上游顺式作用元件的研究方法
环境因素与基因表达调控
环境因素与基因表达的关联
▪ 环境因素对基因表达的影响方式
1.顺式作用元件：环境中的刺激因素可通过与基因上游的顺式作用元件结合，影响RNA聚合 酶的招募和转录起始，从而调控基因表达。 2.反式作用因子：环境中的信号分子可与细胞内的反式作用因子结合，改变其活性和结合顺式 作用元件的能力，进而影响基因表达。 3.表观遗传修饰：环境因素可引起DNA甲基化、组蛋白修饰等表观遗传改变，从而影响染色 质结构和基因表达。
▪ 环境因素与疾病发生发展的关联
1.许多疾病的发生与发展与环境因素的暴露密切相关。 2.环境因素可通过影响基因表达调控网络，导致细胞功能异常和疾病发生。 3.了解环境因素与基因表达的关联，有助于疾病的预防和治疗。
环境因素与基因表达的关联
物信息学的发展，对环境因素与基因表达调控机制的研究不断深入 。 2.研究人员利用基因组学、转录组学、表观组学等多组学技术，揭示了许多环境因素对基因表 达的调控机制和靶基因。 3.未来研究可进一步关注环境因素与基因表达调控的个体差异和时空特异性，为精准医学和个 性化健康干预提供理论依据。
▪ 顺式作用元件
1.顺式作用元件是指DNA序列上能够影响基因表达的调控区域 。 2.常见的顺式作用元件包括启动子、增强子、沉默子等。 3.不同顺式作用元件的作用机制和位置效应不同，对基因表达 的调控具有重要影响。
基因表达调控基本原理
▪ 反式作用因子
1.反式作用因子是指能够结合顺式作用元件并调节基因表达的 蛋白质因子。 2.反式作用因子通常具有DNA结合域和转录激活域，能够特异 性识别并结合顺式作用元件。 3.反式作用因子的表达和活性受到多种因素的调节，包括磷酸 化、泛素化等修饰过程。
▪ 环境污染与疾病发生
1.环境污染物可诱导基因表达异常，导致细胞功能紊乱和疾病 发生。 2.长期暴露于环境污染物可增加患癌症、心血管疾病和神经系 统疾病的风险。 3.环境因素的改善可有效减少疾病的发生。
谷子KCS_基因家族鉴定及其对干旱胁迫的响应
山西农业科学 2023，51（6）：599-609Journal of Shanxi Agricultural Sciences谷子KCS基因家族鉴定及其对干旱胁迫的响应朱垠豪1，李晨1，葛星辰1，朱倩倩1，段明2，3，韩渊怀1，3，马芳芳1，3（1.山西农业大学农学院，山西太谷 030801；2.山西农业大学实验教学中心，山西太谷 030801；3.杂粮种质创新与分子育种山西省重点实验室，山西太谷 030801）摘要：β–酮脂酰辅酶A合酶（β-ketoacyl-CoA synthase，KCS）是超长链脂肪酸合成过程中的限速酶，主要负责调控脂肪酸和蜡质的合成与积累。
为了为谷子抗旱品种的选育提供新的线索，研究利用隐马尔可夫模型对谷子KSC基因家族进行鉴定，并利用生物信息学技术对谷子KCS基因家族进行系统分析与鉴定，并对其理化特征、进化关系、保守基序、基因结构、顺式调控元件、亚细胞定位、共线性进行分析和表达模式分析。
结果表明，从谷子基因组中共鉴定到33个KCS基因；系统进化和共线性分析结果显示，谷子KCS基因与高粱、玉米进化关系更近；启动子区包含许多激素响应、逆境响应和生长发育相关元件，暗示KCS基因可能参与多个生物学过程；谷子KCS基因在穗部表达量最高，其次为叶片，早晚表达量均高于中午。
此外，干旱胁迫下谷子Seita.9G470700和Seita.9G487500基因的表达量显著高于对照，表明这2个KCS基因在谷子干旱响应中发挥重要作用。
关键词：谷子；β–酮脂酰辅酶A合酶；生物信息学分析；表达分析；干旱胁迫响应中图分类号：S515 文献标识码：A 文章编号：1002‒2481（2023）06‒0599‒11Identification and Response to Drought Stress of KCS Gene Family in Foxtail Millet ZHU Yinhao1，LI Chen1，GE Xingchen1，ZHU Qianqian1，DUAN Ming2，3，HAN Yuanhuai1，3，MA Fangfang1，3（1.College of Agriculture，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China；2.Experimental Teaching Center，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China；3.Shanxi Key Laboratory of Minor Crop Germplasm Innovation and Molecular Breeding，Taigu 030801，China）Abstract：The β-ketoacyl-CoA synthase(KCS) is the rate-limiting enzyme of very long chain fatty acids(VLCFAs) synthesis, which is mainly responsible for regulating the synthesis and accumulation of fatty acids and wax. In this study, to provide a new clue for breeding of foxtail millet resistant varieties, the KSC gene family were identified in foxtail millet using HMM model, the KCS gene family of millet was systematically analyzed and identified by bioinformatics technology and their physical and chemical characteristics, evolutionary relationships, conservative motifs, gene structures, cis-acting elements, subcellular localization, and collinearity analysis and expression pattern were conducted. The results showed that a total of 33 SiKCS genes were identified in foxtail millet genome. Phylogenetic and collinearity analysis showed that SiKCSs were more closely related to sorghum and maize. The promoter region contained many hormone responses, stress responses, growth and development-related elements, indicating that SiKCSs were probably involved in multiple biological processes. The expression level of SiKCSs was the highest in panicle, followed by leaf, and was higher in the morning and evening than that in the noon. Additionally, the expression level of Seita.9G470700and Seita.9G487500genes under drought stress were significantly higher than that of the control, suggesting these two SiKCSs genes played an important role in drought stress response.Key words：foxtail millet; KCS; bioinformatics analysis; expression analysis; response to drought stress谷子（Setaria italica Beauv.）是禾本科狗尾草属1年生作物，最早在我国北方被驯化，目前谷子区域布局主要集中在华北地区，包括黄河中上游流域、东北及内蒙等干旱或半干旱地区[1]。
启动子结构和功能研究进展
启动子结构和功能研究进展王婧;李冰;刘翠翠;朱阵;张继瑜【摘要】Gene expression and its regulation are dependent, on to a great extent, on transciption. An elementary transciption reaction is initiated by the recognition of regulatory regions and especially promoters. Promoters is the cis-regulatory element of gene expression and its regulation, exsit in eukaryotes and prokaryotes. This paper expounded on the general characteristics and the function of promoter segment and cis-element functions.%转录起始是一种最重要的表达调节方式，通过多种蛋白质与启动子的配位结合起始转录，参与基因的表达调控过程。
而启动子作为基因表达调控的重要顺式作用原件，在原核和真核生物中均存在。
对核心启动子结构特征中多种保守顺式调控原件及基本转录因子的结构和功能进行了阐述。
【期刊名称】《生物技术通报》【年(卷),期】2014(000)008【总页数】6页(P40-45)【关键词】启动子;结构;顺式作用元件;功能;转录因子【作者】王婧;李冰;刘翠翠;朱阵;张继瑜【作者单位】中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所农业部兽用药物创制重点实验室，兰州 730050;中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所农业部兽用药物创制重点实验室，兰州 730050;中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所农业部兽用药物创制重点实验室，兰州 730050;中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所农业部兽用药物创制重点实验室，兰州 730050;中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所农业部兽用药物创制重点实验室，兰州 730050【正文语种】中文生物体所具有的遗传性状，称之为表型，表型是基因型与外界环境因素相互作用的结果。
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。
上游顺式作用元件的研究方法
接头扫描突变法机制
对疱疹病毒的胸苷激酶基因启动子的研究
