水稻SBP 基因家族生物信息学分析
拟南芥SBP基因家族生物信息学分析
拟南芥SBP基因家族生物信息学分析作者：姚远马勇来源：《安徽农业科学》2020年第15期摘要SBP基因家族是植物体中特异性存在的一类重要转录因子，主要功能是调控生物生长以及细胞分化。
此次研究采用生物信息学的方法，对拟南芥SBP蛋白序列进行系统进化分析，并为其构建了系统发育树。
由试验结果可以得出，拟南芥SBP基因家族共包括30个成员，分布在4条染色体上，其分布比较集中，分成三大亚族。
拟南芥SBP蛋白具有的生物功能是控制生物生长以及细胞分化，调节基因表达以及谷胱甘肽的分解代谢过程，在Cu2+跨膜转运中也有一定作用。
另外，有许多的蛋白序列还具有分子功能——调控转录因子活性。
该研究所得结果均为拟南芥SBP转录因子的进一步功能分析提出了重要研究依据。
关键词拟南芥;生物信息学;SBP基因家族;进化分析中图分类号Q943.2文献标识码A文章编号0517-6611（2020）15-0112-04doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.15.031开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Bioinformatics Analysis of SBP Gene Family in Arabidopsis thalianaYAO Yuan1，2， MA Yong3（1.Department of Neurology，Inner Mongolia People’s Hospital， Hohhot， Inner Mongolia 010017;2.School of Life Sciences， Inner Mongolia University， Hohhot， Inner Mongolia 010060;3.Department of Biological Science and Technology，Baotou Teacher’s College，Baotou， Inner Mongolia 014030）AbstractThe SBP gene family which existed in the specificity of the plant corpus is a kind of important transcriptional factor and its main function is to regulate and control biological growth and cell differentiation. In this study， bioinformatics methods were used to systematically analyze the sequence of A. thaliana;SBP protein and build the phylogenetic tree for the sequence of A. thaliana;SBP protein. The result of the experiment shows that the family includes 30 members，which is distributed on four chromosomes intensively and are divided into three subtribe. The biological function of A. thaliana;SBP protein is a process of not only controlling biological growth and differentiation of cells， but also regulating gene expression and glutathione catabolism and it also plays an important role in the copper ions transport membrane.In addition，a great number of protein sequences have molecular functionregulating and controlling the activity of transcription