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。     

人参转录因子ERF基因家族的表达分析

ERF转录因子是植物最大的转录因子家族之一,对药用植物次生代谢具有重要的调控意义。该研究运用转录组热图方法从空间和时间2个层面分析了ERF家族基因的表达,筛选出6个可能参与人参皂苷调控的ERF基因。采用UPLC-MS/MS测定了不同浓度MeJA处理的人参不定根中人参皂苷Rg_1,Re,Rb_1的含量。运用实时荧光定量PCR测定MeJA处理的人参不定根中人参皂苷生物合成关键基因(DDS,CYP716A47,CYP716A53v2)和ERF家族基因的表达;采用Pearson相关对DDS,CYP716A47,CYP716A53v2基因与ERF家族基因表达特异性进行分析。结果表明,不同浓度MeJA处理的人参不定根中原人参二醇型人参皂苷Rb_1含量上升,原人参三醇型人参皂苷Rg_1和Re含量有所下降,与DDS,CYP716A47的表达量上升以及CYP716A53v2基因表达量下降相一致;ERF003,ERF118,ERF012的表达与CYP716A53v2呈显著正相关,而与DDS呈显著负相关,说明ERF003,ERF118,ERF012很可能通过抑制DDS表达和促进CYP716A53v2表达来调控人参皂苷合成;ERF1B表达则与CYP716A47呈显著负相关,说明ERF1B很可能抑制CYP716A47的表达从而参与调控人参皂苷合成。该文为后期深入研究ERF转录因子对于人参皂苷生物合成调控的功能验证奠定基础。     

茉莉酸甲酯调控下人参发状根皂苷合成相关基因表达的研究

通过外源添加茉莉酸甲酯(MeJA),研究其调控液体培养条件下人参发状根中皂苷生物合成途径相关酶基因在诱导子作用时表达情况。以四年生吉林人参主根诱导的人参发状根无性系为材料,利用香草醛-硫酸比色法测定MeJA处理前后人参发状根的总皂苷含量;同时,利用荧光实时定量PCR测定MeJA处理前后人参发状根中鲨烯合成酶(squalene synthase,SQS)、鲨烯环氧酶(squalene epoxidase,SQE)、氧化鲨烯环化酶(oxidized squalene cyclase,OSC)、达玛烷二醇合成酶(dammarenediol synthase,DS)、β-香树脂合成酶(β-amyrin synthase,β-AS)和环阿屯醇合成酶(cycloartenol synthase,CAS)基因的相对表达量。结果表明:获得MeJA添加到人参发状根中最佳添加浓度为6×10~(-4)μmol·L~(-1)、添加时间为22 d、作用时间为5 d;MeJA的添加可以提高人参发状根中过氧化物酶(PPD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(PPD)的酶活性;经过MeJA处理后人参发状根中人参皂苷生物合成途径的SQS,SQE,OSC,DS,β-AS基因的表达变化均有显著提高,然而CAS基因的表达变化不显著。因此说明在添加MeJA处理后,皂苷生物合成途径中SQS,SQE,OSC,DS,β-AS基因表达情况与PPD,CAT,PPO的酶活性的变化趋势也相一致。     

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。     

调控甘松中倍半萜类化合物积累的转录因子分析

目的 筛选参与调控甘松Nardostachys jatamansi主要活性倍半萜类化合物积累的bHLH、bZIP、MYB家族转录因子。方法 利用甘松全长转录组数据库注释信息获取bHLH、bZIP、MYB家族转录因子,利用WGCNA分析潜在能正向调控主要倍半萜类化合物积累的转录因子,利用实时荧光定量PCR（quantitative real-time polymeras chain reaction,qRT-PCR）进一步确认候选转录因子是否影响甘松主要活性倍半萜类化合物的积累,利用MEME在线网站分析候选bHLH、bZIP、MYB基因家族成员的保守基序。结果 在甘松全长转录组数据中分别筛选出bHLH家族893个、bZIP家族416个、MYB家族436个,WGCNA分析筛选能正向调控萜类化合物生物合成的转录因子共458个,qRT-PCR确认候选转录因子的表达水平与甘松主要活性倍半萜化合物的积累水平高度正相关。结论 甘松主要倍半萜类化合物的积累可能受到本研究筛选的458个转录因子的正向调控作用,可作为甘松主要药效物质生物合成调控机制研究的潜在靶基因。     

黄花蒿bZIP转录因子基因家族及光调控表达模式分析＊

目的碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper,bZIP)是青高素生物合成途径中的重要调控因子,本研究利用生物信息学手段鉴定黄花蒿全基因组bZIP转录因子家族成员并对其在光调控下表达模式进行分析,为进一步探索AabZIP转录因子功能及其对青蒿素合成途径的调控机制提供参考依据。方法以BLAST、Hmmsearch程序及Pfam数据库对黄花蒿基因组中bZIP基因进行筛选及鉴定,MAGA7.0软件、GSDS2.0、meme、ExPASy等在线工具对AabZIP家族进化关系、基因结构、保守结构域、蛋白理化性质等生物学信息进行分析,利用TBtools软件分析AabZIP基因在光调控下基因特征。结果全基因组水平上共鉴定出78条AabZIP家族成员,基于拟南芥分组将其分为10个亚族和1个未分组成员(AabZIP78),其中S亚族数量最多,有22条(28.2%);AabZIP基因结构较为保守,78条AabZIP基因中发现14组同源基因序列,其中13对受到纯化选择影响;除AabZIP78与番茄bZIP保守基序一致外,其余序列均与拟南芥bZIP保守基序一致;不同光照胁迫下基因表达水平存在较大差异,其中A、G、H及S亚族中大部分成员在蓝光胁迫下高表达。结论AabZIP响应光调控并参与复杂的青蒿素代谢途径,本研究可为进一步深入研究黄花蒿中bZIP转录因子基因进化、功能及光调控响应机制等奠定基础。     