方法：用长度为10bp的接头对胸苷激酶基因启动子序列进 行系统替换，产生不同的突变体，然后将突变DNA分子注 入蛙暖母细胞，同时也注入类似野生型的DNA（在+21至 +31处发生突变），这种野生型突变启动子与正常野生型 启动子一样，具有正常的起始转录活性，可作为内参。最 后，通过凝胶电泳测定转录产物的大小，依次判断转录的 正确与否。
研究顺式作用元件结构的方法
①5’端缺失系列分析法
通过从一侧逐段缺失来确定启动子的边界. 当一段缺失不会 阻碍RNA合成, 而下一段缺失使转录不再发生时, 那么我们可 以确定启动子的边界必然存在于两者之间. 常用于测定哺乳动物基因调控区的上游边界。
爪蟾5SrRNA基因的Ⅲ类启动子分析
实验操作：首先，确定启动子的5’端。对爪蟾5SrRNA基因 的5’端序列进行逐渐缺失，每次缺失序列的长度都会增长， 有此获得5’端长度不等的系列5SrRNA基因突变体，体外观 察突变对基因转录的影响。通过凝胶电泳测定转录产物的 大小，依次判断转录的正确与否。该基因的正常转录产物 长度为120bp。
增强子(enhancer)
指能够提高转录效率、远距离调控基因转录的 上游DNA序列,它间接的把信号从激活因子传到转 录蛋白。
特点：
（1）它能通过启动子大幅度地增加同一条DNA链上靶基因转录的频率， 一般能增加 10～200倍，有的甚至可达千倍。 （2）增强子的作用对同源或异源的基因同样有效，如把SV40的增强子连 接到兔β-珠蛋白的基因上，可使转录强度增大100倍； （3）增强子的位置可在基因5’上游、基因内或其3’下游的序列中，增强 效益与其位置和取向无关； （4）增强子所含核苷酸序列大多为重复序列，其内部含有的核心序列， 对于它进入到另一宿主之后重新产生增强子效应至关重要；
真核生物转录调控的研究进展
真核生物转录调控的研究进展一、概述真核生物转录调控是分子生物学领域的前沿课题，对于理解生物体基因表达调控机制、揭示生命活动规律具有重要意义。
转录调控作为基因表达过程中的关键环节，其复杂性和动态性使得研究者们不断深入挖掘其内在机制。
在真核生物中，转录过程受到多层次、多因素的精细调控。
这包括顺式作用元件与反式作用因子之间的相互作用，以及转录复合物在启动子区域的组装和调控。
顺式作用元件是DNA序列中的特定区域，能够识别并结合反式作用因子，从而调控转录的起始和效率。
反式作用因子则是一类能够调控基因转录的蛋白质，包括转录因子、辅助因子等。
随着高通量测序、染色质免疫沉淀、生物信息学等技术的发展，人们对真核生物转录调控的认识不断深化。
越来越多的转录因子、顺式作用元件以及它们之间的相互作用被揭示，为我们理解转录调控的复杂性和动态性提供了有力支持。
研究者们还发现了一些新的转录调控机制，如长非编码RNA、转录后修饰等，这些新发现为转录调控研究提供了新的视角和思路。
真核生物转录调控的研究仍面临诸多挑战。
转录调控网络的复杂性使得我们难以全面理解其工作原理；不同组织、不同发育阶段以及不同环境条件下的转录调控机制可能存在差异，这使得研究更加复杂和困难。
未来真核生物转录调控的研究需要更加深入地探索其内在机制，并结合实际应用，为疾病治疗、生物育种等领域提供新的思路和方法。
1. 真核生物转录调控的重要性真核生物转录调控是生命活动中至关重要的一个环节，它决定了基因表达的时间、地点和程度，进而影响了生物体的生长、发育和代谢等各个方面。
在真核生物中，基因表达的调控主要发生在转录水平，通过转录因子、辅助因子和RNA聚合酶等复杂的相互作用来实现。
深入研究真核生物转录调控机制，不仅有助于我们理解生命活动的本质，也为疾病的治疗和生物技术的应用提供了重要的理论基础。
真核生物转录调控在发育过程中起着关键作用。
在生物体的发育过程中，不同组织和器官的形成需要特定基因的精确表达。
分子生物学题库
分子生物学题库分子生物学备选考题1.功能基因组学是研究基因组中基因和非编码区域的功能及其相互作用的学科。
它包括基因组注释、基因调控网络、蛋白质互作网络等方面的研究。
2.分子生物学是研究生命分子结构、功能和相互作用的学科。
它包括DNA、RNA、蛋白质等分子的结构和功能、基因表达调控、信号转导等方面的研究。
3.表观遗传学是研究不涉及DNA序列改变的遗传信息传递的学科。
它包括DNA甲基化、组蛋白修饰等方面的研究。
4.C值矛盾是指不同物种的基因组大小差异。
它与基因数量和复杂性之间的关系及其演化的研究密切相关。
5.基因簇是指在基因组中相邻排列的多个基因。
它们可能具有相似的功能或参与相同的生物过程。
6.间隔基因是指在基因转录和翻译过程中起调节作用的非编码RNA。
7.基因芯片是一种高通量的生物芯片，可用于检测基因表达水平、DNA序列变异等。
8.基序（Motifs）是指在DNA或蛋白质序列中出现频率较高的短序列。
它们可能是基因调控元件、蛋白质结构域等。
9.CpG岛是指在基因组中富含CpG二核苷酸的区域。
它们在基因表达调控等方面具有重要作用。
10.染色体重建是指在染色体水平上研究基因组结构和演化的方法。
11.Telomerase是一种酶，可在染色体末端维持端粒的长度，防止染色体缩短和衰老。
12.足迹分析实验是一种研究DNA结合蛋白与DNA相互作用的方法。
13.RNA editing是指在RNA转录后修饰RNA序列的过程。
14.RNA干涉（RNA interference）是一种基因沉默技术，可通过RNA分子的干扰作用抑制特定基因的表达。
15.反义RNA是指与目标RNA序列互补的RNA分子，可通过RNA干涉等方式抑制目标基因的表达。
16.启动子（Promoter）是指在基因转录起始位点上游的DNA序列，能够结合转录因子并启动基因转录。
17.SD序列(SD sequence)是指细菌中16S rRNA的5'端序列，可与核糖体结合并参与蛋白质合成。
蛋白基因的顺式作用元件
蛋白基因的顺式作用元件蛋白基因是指编码蛋白质的基因，它们是生物体中功能最重要的分子之一。
顺式作用元件则是指在基因组DNA序列中起调控基因表达作用的非编码区域。
这些元件可以通过与转录因子结合来影响基因的转录活性，从而调控蛋白质的合成。
蛋白基因的顺式作用元件可以分为启动子、增强子和转录因子结合位点等几类。
启动子位于基因的上游区域，是转录开始的起点。
在启动子的附近，通常存在着转录因子结合位点，转录因子可以结合到这些位点上，进而调控基因的转录活性。
增强子则位于基因的远端区域，它可以通过与转录因子及其他调控分子的相互作用来增强基因的转录活性。
顺式作用元件的调控作用是非常复杂的，它们能够实现在不同组织和不同发育阶段中基因的精确调控。
这种调控可以使得同一基因在不同细胞类型中表达量的差异化，从而实现细胞分化和组织发育。
此外，顺式作用元件还可以响应外界环境的变化，调控基因的表达来适应环境的需要。
在顺式作用元件的调控过程中，转录因子起着非常重要的作用。
转录因子是一类能够结合到DNA上特定序列的蛋白质，它们可以通过与顺式作用元件结合来调控基因的转录活性。
转录因子的结合位点通常具有一定的保守性，这使得它们能够识别并结合到特定的DNA序列上。
不同的转录因子可以结合到不同的顺式作用元件上，从而实现基因的精确调控。
除了转录因子的作用，染色质结构和修饰也对顺式作用元件的调控起着重要作用。
染色质是DNA与蛋白质组成的复合体，它可以通过染色质修饰来调节基因的表达。
例如，乙酰化和甲基化等化学修饰可以改变染色质的结构，从而影响顺式作用元件的可及性和转录因子的结合。
最近的研究表明，顺式作用元件在基因组中的分布是非常不均匀的。
一些顺式作用元件在整个基因组中广泛存在，而另一些则在特定的基因或基因组区域中起作用。
这种不均匀分布可能与基因在进化过程中的保守性和可塑性有关。
蛋白基因的顺式作用元件在基因表达调控中起着至关重要的作用。
它们能够通过与转录因子和其他调控分子的相互作用来精确调控基因的转录活性，从而实现基因的表达差异化和适应环境的需要。
毛竹ABCG基因鉴定及其表达模式研究
核农学报2023，37（5）：0917~0926Journal of Nuclear Agricultural Sciences毛竹ABCG基因鉴定及其表达模式研究李紫阳杨克彬朱成磊刘燕郭栋肖晓燕高志民 *（国际竹藤中心竹藤资源基因科学与基因产业化研究所，国家林业和草原局/北京市共建竹藤科学与技术重点实验室，北京100102）摘要：ATP结合盒转运蛋白G亚家族（ABCG）在植物体内的物质运输过程中发挥着重要作用。
为探究毛竹（Phyllostachys edulis）中ABCG s的分子特征、表达模式及转录因子对PeABCG15的调控关系，本研究利用生物信息学方法鉴定毛竹ABCG基因家族成员，对其基因结构、编码蛋白的理化性质和系统进化等进行系统分析，通过实时荧光定量PCR（qRT-PCR）技术对毛竹ABCG基因表达模式进行研究，借助酵母单杂交验证转录因子与ABCG基因的调控关系。
结果表明，在毛竹基因组中共鉴定到77个ABCG基因（PeABCG1~PeABCG77），其启动子中含有多种激素和非生物胁迫响应元件，其中脱落酸响应元件ABRE 最多，出现在74个基因的启动子中。
系统进化分析发现，PeABCGs分为白棕色复合体（WBC）和多效性耐药复合体（PDR）两个亚组，与水稻的亲缘关系较近。
qRT-PCR结果显示，在脱落酸（ABA）处理后，7个与ABA运输相关的PeABCG s中有6个呈上调表达趋势，而未检测到PeABCG34表达；在低温处理条件下，7个PeABCG s均受到诱导表达；在干旱处理条件下，有2个PeABCG s的表达受到抑制，其余基因的表达均受到不同程度的诱导。
另外，随着竹笋木质化程度增加，PeABCG15呈持续上调表达趋势，并与木质素合成调控转录因子基因PeKNAT3和PeMYB42的表达趋势一致。
酵母单杂交试验证实，PeKNAT3和PeMYB42均能与PeABCG15的启动子结合。
由此表明，PeABCG s参与毛竹抗逆可能存在ABA介导和非介导两种方式，其中PeABCG15受ABA诱导，且可能通过促进木质素合成参与毛竹抗逆。
顺式作用元件名词解释生物化学
顺式作用元件名词解释生物化学1. 什么是顺式作用元件？哎，说到顺式作用元件，听起来像是某种高科技的设备，实际上它在生物学中可是个大明星！别被它的名字吓到，顺式作用元件其实是指那些在基因里起着重要作用的小“开关”。
想象一下，你的基因就像一本厚厚的食谱，而这些顺式作用元件就像是食谱上的特别备注，告诉厨师（也就是细胞）什么时间、用什么材料、怎么做。
简单点儿说，就是它们能控制基因的开和关，决定基因何时发挥作用，何时又该闭嘴。
2. 顺式作用元件的角色2.1 控制基因表达首先，顺式作用元件的主要作用是控制基因表达。
这就好比你在写作业时的“计划表”，它帮你决定什么时候写、什么时候休息，保证你在对的时间做对的事。
顺式作用元件坐在基因的附近，像个严厉的教练，时时刻刻在监督基因的表现。
如果顺式作用元件发号施令基因就“工作”，反之则“罢工”，从而影响细胞的功能和行为。
这就像是你有一个超级管家的工作计划，确保家里的每件事都井井有条。
2.2 调节基因活性顺式作用元件不仅仅是开关，它们还像是调音师，负责调节基因的“音量”。
有时候，你需要一个基因“嗓门大一点”，有时候则要“低调点”。
这种调节作用对细胞的正常运作至关重要。
如果调节得当，你的细胞就会“唱得好听”，一切运行顺利；如果调节不当，那可能会“跑调”，引发一系列问题。
3. 顺式作用元件的类型3.1 启动子（Promoter）说到顺式作用元件，我们不能不提启动子。
启动子就像是基因的“启动按钮”。
它告诉细胞什么时候该启动这个基因，就像你启动电脑时按下的按钮一样。
如果没有启动子，基因就像是无人问津的闲人，永远也不会被“启动”起来。
启动子在基因前面“站岗放哨”，确保基因在需要的时候被“点燃”。