factors.The results of this study provide important research basis for further functional analysis of A. thaliana;SBP transcription factors.Key wordsArabidopsis thaliana;Bioinformatics;SBP gene family;Evolutionary analysis基金項目内蒙古自然科学基金项目（2017BS0315）;内蒙古人民医院自然科学基金项目（2019YN09，2019BS01）。
水稻基因组序列的生物信息学分析
水稻基因组序列的生物信息学分析水稻是全球最重要的粮食作物之一，为了更好地理解水稻的基因组和基因功能，水稻基因组序列的生物信息学分析在近年来成为了研究的热点。
同时，水稻的基因组序列数据也为水稻育种和改良提供了更广泛的基础。
水稻基因组序列数据源对于生物信息学分析而言，首先需要收集数据。
水稻基因组序列的数据可以来源于GenBank、Ensembl Plants、Gramene等数据库，这些数据库中收录的水稻基因组数据具有较高的准确性和可靠性。
基因组注释基因组注释是指将序列上的信息以可识别的形式进行描述和标注，其中包括基因定位、基因结构、启动子区域、编码序列和非编码序列等。
水稻基因组注释早已有较为完善的结果，并且此外，大量的转录组数据也为基因功能识别和分析提供了更多的信息。
目前，水稻是全球拥有最齐全和全面的基因组注释和基因功能信息的农作物之一。
基因家族分析基因家族是指具有相似序列和保守功能的基因集合。
水稻基因组中大量的基因家族的分析对于理解水稻基因功能及其演化，以及水稻与其他物种基因组之间的关系具有关键作用。
例如NBS-LRR家族被广泛研究并被归属于水稻抗病基因家族之一。
基因家族的分析可以为水稻品种改良提供指导，从而增加其抗病性和生产力。
微卫星和SNP分析微卫星和单核苷酸多态性（SNP）是常见的分子标记方式，它们被普遍用于物种分类、进化和基因定位。
其中，微卫星序列在水稻中比较常见，并作为生物的DNA指纹来应用。
同时，SNP可以对现代育种和种质资源管理提供帮助。
微卫星和SNP分析可以用于水稻种质资源的变异程度评估和亲缘关系分析。
差异表达基因分析差异表达基因（DEGs）是指在不同生物学状态下，在两个或多个组织或物种中表达量不同的基因。
对于水稻而言，如未受到逆境处理的基因表达模式与受到逆境处理后的差异表达模式将会不同。
由于DEGs分析有助于识别水稻中与逆境响应相关的基因，因此可作为提高水稻逆境抗力的重要依据。
水稻苯丙氨酸解氨酶的生物信息学分析
水稻基因组分析及其育种应用
水稻基因组分析及其育种应用水稻（Oryza sativa）是世界上最重要的粮食作物之一、而水稻基因组分析是指对水稻的基因组进行全面的解析和研究，以了解水稻的基因组组成、功能以及遗传特性等方面的信息。
水稻基因组分析的研究对于水稻的育种应用具有重要的意义和价值。
水稻基因组的分析首先需要进行水稻的基因组测序。
2002年，国际水稻基因组测序计划（IRGSP）成功完成了对水稻基因组的测序工作，揭示了水稻包括约3亿个碱基对（bp）的基因组序列。
测序结果表明，水稻基因组由大约4.3万个基因组成，其中约90%的基因存在于22条染色体上。
通过对水稻基因组的测序分析，可以揭示水稻基因组的大体结构和基本特性。
水稻基因组分析的一个重要应用是在基因定位和功能研究中。
通过在水稻基因组上定位特定基因，可以揭示基因在水稻生长发育和抗逆能力等方面的功能。
例如，通过分析水稻基因组可以找到控制水稻生育期的关键基因，从而揭示水稻生育期调控的分子机制。
同时，对水稻基因组的功能研究，还可以为水稻的抗病虫害、抗逆性和品质改良等方面提供参考和指导。
水稻基因组分析在分子辅助育种中也具有重要的应用价值。
通过对水稻基因组的分析，可以开展与育种密切相关的基因筛选与鉴定工作。
例如，通过对指定性状的基因组定位和分析，可以筛选出与该性状密切相关的候选基因，并对其进行遗传改良和功能验证。
这种分子辅助育种方式可以极大地提高育种效率和育种精度。
综上所述，水稻基因组分析及其育种应用对于水稻的遗传育种研究具有重要的意义和价值。
通过对水稻基因组的解析和分析，可以揭示水稻基因组的组成、功能和变异特性等方面的信息，为水稻的抗逆性、病虫害抗性、品质改良等方面提供理论基础和技术支持。