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。     

人参皂苷生物合成基因组织表达特性的研究

采用生物信息学及实时荧光定量方法对10个人参皂苷生物合成关键酶基因的组织表达特性进行研究。运用转录组热图聚类方法分析了四年生吉林人参14个不同部位人参皂苷生物合成基因的表达;运用实时荧光定量PCR的方法测定人参组培苗、不定根中人参皂苷生物合成基因的表达;运用Pearson相关对这10个人参皂苷生物合成关键酶基因表达特性进行分析。结果表明,β-AS,CYP716A52v2在吉林人参及组培苗的根中表达高,与Ro分布相一致;与达玛烷型人参皂苷合成相关的CYP716A47,CYP716A53v2表达呈显著正相关,从分子水平证明了人参皂苷化学成分分布的差异主要由转运引起。     

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。     

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。     

基于权重基因共表达网络分析挖掘人参皂苷Rh1生物合成相关基因

目的 通过权重基因共表达网络分析（weighted gene co-expression network analysis,WGCNA）挖掘人参皂苷Rh1生物合成相关基因。方法 以种植于吉林省人参主产区304个农家品种的转录组测序数据为基础,以人参皂苷Rh1含量为表型进行差异表达基因的挖掘。结果 通过WGCNA获得6个与人参皂苷Rh1含量密切相关的基因共表达模块,根据关联分析结果确定Green模块为与人参皂苷Rh1含量显著相关的关键模块。功能注释结果显示Green模块内的基因富集到m RNA结合、蛋白修饰等多个相关途径。通过构建基因互作网络筛选获得7个核心基因,功能预测表明这些基因可能在人参皂苷Rh1的生物合成途径中起着重要作用。对7个候选基因进行茉莉酸甲酯（methyl jasmonate,Me JA）体外调控分析。对人参不定根进行MeJA诱导处理,随Me JA的诱导,comp9517＿c0＿seq1、comp10896＿c0＿seq1、comp43180＿c0＿seq2、comp64014＿c0＿seq8的表达量与人参皂苷Rh1的含量同时呈现显著变化,但只有comp64014＿c0...     

调控红花类黄酮合成MYB转录因子基因克隆及表达分析

目的在红花Carthamus tinctorius中克隆调控类黄酮合成的MYB转录因子基因,通过序列及表达分析初步鉴定参与调控类黄酮合成的MYB转录因子基因。方法对已报道调控类黄酮合成MYB转录因子进行序列比对,设计简并引物克隆核心序列,采用RACE技术克隆MYB转录因子基因全长,利用生物信息学方法分析基因序列,采用半定量PCR分析基因在红花不同组织及不同花期的表达情况。结果克隆得到3个调控类黄酮合成候选MYB转录因子基因,命名为CtFRMYB1、CtFRMYB2及CtFRMYB3。序列全长分别为1 223、1 080、1 348 bp,蛋白质相对分子质量分别为17 878.15、28 766.45、27 987.89。序列分析表明3个转录因子都具DNA结合功能,属MYB转录因子家族。进化分析表明CtFRMYB1和CtFRMYB2同AtMYB12关系较近。表达分析表明CtFRMYB1和CtFRMYB2仅在花中表达且在花期3(开花第3天)表达量较高。结论成功克隆3个调控类黄酮合成候选MYB转录因子基因CtFRMYB1、CtFRMYB2及CtFRMYB3,经生物信息学及表达分析初步鉴定到2个调控红花类黄酮合成MYB转录因子基因CtFRMYB1及CtFRMYB2,为红花类黄酮合成的调控机制研究奠定基础。     

细胞色素P450在人参皂苷生物合成途径中的研究进展

细胞色素P450(CYP450)是一类超基因家族编码的单加氧酶,参与萜类、生物碱和甾醇类等多种次生代谢产物的合成与代谢。CYP450对人参皂苷三萜碳环骨架进行羟基化和氧化等一系列复杂修饰作用,是人参皂苷生物合成途径中的关键酶。近年来利用新一代测序技术及生物信息学分析等方法,从CYP450家族中筛选出参与人参皂苷生物合成的相关CYP450s,并对候选基因(CYP716A47)进行了生物功能验证,进一步阐明了人参皂苷合成途径。本文对人参皂苷生物合成途径做简要介绍,并对近年来CYP450在人参皂苷生物合成途径中的研究进行综述,为阐明人参皂苷合成途径及通过基因工程手段合成人参皂苷提供理论依据。     

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。     

基于基因组和转录组的丹参酮生物合成相关基因SmCYP71AU66 的筛选

目的：以丹参基因组及全长转录组数据库为基础,对丹参酮生物合成关键酶基因进行预测,进一步推进丹参酮生物合成途径的解析。方法：结合丹参中CYP450s的系统发育鉴定丹参CYP71clan成员,采用生物信息技术分析其差异表达、基因结构和保守基序等;克隆候选基因并进行理化特性和蛋白结构等分析。结果：从丹参基因组注释到161个CYP71clan成员,分为16个家族,其中CYP71家族成员有64个,数量最多且结构域保守。转录组表达分析显示CYP71clan中36%的基因高表达（FPKM > 10）。克隆到基因SmCYP71AU66 全长1503bp,编码500个氨基酸,在丹参根的周皮部位显著高表达,符合丹参酮在丹参体内的分布规律,预测该基因是丹参酮生物合成途径中的关键酶基因。结论：本研究为丹参酮合成相关基因的挖掘以及生物合成途径的解析提供参考。