3.2 增强子（Enhancer）接下来是增强子，这个家伙可是个神奇的角色。
增强子就像是“魔法师”，能让基因的表达变得更强更有力。
它们虽然不直接跟基因“打交道”，但却通过一种巧妙的方式来增加基因的活性。
毕赤酵母的非甲醇诱导系统研究进展
毕赤酵母的非甲醇诱导系统研究进展ZHAO Yixin;ZHANG Jianguo【摘要】毕赤酵母是一种能以甲醇为唯一碳源生长的甲基营养型酵母,常用作表达外源蛋白的细胞工厂.目前毕赤酵母常用的高效启动子AOX1(PAOX1)是一个严格的底物依赖型启动子,受甲醇的严格诱导,受葡萄糖、甘油、乙醇等非甲醇碳源抑制.但是甲醇有毒、易燃、易爆的特性使得其在食用、医用产品生产等领域受到很大的限制.本文将主要从PAOX1机制改造、新型启动子和非甲醇诱导物研发的角度阐述毕赤酵母非甲醇诱导的研究进展.【期刊名称】《工业微生物》【年(卷),期】2019(049)003【总页数】8页(P46-53)【关键词】毕赤酵母;PAOX1调控机制;新型启动子;非甲醇诱导物【作者】ZHAO Yixin;ZHANG Jianguo【作者单位】【正文语种】中文巴斯德毕赤酵母(Komagataella phaffii，曾称Pichia pastoris)是目前具有代表性的甲基营养型酵母。
其它研究较多的甲基营养型酵母还有多形汉逊酵母(Hansenula polymorpha)、博伊丁假丝酵母(Candida boidinii)、球拟酵母属(Torulopsis)。
其中毕赤酵母外源基因表达系统发展最为迅速。
巴斯德毕赤酵母最初由Guilliermond于1920年从法国栗树的分泌物中分离得到，并在之后几十年中陆续纯化得到几种分离菌株。
其中菌株NRRL Y-11430 (CBS7435)被Philips Petroleum公司开发成为单细胞蛋白表达系统[1]。
直至1995年YAMADA根据核糖体基因序列数据将巴斯德毕赤酵母重新归类为一个新属——Komagataella[2] [3]。
而且根据26S rRNA序列将巴斯德毕赤酵母分成K. pastoris、K. phaffii、K. pseudopastoris、K. poluli、K. ulmi和K. kurtzmanii等几个种[4]。
分子生物学分章复习题
一、问答题1、分子生物学研究内容有哪些？●生物大分子，即DNA、RNA、蛋白质、多糖等；●DNA的结构与功能；●RNA在蛋白质合成中的作用；●蛋白质的结构与与功能；●遗传密码及基因表达调控的本质。
分子生物学第二章一、名词解释1、C值(C value)：一种生物单倍体基因组DNA的总量；2、半保留留复制：每个子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链则是新成的，所以这种复制方式被称为DNA的半保留留复制。
3、复制子：生物体内能独立复制的单位称为复制子，即从复制起始点到终止点的区域称为复制子。
一个复制子只含一个复制起始点。
4、复制叉：复制时，复制起点呈现叉子的形式，被称作复制叉；5、前导链DNA：它的DNA合成是以5—3方向的，随着亲代双链DNA的解开而连续进行复制。
6、后随链DNA：它的DNA合成过程中，一段亲本DNA单链首先暴露出来，然后以与复制叉移动相反的方向按照5—3方向合成一系列冈崎片段，再把它们连接成完整的后随链。
7、冈崎片段：后随链DNA合成不是连续的，而是一段一段的，把这些片段称为冈崎片段。
8、转座子(transposon，Tn)：是存在于染色体DNA上可自主复制和移位的基本单位（可以位因子）9、插入序列(IS因子)很小DNA片段（约1 kb），末端具有倒置重复序列，转座时往往复制宿主靶位点一小段DNA，形成位于IS序列两端的正向重复区，它不含有任何宿主基因。
是细菌染色体或质粒DNA正常组成部分。
10、SNP（single nucleotide polymorphism）：是指基因组DNA序列中由于单个核苷酸(A，T，C和G)的突变而引起的多态性。
11、单倍型：位于染色体上某一区域的一组相关联的SNP等位位点被称作单倍型，相邻SNPs的等位位点倾向于以一个整体遗传给后代。
二、填空题1.染色体包括（DNA）和（蛋白质）两大部分。
2、真核把染色体上的蛋白质主要包括（组蛋白）和（非组蛋白）。
鱼类低温耐受机制与功能基因研究进展
鱼类低温耐受机制与功能基因研究进展刘丽丽;朱华;闫艳春;王晓雯;张蓉;朱建亚【摘要】不同鱼类适应环境温度的能力不同,这是经过长期适应和进化的结果,是遗传信息特异性表达的具化表现,也是鱼类自身生理生化性能差异的反映.当前,对低温下鱼类的生理反应已经有深入研究,同时,对鱼类适应低温环境和耐受低温胁迫的分子生物学机制的研究方兴未艾,引起研究人员的广泛兴趣.高通量测序技术成本的降低和生物信息学技术的应用,允许研究者利用组学方法研究低温胁迫下鱼类的代谢途径和分子信号通路,在生物整体水平上分析鱼类响应低温胁迫的分子机制,挖掘低温耐受功能基因.研究发现,极地鱼类在长期适应环境的过程中,基因组不断进化,通过功能基因的获得、缺失和大规模扩增,适应长期低温环境;在转录调控水平上,低温胁迫下鱼类转录表达谱既表现出多细胞动物的保守性,同时又具有明显的物种特异性和组织特异性.抗冻(糖)蛋白、分子伴侣、代谢酶类和膜通道蛋白等都参与鱼类响应低温胁迫的过程.但是,不同种类蛋白质的编码基因结构与表达、功能与应用研究不尽相同.从进化、遗传表达和表观遗传学角度分别综述鱼类低温耐受的分子机制,总结鱼类低温耐受相关功能基因,预测鱼类低温耐受机制和应用研究热点,旨在为本领域研究人员提供思路.【期刊名称】《生物技术通报》【年(卷),期】2018(034)008【总页数】8页(P50-57)【关键词】鱼类;低温胁迫;遗传进化;转录组学;低温耐受基因【作者】刘丽丽;朱华;闫艳春;王晓雯;张蓉;朱建亚【作者单位】北京市水产科学研究所渔业生物技术北京市重点实验室,北京100068;北京市水产科学研究所渔业生物技术北京市重点实验室,北京100068;中国农业科学院研究生院,北京100081;北京市水产科学研究所渔业生物技术北京市重点实验室,北京100068;北京市水产科学研究所渔业生物技术北京市重点实验室,北京100068;北京市水产科学研究所渔业生物技术北京市重点实验室,北京100068【正文语种】中文作为变温动物，鱼类广泛栖息于不同的温度环境中。
真核生物结构上游的顺式作用元件gc巽风
真核生物结构上游的顺式作用元件gc巽风真核生物是指所有含有细胞核的生物，它们的基因组由DNA序列组成，其中有一些区域可以被特定的信号调控转录，从而调控基因表达。
这些调
控序列被称为上游顺式作用元件，其中gc巽风是其中重要的一种类型。
顺式作用元件是一类DNA序列，它们位于基因的上游区域，并通过与
转录因子结合调控基因转录。
gc巽风是一种包含G+C较高的DNA序列，
并存在于真核生物的先导区域中。
它们可以用作启动子元件，帮助RNA聚
合酶和其他转录因子定位到基因的启动点，并激活相应的基因转录。
gc
巽风具有很好的保守性，因此在不同物种之间的cg巽风序列相似度非常高。
gc巽风在脊椎动物、双翅目昆虫和酵母等真核生物中都很常见。
研
究表明，在脊椎动物基因的上游区域，gc巽风的分布比随机分布要更为
密集，表明gc巽风在基因调控中发挥了重要作用。
此外，gc巽风序列通
常与基因的表达和组织特异性相关联，表明它们在细胞分化和发育中也有
重要作用。
近年来，研究人员对gc巽风的功能进行了深入的研究。
他们发现，
一些转录因子可以结合到gc巽风上，并调节基因的转录。
例如，具有gc
巽风序列的基因在神经系统中表达较高，而该区域的突变会导致基因的表
达下降，从而影响神经系统的发育和功能。
这些发现为我们深入理解gc
巽风在基因调控中的作用提供了重要的线索。
总的来说，gc巽风是真核生物中一种重要的顺式作用元件，它在基
因调控中有重要作用。
对gc巽风的深入研究将为我们更好地理解基因调
控和细胞分化提供有力支持。
小麦TaHKT家族基因的生物信息学分析
麦类作物学报 2024,44(2):147-157J o u r n a l o fT r i t i c e a eC r o ps d o i :10.7606/j.i s s n .1009-1041.2024.02.02网络出版时间:2023-12-13网络出版地址:h t t ps ://l i n k .c n k i .n e t /u r l i d /61.1359.S .20231212.1500.008小麦T a H K T 家族基因的生物信息学分析收稿日期:2023-03-06 修回日期:2023-04-25基金项目:山东省重点研发计划项目(2022L Z G 001)第一作者E -m a i l :960412723@q q .c o m (苏瑞平)通讯作者E -m a i l :c h m _q i n y x @u jn .e d u .c n (秦余香)苏瑞平1,张宝1,王玉宁1,张淑娟2,秦余香1(1.济南大学生物科学与技术学院,山东济南250022;2.山东省农业科学院作物研究所,山东济南250131)摘 要:高亲和性钾离子转运蛋白(h i g h -a f f i n i t y K +t r a n s po r t e r ,H K T )是植物体内一种非常重要的离子转运蛋白,具有运输N a +/K +的能力,在植物响应盐胁迫过程中发挥重要作用㊂为系统了解小麦T a H K T 家族基因,挖掘有效的小麦耐盐基因,本研究采用生物信息学的方法,对小麦T a H K T 家族基因进行了全基因组分析,鉴定了家族成员,构建了系统进化树,并对其跨膜结构域㊁染色体定位㊁基因结构㊁M o t i f ㊁上游顺式作用元件㊁共线性以及表达谱等进行了分析㊂结果鉴定出23个T a H K T 基因,其编码蛋白质长度为443~590a a,等电点范围8.2~10.4,跨膜结构域为6~8个㊂23个基因分布于小麦的2㊁4㊁6㊁7号染色体上,根据亲缘关系可将其分为3个亚族,同一亚族的成员具有较为相似的M o t i f 组成和基因结构㊂23个基因中,发现了4对串联重复基因,10对大片段复制基因,具有良好的共线性㊂顺式作用元件分析发现,大部分T a H K T 成员含有盐胁迫响应元件MY B ㊁G -b o x ㊁A B R E 和D R E ㊂表达谱分析发现,T a H K T 基因在小麦的16种组织中均有表达,在根㊁茎中的表达量较高,其中T r a e s C S 4D 02G 361300(I D ,下同)在根中的表达量最高㊂在盐胁迫处理后,不同成员对盐胁迫响应程度不同,T r a e s C S 7B 02G 318400在盐胁迫处理后表达量逐渐降低;T r a e s C S 2B 02G 451400和T r a e s C S 2D 02G 428200在盐胁迫处理后的表达量也明显降低;T r a e s C S 2B 02G 451800在根部几乎不表达,但在受到盐胁迫处理后表达量逐渐提高,推测它们在小麦抵御盐胁迫过程中发挥不同作用㊂关键词:小麦;T a H K T ;生物信息学;基因家族分析;盐胁迫中图分类号:S 512.1;S 330 文献标识码:A 文章编号:1009-1041(2024)02-0147-11B i o i n f o r m a t i cA n a l y s i s o f t h eT a H K TG e n eF a m i l yi n W h e a t S UR u i p i n g 1,Z H A N GB a o 1,W A N GY u n i n g 1,Z H A N GS h u j u a n 2,Q I NY u