同时，水稻基因组分析还可以为水稻的基因改良和转基因育种提供依据和参考。
水稻基因组分析在水稻遗传育种领域具有广阔的应用前景和推广价值。
水稻互作蛋白家族的鉴定与分析
水稻互作蛋白家族的鉴定与分析水稻是我国重要的粮食作物之一，也是我们在世界舞台上的重要农业品牌。
为了提高水稻的产量和品质，科学家们对其基因组进行了深入研究，其中互作蛋白家族是一个备受关注的领域，本篇文章将对其进行分析和探讨。
一、什么是互作蛋白家族互作蛋白是一类功能多样的蛋白质，能够与其他的蛋白质或者分子相互作用，以共同完成一系列生物学过程。
它们在生物酶催化反应、信息传递、基因表达和细胞周期调控等各个方面发挥着重要的作用。
互作蛋白家族是指在同一个物种或者不同物种中具有同源性、相似性的互作蛋白序列，比如说，调节因子、酶、载体、设计因子和结构蛋白等。
研究发现，在植物中，互作蛋白家族是参与细胞内生命活动和生长发育的重要基因家族，包括G 蛋白/小G蛋白、蛋白激酶、蛋白酶、传递因子、RNA结合蛋白等等。
其中，水稻互作蛋白家族也是研究的重点之一。
二、水稻互作蛋白家族的鉴定水稻互作蛋白家族的鉴定主要依靠基因组学技术和生物信息学方法。
基因组学技术指的是通过高通量测序等技术对水稻基因组进行全面分析，以发现其中的互作蛋白家族。
而生物信息学方法则是通过比对和分析水稻基因组序列，找到具有同源性、相似性的互作蛋白序列，以筛选出互作蛋白家族成员。
通过这两种方法，科学家们已经鉴定出了许多水稻互作蛋白家族成员。
比如，水稻中的G蛋白/小G蛋白家族有60个成员；蛋白激酶家族共计1096个成员；蛋白酶家族151个成员；信号转导因子家族258个成员；RNA结合蛋白家族840个成员。
这些互作蛋白家族成员在水稻的生长发育、逆境应答、病虫害防治等方面起到了非常重要的作用。
三、水稻互作蛋白家族的功能分析在确定水稻互作蛋白家族成员的同时，科学家们也对其功能进行了深入的研究。
他们发现，这些互作蛋白家族成员在水稻的田间与实验室条件下分别具有不同的功能。
例如，水稻中的G蛋白/小G蛋白家族成员有不同的功能。
其中的Rac和Rop蛋白通过参与氧化爆发反应、融合调节小气孔和细胞生理过程等方面发挥了重要的作用。
水稻OsRIP_基因家族的全基因组鉴定及其表达分析
张琪，刘爽，胡艳娟，等.水稻OsRIP 基因家族的全基因组鉴定及其表达分析[J].沈阳农业大学学报，2023，54（4）：385-395.沈阳农业大学学报，2023，54(4)：385-395Journal ofShenyang Agricultural University http ：//DOI:10.3969/j.issn.1000-1700.2023.04.001收稿日期：2023-06-09基金项目：科技部国家重点研发计划项目(2017YFD0300107)；国家自然科学基金项目(32070642)第一作者：张琪（1994-），女，博士研究生，从事水稻分子生物学研究，E-mail ：******************* 通信作者：王晓雪（1963-），女，博士，教授，博士生导师，从事水稻分子生物学研究，E-mail ：***************.cn水稻OsRIP 基因家族的全基因组鉴定及其表达分析张琪，刘爽，胡艳娟，王晓雪（沈阳农业大学水稻研究所，沈阳110161）摘要：水稻(Oryza sativa )中RIP 基因家族编码典型的E3泛素连接酶，在生长发育、逆境响应过程中发挥重要作用。
利用水稻基因组数据，采用生物信息学方法鉴定了水稻中的RIP 基因家族成员，鉴定到6个RIP 家族基因，命名为OsRIP1~6，其编码区长度在906~1086bp 之间，分布在5条染色体上，内含子数量为2~3个。
水稻中RIP 基因被分为3个亚家族，每个亚家族的内含子数量、基因结构、motif 基本一致。
蛋白结构域分析结果表明，在水稻中，RIP 家族的所有成员均含有SINA 和RING 结构域。
共线性分析显示，水稻与玉米存在最多的共线对，与拟南芥不存在共线对。
对启动子顺式作用元件分析发现，RIP 基因启动子区有多个非生物胁迫响应元件、光响应元件及激素响应元件。
另外，还分析RIP 基因家族在不同组织器官、不同发育时期及昼夜节律的表达模式，结果表明在根、茎及花器官中表达水平较高；OsRIP6在播种后83d 表达水平最高，而其他成员在播种后48~69d 的表达处于较高水平；昼夜表达的分析结果显示，在光照后10h 该基因家族成员的表达水平较高。
