讨黄芪-丹参药对干预自发性高血压大鼠肾损害的机制研究

目的基于微小RNA (microRNA,miRNA)高通量测序技术,探讨黄芪-丹参药对通过调控miRNA改善高血压肾损害的作用机制。方法以9只WKY大鼠作为对照组,将自发性高血压大鼠随机分为模型组和黄芪-丹参药对(3.4 g/kg)组,每组9只;黄芪-丹参药对组给予黄芪-丹参药对进行干预,观察各组大鼠血压及肾组织病理变化,并对各组大鼠肾组织进行miRNA测序。结果经黄芪-丹参药对干预4周后,与模型组比较,大鼠血压显著降低(P0.01),大鼠肾小球分叶不明显,系膜区增生减轻。与对照组相比,模型组共筛选出115个差异表达miRNA,其中68个差异表达miRNA上调、47个差异表达miRNA下调;与模型组相比,黄芪-丹参药对组筛选得到91个差异表达miRNA,其中67个差异表达miRNA上调、24个差异表达miRNA下调。差异表达miRNA的qRT-PCR验证结果显示,各组大鼠肾组织miRNA-142-5p、miRNA-3585-5p、miRNA-219a-5p、miRNA-122-5p和miRNA-125b-1-3p表达与miRNA测序结果趋势一致。差异表达miRNA的靶基因预测及功能富集结果显示,基因本体(gene ontology,GO)功能主要富集于阴离子跨膜转运、突触前、蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶活性等方面;京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)通路主要富集于哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)、自噬、单磷酸腺苷活化蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase,AMPK)信号通路等途径。结论miR-219a-5p、miR-3585-5p和miR-142-5p可能是黄芪-丹参药对延缓高血压肾损害进程的直接靶点。     

桂郁金EST资源的SSR信息分析及EST-SSR标记开发

目的:分析桂郁金EST中SSR位点分布规律,开发桂郁金EST-SSR引物,探讨EST-SSR用于桂郁金品种遗传多样性的可行性。方法:从NCBI公共数据库下载姜黄属EST序列(expressed sequence tag,EST)12 678条,利用MISA软件对其进行SSR位点查找,选出符合条件的序列,采用Primer 5.0软件设计EST-SSR引物,利用聚丙烯酰胺凝胶(PAGE)电泳研究这些EST-SSR引物PCR扩增的特点,进一步验证开发结果的合理性与有效性。结果:下载得到的12 678条EST序列中,共有926条序列包含SSR位点,占整个EST数据库的7.30%,其中SSR位点所占比例最大的是二核苷酸重复序列,三核苷酸和四核苷酸次之,分别为623(50.90%)个,388(31.70%)个和125(10.21%)个。根据筛选得到的微卫星序列共设计了165个EST-SSR引物对,选择其中92分以上的24个合成。PCR检测表明,21个引物对(87.50%)可以扩增出稳定清晰的带型;在6份不同种质桂郁金中检测到13对EST-SSR引物有多态性,占设计引物的54.17%。利用13对验证的EST-SSR引物对20个桂郁金品种进行了亲缘关系分析。结论:桂郁金EST-SSR标记开发的效率较高,是桂郁金SSR标记开发的重要措施,对于桂郁金品种鉴定和遗传多样性分析以及育种等方面具有重要的意义。