x i a n g1(1.S c h o o l o fB i o l o g i c a l S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ,U n i v e r s i t y o f J i n a n ,J i n a n ,S h a n g d o n g 250022,C h i n a ;2.C r o p Re s e a r c h I n s t i t u t e ,S h a n d o n g A c a d e m y o fA g r i c u l t u r a l S c i e n c e s ,J i n a n ,S h a n d o n g 250131,C h i n a )A b s t r a c t :T h eh i g h -a f f i n i t y K +t r a n s p o r t e r (H K T )i sav e r y i m p o r t a n ti o nt r a n s po r t e r p r o t e i ni n p l a n t s ,w i t h t h e a b i l i t y t o t r a n s p o r tN a +/K +,a n d p l a y s a c r u c i a l r o l e i n p l a n t r e s po n s e t o s a l t s t r e s s .I no r d e r t os y s t e m a t i c a l l y u n d e r s t a n dt h eT a H K T g e n e f a m i l y i n w h e a t a n de x pl o r ee f f e c t i v ew h e a t s a l t t o l e r a n c e r e l a t e d g e n e s ,i n t h i s s t u d y ,w e c o n d u c t e d a g e n o m e -w i d e a n a l y s i s o f t h i s g e n e f a m i l y ,i d e n t i f i e d t h em e m b e r s ,c o n s t r u c t e d a p h y l o g e n e t i c t r e e ,a n d a n a l yz e d t h e i r t r a n s m e m b r a n e s t r u c t u r a l d o m a i n s ,c h r o m o s o m a l l o c a l i z a t i o n ,g e n e s t r u c t u r e ,m o t i f ,u p s t r e a mc i s -a c t i n g el e m e n t s ,c o v a r i a n c e a n d e x p r e s s i o n p r o f i l e s a n a l y s i s .A s a r e s u l t ,23T a H K T g e n e f a m i l y me m b e r sh a v eb e e n i d e n t if i e d ,a l l o fw h i c h e n c o d e d p r o t e i n s r a ng i n g f r o m443t o 590a m i n o a c i d s i n l e n g th ,wi t h 8.2t o 10.4i s o e l e c -t r i c p o i n t s ,a n d 6t o 8t r a n s m e m b r a n ed o m a i n s .T a H K T g e n e sw e r ed i s t r i b u t e do nc h r o m o s o m e s 2,4,6a n d 7o fw h e a t a n d c o u l db e d i v i d e d i n t o t h r e e s u b f a m i l i e s a c c o r d i n g t o t h e i r g e n e t i c p h y l o g e n y,a n dm e m b e r s o f t h e s a m e s u b f a m i l y h a d r e l a t i v e l y s i m i l a rm o t i f c o m p o s i t i o n a n d g e n e s t r u c t u r e .F o u r p a i r s o f t a n d e mr e p e a t g e n e sa n d10p a i r so f l a r g e f r a g m e n td u pl i c a t i o n g e n e sw i t h g o o dc o v a r i a n c ew e r e f o u n da m o n g t h e23g e n e f a m i l y m e m b e r s.A n a l y s i so f c i s-a c t i n g e l e m e n t s r e v e a l e dt h a tm o s t g e n e f a m i l y m e m b e r s c o n t a i n e ds a l t s t r e s s r e s p o n s i v ec i s-e l e m e n t s:MY B,G-b o x,A B R Ea n dD R E.E x p r e s s i o n p r o f i l e a n a l y s i s r e v e a l e d t h a tT a H K T g e n e sw e r e e x p r e s s e d i n a l l16t i s s u e s o fw h e a t,e s-p e c i a l l y i n r o o t s a n ds t e m s.T r a e s C S4D02G361300s h o w e d t h eh i g h e s t e x p r e s s i o n i nt h e r o o t.A f t e r s a l t s t r e s s t r e a t m e n t,t h e e x p r e s s i o n p a t t e r n s o f d i f f e r e n t f a m i l y m e m b e r s d i f f e r e d.T h e e x p r e s s i o n o f T r a e s C S7B02G318400w a s g r a d u a l l y d e c r e a s e d;T r a e s C S2B02G451400a n d T r a e s C S2D02G428200 w e r e a l s os i g n i f i c a n t l y d e c r e a s e d;T r a e s C S2B02G451800w a sh a r d l y e x p r e s s e d i nr o o t s,b u t t h ee x-p r e s s i o n g r a d u a l l y i n c r e a s e d,i n d i c a t i n g t h e y m a y p l a y e s s e n t i a l r o l e s i nw h e a t t o l e r a n c e t o s a l t s t r e s s. K e y w o r d s:W h e a t;T a H K T;B i o i n f o r m a t i c s;G e n e f a m i l y a n a l y s i s;S a l t s t r e s s土壤盐渍化已经成为全球重大的农业问题,威胁着农业㊁粮食和资源安全[1-2]㊂盐胁迫会造成植物离子失衡和渗透胁迫,影响其光合作用㊁蛋白质㊁脂质合成等代谢系统,过度的盐碱化甚至导致植株死亡,显著降低作物产量[3-7]㊂小麦(T r i t i c-u ma e s t i v u m L.)是世界上近三分之一人口的主食,盐胁迫严重影响其产量㊂研究小麦耐盐相关基因,了解其响应盐胁迫的分子调控机制,对小麦耐盐优良种质资源的筛选与利用具有重要的意义㊂高盐度通常以高N a+含量为主,当N a+浓度达到某个阈值时,会引发离子毒性[8]㊂K+可以调节钠离子的转移和运输,细胞和整个植株的N a+和K+比例与植物耐盐性关系密切[9]㊂高亲和性钾离子转运蛋白(h i g h-a f f i n i t y K+t r a n s p o r t e r, H K T)是植物体内非常重要的离子转运蛋白,在植物体应对盐胁迫的过程中具有关键作用[10]㊂H K T蛋白属于钾转运蛋白T r K超家族成员,具有典型的T r k H保守结构域[11]㊂H K T蛋白一般都含有8个跨膜结构域和4个保守孔状P-L o o p,每2个跨膜结构域和1个P-L o o p组成1个M P M跨膜基序,因此H K T蛋白共含有4个M P M跨膜基序[12]㊂H K T蛋白可以分为H K T1和H K T2两类,因为结构不同其功能有一定差异[13]㊂H K T1只介导转运N a+;H K T2既可以进行N a+-K+的协同转运,也可以进行N a+或K+的单向转运[9,14]㊂植物中的H K T1蛋白主要定位于根中柱木质部薄壁细胞的质膜[15],可以使N a+从木质部转运至其周围的薄壁细胞中,限制N a+向地上部分运输,以此来调节植物体内的N a+/K+比,使植物的地上部分在盐胁迫下也能维持低钠高钾,从而保证植物光合作用等生理活动的正常进行[9,16]㊂目前,在小麦中已发现3个耐盐主效Q T L,分别为N a x1㊁N a x2和K n a1[17],N a x1和N a x2为来源于一粒小麦中的T mHK T1;4和T mHK T1;5,K n a1为T a HK T1;5-D(编码H K T8),但T mHK T1;5定位于5A L染色体组, T a HK T1;5定位在4D L染色体组[14,18]㊂它们均可将N a+从木质部转运到周围薄壁细胞中,以减少小麦地上部N a+的含量,使叶片中保持低N a+/K+比㊂研究发现,在敲除小麦基因T a H-K T2;1后,其组织细胞内的N a+浓度明显降低,说明降低H K T2;1表达量可以减少N a+的摄入量[19]㊂上述研究结果表明,H K T在小麦抵御盐胁迫过程中发挥了至关重要的作用㊂H K T广泛存在于高等植物中㊂目前,只对棉花和水稻的H K T基因家族进行了全基因组水平的系统分析[20],而在小麦中除了T a HK T2;1和T a HK T1;5外,鲜有对H K T家族基因中其他成员的报道,更没有对小麦H K T家族基因在全基因组水平上的系统分析㊂本研究拟采用生物信息学的方法,在全基因组水平对小麦T a H K T家族基因进行系统分析,为进一步研究小麦T a H K T 家族基因的功能及筛选小麦耐盐T a H K