水稻、拟南芥和杨树基因组HSF及bZIP转录因子超家族生物信息学研究
关键词：ＨＳＦ基因家族；ｂＺＩＰ基因家族；系统进化分析
Ｖ
上海人学硕士学位论文
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
ｈｅａｔ ｓｈｏｃｋ ｆａｃｔｏｒｓ ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｓｔｒｅｓｓ
ＨＳＦ ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒｓ
ａｒｅ
ｔｈｅ
ｍａｊｏｒ
ｒｅｓｐｏｎｓｅ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ ｇｅｎｏｍｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｖａｌｕａｂｌｅ
Ｍａｒｋｏｖ Ｍｏｄｅｌ，隐马可夫模型）预测二级结构的方法已经较为成熟，预测的准确
率也相当高。而对蛋白质的空间结构进行预测，难度就比二级结构预测大得多， 需要也更加迫切。在蛋白质结构数据库ＰＤＢ（Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｄａｔａ Ｂａｎｋ，
ｒ７１
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｄｂ．ｏｒｇ／ｐｄｂ／）一中，到２００６年２月１６Ｈ，仅有３５１４４个蛋白质的空间结 构数据，这一数据与海量的蛋白质序列数据相比是不相称的。在空间结构预测方 面，运用同源模型方法可以完成蛋白质１０％～３０％的空间结构预测工作。预测 蛋白质结构以后就可以进一步预测、分析和研究蛋白质的生物学功能。 正因为生物信息学在研究基因功能方面，比单纯采用实验手段具有速度快、 成本低廉等优势，因此，将生物信息学和实验相结合来展开生物学研究成为一种
ａ
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ｆａｍｉｌｙ．Ｔｈｅｓｅ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＨＳＦ
ｆｕｎｃｔｉ
ｄｕｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
水稻osgprp家族基因结构与表达分析
摘要富含甘氨酸和脯氨酸的蛋白（glycine and proline-rich protein，GPRP）基因广泛分布于植物界中，且已被证实在植物的生长发育和逆境适应过程中扮演着非常重要的角色。
然而，目前仅在少数几种植物中对其基因结构特征、表达特性和功能预测等进行了初步报道，水稻中有关这类家族基因的研究鲜有报道。
本研究克隆了3个候选的水稻OsGPRP基因，结合生物信息学分析手段，对这3个OsGPRP基因的结构特征进行了分析；基于荧光定量PCR等方法对正常和逆境下OsGPRP家族基因在水稻不同组织部位的表达模式进行了分析；利用烟草叶片瞬时表达法对预测的OsGPRP蛋白进行了初步的亚细胞定位分析。
此外，还对OsGPRP1和OsGPRP3蛋白进行了原核表达分析；利用pCXUN质粒构建了OsGPRP1和OsGPRP2基因的过量表达载体，以农杆菌介导法转化水稻，获得了转基因T2代植株。
为进一步研究水稻OsGPRP家族基因的生物学功能奠定了基础。
主要研究结果如下：1. 水稻OsGPRP家族基因结构特征分析借助生物信息学分析手段，成功筛选并克隆了3个水稻OsGPRP家族基因；3个水稻OsGPRP基因含有2-3个外显子和1-2个内含子，编码170-197个氨基酸，蛋白大小为16.8-19.7kDa，等电点为7.53-9.82；启动子中含有多种逆境响应元件；蛋白序列结构特征分析表明，3个OsGPRP含有典型的植物GPRP蛋白保守结构域（N端XYPP重复序列、中部富含A的疏水区和C端HGK重复区），符合植物GPRP蛋白家族的结构特征。
系统进化树分析结果显示，OsGPRP1和OsGPRP3属于同一分枝，OsGPRP2属于另一分枝。
2. 正常和逆境下OsGPRP基因在水稻不同组织部位中的表达模式荧光定量PCR结果显示，正常情况下3个OsGPRP基因在水稻幼苗的根、茎、叶和抽穗期的幼穗中存在差异表达，均在叶中表达量最高；在低温、干旱和高盐逆境下，3个OsGPRP基因在水稻不同组织部位中的表达模式存在明显差异，OsGPRP2和OsGPRP3在根和茎中均显著上调表达，OsGPRP1和OsGPRP2在叶中下调表达；在干旱胁迫下，OsGPRP1基因在水稻根中显著上调表达；在盐胁迫下，OsGPRP3在叶中显著上调表达。
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水稻SBP 基因家族生物信息学分析
摘要：SBP (squamosa promoter binding protein, SBP)基因家族是植物所特有的一类重要转录因子，广泛参与植物生长、发育以及多种生理生化反应的信号传导。
水稻是目前为止基因组测序相当完整的一类植物，而且水稻也是现在人类生存赖以依存的粮食，因此水稻早已成为分子生物学研究的重点对象，进行水稻基因组信息挖掘与分析对于水稻功能基因组学的发展具有重要意义。
本实验以植物（水稻）特异转录因子SBP基因家族为实例，讲述如何利用生物信息数据库资源和软件工具，对该基因家族进行分析。
本章所用数据主要来自北京大学生物信息中心（/chinese/）构建的植物转录因子数据库，研究对象主要为水稻基因组中 29个SBP转录因子基因。
所用生物信息学工具包括基因结构显示、双序列比对、蛋白质功能域识别、蛋白质保守域预测、序列图标构建、多序列比对、系统发育树构建、，以及蛋白质二级、三维结构空间图形显示等。
本实验结果均为水稻SBP 基因家族的进一步功能分析提供了重要研究基础。
关键词：水稻、SBP家族、生物信息学
引言：我们知道，转录前调控、转录调控和转录后调控是真核生物基因表达调控的重要组成部分，其中转录调控通过顺式作用元件和反式作用因子相互作用实现。
顺式作用元件（cis-element）泛指 DNA 序列一个片段，通常位于被调控基因的上游，主要包括启动子（promoter）、增强子（enhancer）和抑制子（suppressor）三类。
反式作用因子泛指与顺式作用元件直接或间接结合
并参与靶基因转录过程的调控因子，通称转录因子（transcription factor）。
转录因子可以分为两大类，即通用转录因子（general transcription factor）和特异转录因子（specific transcription factor）。
通用转录因子与靶基因上游约 10-35 位的 TATA 框（TATA-box）或启动子区域转录起始位点（transcription start site）DNA序列结合，并与 II型 RNA聚合酶一起，形成转录起始复合物。
特异转录因子种类繁多、功能复杂，它们与靶基因上游各种特定 DNA序列片段结合，激活或抑制靶基因转录活性，以调控靶基因在不同组织、不同细胞、不同环境条件下特异表达。
如无特别说明，通常所说的转录因子即指特异转录因子。
一、结果与分析
1.水稻SBP的挖掘
先到Pfam 数据库中去搜索SBP 结构域(domain), 其标识号应该是xxx（PF03110）, 获取它的HMM 序列文件。
从TIGR 水稻数据库(, The TIGR Rice Database release 6.0）下载水稻基因组12条染色体的蛋白质序列。
然后利用基于隐马尔科夫模型的HMMER 程序(版本3.0)来搜索, E <=10-10的序列被认为是水稻中的含有SBP 结构域的候选序列（共31条）。
再利用SMART在线工具分析结构域, 把没有显示SBP 结构域蛋白除掉（3条）, 最后得到水稻的SPB基因基因家族成员。
2.基因结构分析
将从TAIR获得的水稻SPB家族基因的CDS序列和对应的全基因组序列, 利用Gene Structure Display Server(/)绘出基因结构图
表1 20条基因结构图
3. 蛋白质分析
1）利用序列保守结构域识别系统网站（Multiple EM for Motif Elicitation, MEME, /），对上述拟南芥 SBP 转录因子保守结构域进行识别。
首先，将 29 个 SBP转录因子同时提交，结果表明，它们都具有长度为 79 个残基的 SBP 结构域，共有3个motify
表2 29个SBP转录因子的3个motify的标识序列
表3 3个motify在SBP蛋白质序列的位置
2）二级结构分析
二级结构是指不同氨基酸间C=O 和N-H 基团间的氢键形成的稳定结构，主要为α- 螺旋和β- 折叠。