T基因提供参考㊂1材料与方法1.1数据来源从E n s e m b l P l a n t s数据库中下载小麦(T r i t i c u ma e s t i v u m)㊁水稻(O r y z as a t i v a)㊁玉米(Z e am a y s)㊁拟南芥(A r a b i d o p s i s t h a l i a n a)㊁葡萄(V i t i s v i n i f e r a)㊁蓖麻(R i c i n u s c o mm u n i s)㊁甘薯(I p o m o e ab a t a t a s)和木龙葵(S o l a n u m s c a-b r u m)的相关数据,主要包括全基因组序列㊁C D S 序列㊁全蛋白质序列以及基因组注释信息㊂结合所查阅的文献在N C B I上搜索小麦H K T8蛋白的氨基酸序列;将搜索到的序列提交到HMM数㊃841㊃麦类作物学报第44卷据库中,得到H K T家族的P f a m号:P F02386;在P f a m数据库中下载其隐马尔可夫模型㊂1.2小麦T a H K T家族基因的鉴定根据H K T家族的隐马尔可夫模型进行HMM搜索,并进行C l u s t a l W多序列比对,创建小麦T a H K T家族基因特异性的隐马尔可夫模型,进行二次HMM搜索,筛选出E值<0.001的基因,将其对应的蛋白序列提交至P f a m㊁N C B I 和S MA R T三大数据库中进行再次确认,去除不含H K T结构域或可信度较低的成员,得到最终确认的小麦T a H K T基因家族成员㊂1.3H K T家族成员系统进化分析利用MA G A7软件中的C l u s t a l W对小麦㊁水稻㊁玉米㊁拟南芥㊁葡萄㊁蓖麻㊁甘薯及木龙葵8个物种H K T蛋白序列进行多序列比对;选择邻位归并法(N e i g h b o r-J o i n i n g)构建系统进化树, B o o t s t r a p校验参数为1000次,通过在线网站e v o l v i e w对进化树进行美化[21]㊂1.4小麦T a H K T家族基因序列分析使用M E M E-v4.12.0进行M o t i f分析,利用T B t o o l s软件进行绘图;提取1.2中得到的家族成员外显子㊁内含子㊁C D S和U T R的位置信息,使用G S D S9绘制基因结构图[22]㊂使用p e r l脚本对小麦中T a HK T蛋白的长度㊁等电点及分子量进行预测;在网站E x P A S y-P r o t P a r a m对其不稳定指数㊁脂肪系数及总亲水性指数进行预测[23];在网站C E L L O进行亚细胞定位预测;在D e e p T MHMM进行跨膜结构域预测㊂1.5小麦T a H K T基因染色体定位及共线性分析提取小麦T a H K T基因在染色体上的位置信息和小麦染色体的长度信息,保存为f a i格式文件,将整理好的数据提交到MA P C h a r t绘制T a H K T基因定位到染色体上的图㊂利用M C S-c a n X,在默认参数下分析T a H K T在小麦基因组中的串联重复基因;利用T B t o o l s分析小麦基因组内及小麦与粗山羊草㊁四倍体硬粒小麦㊁水稻和玉米之间的共线性并用C i r c o s绘制共线性图谱㊂提取上述串联重复基因对的C D S序列,进行C l u s t a l W比对,并计算每一对串联重复基因的非同义替换率(K a)和同义替换率(K s)比值进行选择压力分析[24],K a/K s>1㊁=1和<1分别表示正向选择㊁中性选择和纯化选择㊂1.6小麦T a H K T基因上游顺式作用元件分析从小麦基因组序列中提取T a H K T基因上游1500b p的启动子序列,利用在线网站P l a n t-C A R E分析顺式作用元件[25],再用G S D S9在线网站进行绘图㊂1.7小麦T a H K T基因在不同组织及盐胁迫下的表达分析在E x p V I P网站得到小麦T a HK T基因在不同组织中的表达情况;在G e n ev e s t i g a t o r软件中添加已确定的小麦T a H K T基因的I D,并对数据进行S a l t S t r e s s筛选;查找中国春(C h i n e s e S p r i n g)和青麦6号(Q i n g m a i6)H K T基因在盐胁迫下的表达情况,在T B t o o l s中绘制表达热图㊂2结果与分析2.1小麦T a H K T家族基因分析在小麦基因组中共鉴定到了23个T a H K T 基因家族成员,23个T a H K T蛋白序列长度为443~590a a;相对分子量为48.5~64.6K D a;理论等电点为8.20~10.40,即23个T a H K T蛋白均为碱性;总亲水性指数为0.120~0.496,表明均是疏水性蛋白;不稳定指数为25.74~45.29,其中不稳定指数小于40的蛋白有9个,属于稳定蛋白(表1)㊂亚细胞定位预测分析发现,23个T a H K T蛋白全部定位于质膜上,说明其发挥作用的部位可能为细胞质膜㊂跨膜结构域分析表明(图1),除了T r a e s C S2B02G451700(基因I D号,下同)编码的蛋白具有6个跨膜结构域㊁T r a e s C S2D02G428300等4个基因编码的蛋白具有7个跨膜结构域外, T r a e s C S2B02G451800等大多数基因编码的蛋白具有8个跨膜结构域,符合H K T蛋白的典型特征㊂2.2H K T家族成员系统进化分析采用邻位归并法构建了小麦与水稻㊁玉米㊁拟南芥㊁葡萄㊁蓖麻㊁甘薯及木龙葵8个物种H K T 基因家族的系统进化树(图2)㊂将8个物种共计42个H K T基因分为5个亚家族,基因T r a e s C S2B02G451700和T r a e s C S2D02G428500位于b r a n c h5,二者间的自展值为100,表明它们的同源性较高;基因T r a e s C S7D02G411300㊁T r a e s C S7A02G418600和T r a e s C S7B02G318800都位于b r a n c h1的末端,表明它们在进化中的亲缘关系较近,二者间的自展值为100,说明该分支的可信度也极高㊂在b r a n c h5中小麦基因T r a e s-C S6B02G182600㊁T r a e s C S6D02G144500与水稻基因O s02t0175000位于同一分支,表明二者之㊃941㊃第2期苏瑞平等:小麦T a H K T家族基因的生物信息学分析表1小麦T a H K T基因家族成员的基本信息T a b l e1B a s i c i n f o r m a t i o no fw h e a t T a H K T g e n e f a m i l y基因号G e n e I D染色体C h r o m o s o m e 基因位置G e n ep o s i t i o n蛋白长度P r o t e i nl e n g t h/a a分子量M o l e c u l a rw e i g h t/k D a等电点p I不稳定指数I n s t a b i l i t yi n d e x脂肪系数A l i p h a t i ci n d e x总亲水性指数G R A V Y亚细胞定位S u b c e l l u l a rl o c a t i o nT r a e s C S2A02G4306002A683567466~68357850958264.610.2441.9199.020.186P T r a e s C S2B02G4513002B644549026~64455350356362.410.0843.94100.090.222P T r a e s C S2B02G4514002B644844360~64484821157863.39.8943.1396.710.198P T r a e s C S2B02G4516002B645302238~64530603359064.410.0242.3496.390.179P T r a e s C S2B02G4517002B645307235~64531041048154.19.7045.2997.920.120P T r a e s C S2B02G4518002B645470305~64547446955661.110.1141.20101.730.272P T r a e s C S2D02G4282002D540062509~54006691056362.210.4044.34102.380.269P T r a e s C S2D02G4283002D540161984~54016607844348.69.1841.68103.660.298P T r a e s C S2D02G4284002D540190217~54019638244548.58.2040.3296.850.218P T r a e s C S2D02G4285002D540197396~54020083745751.39.2342.3096.240.139P T r a e s C S4B02G3708004B656815048~65681744451857.59.2232.89102.660.409P T r a e s C S4B02G3760004B659664756~65966689350456.28.3034.40103.210.386P T r a e s C S4D02G3613004D507965542~50796782251657.38.9129.75103.620.353P T r a e s C S6B02G1826006B204450429~20445266953259.99.1625.74103.680.269P T r a e s C S6D02G1445006D115043730~11504610053259.98.8129.26103.700.289P T r a e s C S7A02G4182007A609549041~60955080545750.38.3239.52109.370.416P T r a e s C S7A02G4185007A610433701~61043620954460.19.0339.91112.960.490P T r a e s C S7A02G4186007A610438735~61044110750856.08.9642.35109.780.449P T r a e s C S7B02G3184007B568488183~56849059854460.28.8340.37111.580.496P T r a e s C S7B02G3187007B568645776~56864779954460.29.0740.05112.650.492P T r a e s C S7B02G3188007B568650957~56865282150856.19.2941.52114.350.490P T r a e s C S7D02G4112007D530102460~53010515553158.88.9137.92111.900.496P T r a e s C S7D02G4113007D530108294~53011021850856.08.8738.93111.100.453P G R A V Y:G r a n d a v e r a g e o f h y d r o p a t h i c i t y;P:P l a s m am e m b r a n e.间的亲缘关系极近,可能由共同祖先进化而来㊂B r a n c h3中包括拟南芥㊁葡萄㊁甘薯㊁蓖麻和木龙葵的HK T基因,它们单独作为一个分支,说明其与小麦㊁玉米和水稻的亲缘关系较远㊂2.3小麦T a H K T基因序列分析T a H K T基因结构分析表明,除T r a e s C S2B-02G451800和T r a e s C S2B02G451700分别具有2个和4个外显子外,其余基因均有3个外显子(图3A)㊂对T a H K T蛋白进行保守基序分析,共发现10个M o t i f(图3B),M o t i f6㊁M o t i f4和M o t i f 7以三联体形式出现在所有蛋白中,极为保守㊂T r a e s C S2A02G430600㊁T r a e s C S2D02G428200㊁T r a e s C S2B02G451400和T r a e s C S2B02G451300具有完全相同的M o t i f,推测其具有相同功能㊂2.4小麦T a H K T基因染色体定位及共线性分析23个T a H K T基因分布于小麦的第2㊁4㊁6㊁7同源群染色体上(图4),其中第2同源群染色体上的数量最多(10个),在2B㊁2D等染色体上还发现了由多个基因聚集形成的基因簇,它们可能来自共同的祖先,并具有相同或相似的功能㊂除基因T r a e s C S6B02G182600和T r a e s C S6D02G144500位于染色体6B和6D的短臂,其他基因均位于染色体长臂靠近染色体末端的位置㊂小麦T a H K T基因间共线性分析显示(图5),有10对共线性基因(大片段复制基因),且在2号和7号染色体上共线性较好,其中位于2号染色体上的T r a e s C S2A02G430600㊁T r a e s C S2D02G428200㊁T r a e s-C S2B02G451300是三联体基因㊂此外,还发现了4对串联重复基因,K a/K s值均小于1,推测受纯化选择作用(表2)㊂为了解T a H K T基因的进化关系,分别分析了二倍体粗山羊草和四倍体硬粒小麦与六倍体小㊃051㊃麦类作物学报第44卷A :T r a e s C S 2B 02G 451700;B :T r a e sC S 2D 02G 428300;C :T r a e s C S 2B 02G 451800.图1 T a H K T 部分基因编码蛋白跨膜结构域预测分析F i g .1 A n a l y s i s o f t h e t r a n s m e m b r a n e d o m a i n p r e d i c t i o no f t h eT a H K T g e n e -e n c o d i n gpr o t e i ns A :小麦T a H K T 家族基因进化树;B :8个物种H K T 家族基因进化树;T r a e s :小麦;O s :水稻;Z m :玉米;A T :拟南芥;AMY :葡萄;B A S :甘薯;A X A :蓖麻;A L O :木龙葵㊂A :P h y l o g e n e t i c t r e e o fT a H K T g e n e f a m i l y ;B :P h y l o g e n e t i c t r e e o f t h eH K T g e n e f a m i l y f r o me i g h t s pe c i e s ;T r a e s :T r i t i c u ma e s -t i v u m ;O s :O r y z a s a t i v a ;Z m :Z e am a y s ;A T :A r a b i d o p s i s t h a l i a n a ;AMY :V i t i s v i n if e r a ;B A S :I po m o e ab a t a t a s ;A X A :R i c i n u s c o mm u n i s ;A L O :S o l a n u ms c a b r u m .图2 H K T 基因家族系统进化树F i g .2 P h y l o g e n e t i c t r e e o fH K T g e n e f a m i l y㊃151㊃第2期苏瑞平等:小麦T a H K T 家族基因的生物信息学分析A :基因结构分析;B :M o t i f 分析㊂A :G e n e s t r u c t u r e a n a l y s i s ;B :M o t i f a n a l ys i s .图3 T a H K T 基因结构和M o t i f 分析F i g .3G e n e s t r u c t u r e a n dm o t i f a n a l ys i s o fT a H KT 图4 小麦T a H K T 基因染色体定位F i g.4 C h r o m o s o m e l o c a t i o no fT a H K T g e n e s i nw h e a t 麦共线性关系及小麦与水稻和玉米之间的共线性关系(图6)㊂分别在二倍体粗山羊草㊁四倍体硬粒小麦和六倍体小麦中发现6㊁15和23个H K T 基因,且在2㊁4㊁6㊁7同源群染色体上具有较好的共线性㊂相比玉米,小麦与水稻间的共线性关系更好,说明二者的同源性较高㊂2.5 小麦T a H K T 基因上游顺式作用元件分析对小麦T a H K T 基因启动子序列分析表明,其1.5k b 上游区域含有多种顺式作用元件㊂对其与盐胁迫相关的顺式作用元件进行分析发现(图7),基因T r a e s C S 2A 02G 430600㊁T r a e s C S 2B 02G 451400和T r a e s C S 4B 02G 370800同时具有盐胁迫相关的㊃251㊃麦 类 作 物 学 报 第44卷图5小麦T a H K T基因的共线性F i g.5C o l l i n e a r i t y o fT a H K T g e n e s i nw h e a t表2T a H K T串联复制基因T a b l e2T a n d e md u p l i c a t i o n g e n e s o fT a H K T串联重复基因T a n d e md u p l i c a t i o n g e n e s K a K s K a/K s T r a e s C S2B02G451400&T r a e s C S2B02G4513000.0508890.2759130.184439 T r a e s C S2D02G428300&T r a e s C S2D02G4282000.0381070.2317270.164448 T r a e s C S7A02G418500&T r a e s C S7A02G4186000.3607361.4552100.247892 T r a e s C S7D02G411300&T r a e s C S7D02G4112000.5808252.0790100.2793764种顺式作用元件:受高盐㊁干旱胁迫诱导的顺式作用元件MY B和D R E,参与光反应和盐胁迫的顺式调节元件G-b o x,参与脱落酸反应的顺式作用元件A B R E;基因T r a e s C S2B02G451600和T r a e s C S2D02G428400除具有MY B㊁G-b o x㊁A B R E外还含有参与防御和应激反应的顺式作用元件T C-r i c h㊂顺式作用元件MY B㊁G-b o x和A B R E往往同时出现在同一基因上,推测这些基因对盐胁迫有响应㊂2.6小麦T a H K T基因在不同组织及盐胁迫下的表达分析23个小麦T a HK T基因在所选的16种组织中均有表达(图8),但表达量存在明显差异,表明这些成员在功能上存在一定分化㊂基因T r a e s C S4D02G361300主要在根(r o o t s)㊁叶轴(r a c h i s)㊁花梗(p e d u n c l e)和胚根(r a d i c l e)中表达,在根中的表达量最高;基因T r a e s C S7B02G318400主要在根(r o o t s)㊁叶鞘(l e a f s h e a t h)和胚根(r a d i c l e)中表达;基因T r a e s C S2B02G451800在各个组织中的表达量均较低;基因T r a e s C S2B02G451700在各个组织中均有较高表达,在根中的表达量最低㊂利用鉴定到的小麦T a H K T基因的I D在G e n e v e s t i g a t o r软件中得到了中国春和青麦6号在盐胁迫(150mm o l㊃L-1N a C l)处理不同时间下T a H K T基因在根组织中的表达热图(图9)㊂在盐胁迫下,T a H K T基因在两个小麦品种根部的表达模式相似,但青麦6号总体表达量略高于中国春㊂基因T r a e s C S7B02G318400在盐胁迫处理后表达量逐渐降低;基因T r a e s C S2B02G451400和㊃351㊃第2期苏瑞平等:小麦T a H K T家族基因的生物信息学分析T T :二倍体粗山羊草;T A :六倍体小麦;A E G :四倍体硬粒小麦;Z M :玉米;O S:水稻㊂T T :A o g i l o p s t a u s c h i i ;T A :T t i t i c u ma e s t i v u m ;A E G :T r i t i c u md u r u m D e s f .;Z M :Z e am a y s ;O S :O r yz a s a t i v a .图6 小麦T a H K T 基因与其他物种之间的共线性关系F i g .6 C o l l i n e a r i t y b e t w e e nw h e a t T a H K T g e n e s a n do t h e r s pe c i es 顺式作用元件用不同的彩色方框表示㊂D i f f e r e n t c o l o r e db o x e s i n d i c a t e d i f f e r e n t c i s -a c t i n g el e m e n t s i n t h e s c a l e a t b o t t o m.图7 小麦T a H K T 基因启动子区域与盐胁迫相关的顺式作用元件F i g .7 C i s -a c t i n g e l e m e n t s r e l a t e d t o s a l t s t r e s s i n t h e p r o m o t e r r e gi o no fw h e a t T a H K T g e n e s T r a e s C S 2D 02G 428200在盐胁迫处理后的表达量也有明显降低;基因T r a e s C S 2B 02G 451800在根部几乎不表达,但在受到盐胁迫处理后表达量逐渐提高,且在24h 时达到峰值㊂这些受到盐胁迫处理后表达量发生明显变化的基因,可能在小麦对盐胁迫的响应中发挥重要作用㊂3 讨论本研究在小麦基因组中鉴定出23个T a H -K T 基因,与G a r c i a d e b l ás 等[26]根据水稻HK T ㊃451㊃麦 类 作 物 学 报 第44卷R a d :胚根;C o l :胚芽鞘;S a :茎轴;R :根;L e :叶舌;P :花梗;S p :小穗;A :芒;G :颖片;L :叶;S c :种皮;F :旗叶;S h :幼苗;S t :茎;R a :叶轴;L s:叶鞘㊂R a d :R a d i c l e ;C o l :C o l e o p t i l e ;S a :S t e ma x i s ;R :R o o t ;L e :L e a f l i g u l e ;P :P e d u n c l e ;S p :S pi i k e l e t s ;A :A w n s ;G :G l u m e s ;L :L e a f ;S c :S e e d c o a t ;F :F l a gl e a f ;S h :S h o o t s ;S t :S t e m ;R a :R a c h i s ;L s :L e a f s h e a t h .