利用SOPMA 程序(http://npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=npsa.sopma.html)对水稻29 条SBP家族蛋白质序列二级结构进行预测，结果发现有21条蛋白质序列的二级结构不同，所有的氨基酸序列都以随机卷曲为主要组成部分，其次就是α-螺旋。
α-螺旋延伸链β-折叠无规卷曲
LOC_Os01g18850 37.24% 13.57% 3.83% 45.36%
LOC_Os01g69830 20.15% 19.17% 8.25% 52.43%
LOC_Os02g08070.131.44% 15.72% 9.17% 43.67%
LOC_Os02g04680.218.38% 12.82% 2.14% 66.67%
LOC_Os02g04680.116.20% 14.93% 3.62% 65.25%
LOC_Os02g07780.221.37% 15.38% 6.84% 56.41%
LOC_Os02g07780.120.72% 17.13% 7.97% 54.18%
LOC_Os03g6176037.05% 12.69% 5.26% 44.99%
LOC_Os04g4658026.11% 10.28% 4.72% 58.89%
LOC_Os04g5617034.38% 14.18% 8.11% 43.03%
LOC_Os05g3381032.78% 16.15% 6.53% 44.54%
LOC_Os06g44860 31.92% 15.02% 7.98% 45.07%
LOC_Os06g4901016.42% 17.47% 4.63% 61.47%
LOC_Os06g4531031.78% 11.08% 6.71% 50.44%
LOC_Os07g3217032.87% 8.33% 8.33% 50.46%
LOC_Os08g3989017.99% 8.87% 7.91% 65.23%
LOC_Os08g4194023.52% 16.92% 6.59% 52.97%
LOC_Os08g4026034.12% 12.19% 4.82% 48.86%
LOC_Os09g3294422.88% 15.47% 4.45% 57.20%
LOC_Os09g3143814.25% 11.75% 4.75% 69.25%
LOC_Os11g3037031.82% 9.09% 5.11% 53.98%
表3 21条氨基酸序列的二级结构的组成
3)三级结构分析
蛋白质空间结构模型通过Swiss-Model (http://swiss )建立。
通过Swiss-Model 对葡萄的45 条氨基酸序列进行三维结构同源建模，结果表明它们绝大多数具有十分相似的三维结构。
例如：
LOC_Os01g18850.1 LOC_Os06g45310.1 LOC_Os11g30370.1
4.进化树构建
利用MAGE对21条SBP结构域序列做分子进化分析
讨论
以SBP 蛋白保守区氨基酸序列为信息探针，从水稻数据库中检索到SBP 转录因子相应的蛋白序列，成功地利用生物信息学数据库和软件工具，对水稻SBP 转录因子家族基因结构和蛋白质结构等进行了分析，从中得到该转录因子家族不同成员之间的相互关系和演化历程，至于其生物学功能，还需要在葡萄中进行克隆以及表达分析来验证。
目前，从高等植物中已分离鉴定的转录因子有数千种，已经证明其中相当一部分在调节植物的生长发育及其对外界环境的反应等方面起着重要的作用。
不仅如此，还发现一个逆境相关转录因子可以调控多个逆境相关功能基因的表达，在利用转录因子来改良植物抗逆性方面效果显著。
因此，植物转录因子一直是现在生物学研究领域的热点。
从TAIR获得水稻SBP 转录因子相应的蛋白序列，成功地利用生物信息学数据库和软件工具，对水稻SBP 转录因子家族基因结构和蛋白质结构等进行了分析，从中得到该转录因子家族不同成员之间的相互关系和演化历程，至于其生物学功能，还需要在水稻中进行克隆以及表达分析来验证，因此，该研究就为下一步研究水稻转录因子的生物学功能提供了参考依据。
参考文献：
[1]曹雪，上官凌飞，于华平，杨光，王晨，谭洪花，房经贵，葡萄SBP基因家族生物信息学分析，南京农业大学园艺学
院,南京, 210095，基因组学与应用生物学， 2010年，第29卷，第4期，第791-798页
[2]罗静初，拟南芥SBP 转录因子基因家族分析，北京大学。