图8 小麦T a H K T 基因家族成员在16种组织中的表达热图F i g .8 R e l a t i v e e x pr e s s i o n p r o f i l e s o fT a H K T g e n e s i n16t i s s u es C S :中国春;QM :青麦6号;c o n :对照;N a C l :N a C l 胁迫㊂C S :C h i n e s eS p r i n g ;QM :Q i n gm a i 6;c o n :C o n t r o l ;N a C l :N a C l s t r e s s .图9 T a H K T 基因在盐胁迫下小麦根中的表达模式F i g .9 R e l a t i v e e x pr e s s i o n p a t t e r n s o fT a H K T g e n e s i nw h e a t r o o t s u n d e r s a l t s t r e s s 基因家族推测的小麦中可能含有18个甚至更多个H K T 基因相符㊂亚细胞定位和跨膜结构域分析表明,小麦H K T 蛋白均定位在质膜上,表明该蛋白在质膜上起作用,且大多数H K T 蛋白具有8个跨膜结构域,符合H K T 蛋白的典型特征㊂对T a H K T 蛋白进行保守基序分析发现,M o t i f 6㊁M o t i f 4和M o t i f 7以及M o t i f 1和M o t i f 3在所有基因家族成员中有规律地出现,它们可能是与该家族基因功能密切相关的结构;系统进化树分析发现,在进化树上分支较近的家族成员具有相同或相似的M o t i f 组成和基因结构,推测分支较近的成员之间具有相同或相似的功能㊂㊃551㊃第2期苏瑞平等:小麦T a H K T 家族基因的生物信息学分析通过共线性分析,在基因家族成员中找到了10对共线性基因,4对串联重复基因,其K a/K s 值均小于1,表明均受纯化选择作用㊂在小麦与粗山羊草和四倍体硬粒小麦的共线性分析时发现,该基因家族在其2㊁4㊁6㊁7号染色体上共线性较好;在水稻中发现8个H K T基因,在玉米中发现3个H K T基因,且都与小麦中的H K T基因具有共线性,推测它们可能由共同的祖先进化而来㊂启动子区域的顺式作用元件在调控应激相关基因的表达中起着重要作用,且能够增加植物对非生物和生物胁迫的耐受性㊂转录因子通过与基因启动子区域中的顺式作用元件的特异性结合参与多种植物过程,包括生长㊁发育和胁迫信号传导㊂MY B转录因子结合顺式作用元件参与植物对高盐和干旱胁迫的应答;A B R E是介导A B A 依赖性信号传导的典型顺式作用元件;D R E是受高盐㊁低温和干旱胁迫诱导的顺式作用元件;G-b o x为参与光反应和盐胁迫的顺式调节元件[27-29]㊂通过分析T a H K T基因的顺式作用元件,可以进一步了解其调控机理及其可能参与的生理过程㊂本研究发现,小麦T a H K T基因启动子区域含有多种顺式作用元件,包括MY B㊁A B R E㊁D R E等响应激素和逆境胁迫元件(高盐㊁干旱),表明小麦T a H K T基因在参与逆境胁迫中可能发挥重要作用,也说明T a H K T基因的表达受多种因素调控㊂对不同小麦品种㊁不同组织部位中T a H K T 基因表达模式进行分析,发现基因T r a e s C S4D02G361300在根中表达量最高,且含有响应盐胁迫的顺式作用元件MY B㊁G-b o x和A B R E,说明其在根中的高表达可能与抵御盐胁迫有关㊂不过,在盐胁迫处理后,其表达量没有明显变化,表明其可能只是组织特异性基因而非诱导表达型基因㊂将其氨基酸序列提交到N C B I比对,发现T r a e s C S4D02G361300为已在小麦中鉴定到的T a HK T8(T a HK T1;5-D)[14,30]㊂基因T r a e s C S2B02G451800在各个组织中的表达量均较低,但受N a C l诱导表达,同源比对分析发现,其是已克隆的小麦T a HK T7(T a HK T1;4)㊂T a HK T7和T a HK T8是小麦中的两个主效耐盐基因,可在盐渍化条件下降低小麦叶片中N a+的积累[31],在盐胁迫条件下提高硬粒小麦产量[32]㊂T r a e s C S7B02G318400在根和叶鞘中表达量较高,而在叶中表达量较低,受到盐胁迫后表达量降低,经比对发现,该基因为从小麦中发现的第一个H K T基因T a HK T1(T a HK T2;1)[33],是根系中的高亲和N a+转运系统㊂这些研究结果表明,通过全基因组水平的基因家族鉴定及表达谱分析,可以很好地筛选响应某种环境条件的靶基因,预测基因的功能㊂基因T r a e s C S2B02G451700在各个组织中均有较高表达,在根中的表达量较低, T r a e s C S2B02G451700等其他家族成员在N C B I 上的记录多为根据基因组序列自动计算分析预测得到的,有待进一步实验证实㊂总之,本研究结果可为进一步研究小麦T a HK T基因的功能和作用机制提供参考㊂参考文献:[1]MU K HO P A D H Y A Y R,S A R K A RB,J A T HS,e t a l.S o i l s a-l i n i t y u n d e r c l i m a t e c h a n g e:C h a l l e n g e s f o r s u s t a i n a b l e a g r i c u l-t u r e a n d f o o ds e c u r i t y[J].J o u r n a l o f E n v i r o n m e n t a lM a n-a g e m e n t,2021,280:111736.[2]L I JG,P U LJ,H A N M F,e t a l.S o i l s a l i n i z a t i o nr e s e a r c h i nC h i n a:A d v a n c e s a n d p r o s p e c t s[J].J o u r n a l o f G e o g r a p h i c a l S c i e n c e s,2014,24:943[3]胡涛,张鸽香,郑福超,等.植物盐胁迫响应的研究进展[J].分子植物育种,2018,16(9):3006.HU T,Z H A N GGX,Z H E N GFC,e t a l.R e s e a r c h p r o g r e s s i n p l a n ts a l ts t r e s sr e s p o n s e[J].M o l e c u l a r P l a n t B r e e d i n g, 2018,16(9):3006.[4]L I A N G W J,MA X L,WA N P,e ta l.P l a n ts a l t-t o l e r a n c e m e c h a n i s m:Ar e v i e w[J].B i o c h e m i c a la n d B i o p h y s i c a lR e-s e a r c hC o mm u n i c a t i o n s,2018,495(1):287.[5]K A T I Y A R-A G A RWA LS,Z HUJ,K I M K,e t a l.T h e p l a s m a m e m b r a n eN a+/H+a n t i p o r t e r S O S1i n t e r a c t sw i t hR C D1a n d f u n c t i o n s i no x i d a t i v es t r e s st o l e r a n c ei n A r a b i d o p s i s[J].P r o c e e d i n g s o f t h eN a t i o n a lA c a d e m y o f S c i e n c e s o f t h eU-n i t e dS t a t e s o f Am e r i c a,2006,103(49):18816.[6]Z H A OSS,Z H A N GQK,L I U M Y,e t a l.R e g u l a t i o n o f p l a n t r e s p o n s e s t o s a l t s t r e s s[J].I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f M o l e c u-l a rS c i e n c e s,2021,22(9):4609.[7]T A N V E E R M,S H A H A N.A n i n s i g h t i n t o s a l t s t r e s s t o l e r-a n c em e c h a n i s m s o f C h e n o p o d i u m a lb u m[J].E n v i r o n m e n t a l Sc i e n c e a n dP o l l u t i o nR e s e a r c h,2017,24(19):16531. [8]H A U S E R F,H O R I E T.Ac o n s e r v ed p r i m a r y s a l t t o le r a n c e m e c h a n i s m m e d i a t e db y H K Tt r a n s p o r t e r s:A m e c h a n i s mf o r s o d i u me x c l u s i o n a n dm a i n t e n a n c e o f h ig hK(+)/N a(+)r a-t i o i n l e a v e sd u r i n g s a l i n i t y s t r e s s[J].P l a n t,C e l l&E n v i-r o n m e n t,2010,33(4):553.[9]HAMAMO T OS,H O R I E T,H A U S E RF,e t a l.H K Tt r a n s-p o r t e r sm e d i a t e s a l t s t r e s s r e s i s t a n c e i n p l a n t s:F r o ms t r u c t u r e a n d f u n c t i o n t o t h e f i e l d[J].C u r r e n tO p i n i o n i nB i o t e c h n o l o-g y,2015,32:113.[10]M I A N A,O OM E N RJFJ,I S A Y E N K O VS,e t a l.O v e r-e x-㊃651㊃麦类作物学报第44卷p r e s s i o no f a n N a+-a n dK+-p e r m e a b l e H K Tt r a n s p o r t e r i n b a r l e y i m p r o v e s s a l t t o l e r a n c e[J].T h eP l a n tJ o u r n a l:f o rC e l l a n d M o l e c u l a rB i o l o g y,2011,68(3):469.[11]C O R R A T GÉ-F A I L L I E C,J A B N O U N E M,Z I MM E R-MA N NS,e ta l.P o t a s s i u m a n ds o d i u mt r a n s p o r t i nn o n-a n i m a l c e l l s:T h eT r k/K t r/H K Tt r a n s p o r t e r f a m i l y[J].C e l l u l a r a n d M o l e c u l a rL i f eS c i e n c e s,2010,67(15):2530.[12]王甜甜,郝怀庆,冯雪,等.植物H K T蛋白耐盐机制研究进展[J].植物学报,2018,53(5):710.WA N G T T,HA O H Q,F E N G X,e t a l.R e s e a r c ha d v a n c e s i n t h ef u n c t i o no f t h eh i g h-a f f i n i t y K+t r a n s p o r t e r(H K T) p r o t e i n s a n d p l a n ts a l tt o l e r a n c e[J].C h i n e s e B u l l e t i no fB o t a n y,2018,53(5):710.[13]R I E D E L S B E R G E R J,M I L L E R J K,V A L D E B E N I T O-MA T U R A N A B,e ta l.P l a n t H K Tc h a n n e l s:A nu p d a t e d v i e wo ns t r u c t u r e,f u n c t i o na n d g e n e r e g u l a t i o n[J].I n t e r-n a t i o n a l J o u r n a l o f M o l e c u l a r S c i e n c e s,2021,22(4):1892.[14]B Y R TCS,X UB,K R I S HN A N M,e t a l.T h eN a(+)t r a n s-p o r t e r,T a H K T1;5-D,l i m i t ss h o o tN a(+)a c c u m u l a t i o n i n b r e a dw h e a t[J].T h eP l a n tJ o u r n a l:f o rC e l la n d M o l e c u-l a rB i o l o g y,2014,80(3):517.[15]Z HA N GSC,T O N GYX,L IYJ,e t a l.G e n o m e-w i d e i d e n t i-f i c a t i o no f t h e HK Tg e n e s i nf i v eR o s a c e a es p e c i e sa n de x-p r e s s i o na n a l y s i s o f HK T g e n e s i n r e s p o n s e t o s a l t-s t r e s s i nF r a g a r i av e s c a[J].G e n e s&G e n o m i c s,2019,41(3):326.[16]MU N N S R,T E S T E R M.M e c h a n i s m so fs a l i n i t y t o l e r a n c e [J].A n n u a lR e v i e wo f P l a n tB i o l o g y,2008,59:651.[17]L IH Y,X U GZ,Y A N GC,e t a l.G e n o m e-w i d e i d e n t i f i c a t i o na n de x p r e s s i o na n a l y s i so f H K Tt r a n s c r i p t i o nf a c t o ru n d e r s a l t s t r e s s i n n i n e p l a n t s p e c i e s[J].E c o t o x i c o l o g y a n dE n v i-r o n m e n t a l S a f e t y,2019,171:435.[18]D A V E A,A G A RWA L P,A G A RWA L P K.M e c h a n i s m o fh i g ha f f i n i t y p o t a s s i u m t r a n s p o r t e r(H K T)t o w a r d si m-p r o v e d c r o pp r o d u c t i v i t y i ns a l i n ea g r i c u l t u r a l l a n d s[J].3B i o t e c h,2022,12(2):51.[19]A R I Y A R A T HN A H C K,U L-H A Q T,C O L M E R T D,e ta l.C h a r a c t e r i z a t i o no f t h em u l t i g e n e f a m i l y T a H K T2;1i nb r e a dw h e a t a n d t h e r o l e o f g e n em e m b e r s i n p l a n tN a+a n d K+s t a t u s[J].B M CP l a n tB i o l o g y,2014,14(1):159.[20]M I S H R AS,S I N G HB,P A N D AK,e t a l.A s s o c i a t i o n o f S N Ph a p l o t y p e s o fH K T f a m i l y g e n e sw i t h s a l t t o l e r a n c e i n I n d i a n w i l d r i c e g e r m p l a s m[J].R i c e,2016,9(1):15. [21]Z HA N GJ,Q IY,WA N G L,e t a l.G e n o m i c c o m p a r i s o na n d p o p u l a t i o nd i v e r s i t y a n a l y s i s p r o v i d e i n s i g h t s i n t o t h e d o m e s-t i c a t i o n a n d i m p r o v e m e n t o f f l a x[J].i S c i e n c e,2020,23(4): 100967.[22]HU B,J I NJ,G U O A Y,e t a l.G S D S2.0:A nu p g r a d e d g e n ef e a t u r ev i s u a l i z a t i o n s e r v e r[J].B i o i n f o r m a t i c s,2015,31(8):1296.[23]W I L K I N S M R,G A S T E I G E R E,B A I R O C H A,e ta l.P r o-t e i n i d e n t i f i c a t i o na n da n a l y s i st o o l s i nt h eE x P A S y s e r v e r [J].M e t h o d s i nM o l e c u l a rB i o l o g y,1999,112:536. [24]Z HA N GZ,L I J,Z HA O X Q,e t a l.K a K s_C a l c u l a t o r:C a l c u-l a t i n g k a a n d k s t h r o u g hm o d e l s e l e c t i o n a n dm o d e l a v e r a g i n g [J].G e n o m i c s,P r o t e o m i c s&B i o i n f o r m a t i c s,2006,4(4): 259.[25]L E S C O T M,DÉH A I SP,T H I J SG,e t a l.P l a n t C A R E,ad a-t a b a s e o f p l a n t c i s-a c t i n g r e g u l a t o r y e l e m e n t s a n d a p o r t a l t o t o o l s f o r i n s i l i c o a n a l y s i s o f p r o m o t e r s e q u e n c e s[J].N u c l e i cA c i d sR e s e a r c h,2002,30(1):326.[26]G A R C I A D E B LÁSB,S E N N M E,B AÑU E L O S M A,e t a l. S o d i u m t r a n s p o r ta n d H K T t r a n s p o r t e r s:T h er i c e m o d e l [J].T h eP l a n t J o u r n a l,2003,34(6):789.[27]E R P E NL,D E V IHS,G R O S S E RJW,e t a l.P o t e n t i a l u s e o f t h eD R E B/E R F,MY B,N A Ca n d WR K Yt r a n s c r i p t i o nf a c-t o r s t o i m p r o v e a b i o t i c a n db i o t i c s t r e s s i nt r a n s g e n i c p l a n t s [J].P l a n t C e l l,T i s s u ea n d O r g a n C u l t u r e(P C T O C), 2018,132(1):1.[28]X UZS,N IZ Y,L I U L,e ta l.C h a r a c t e r i z a t i o no f t h eT a-A I D F a g e n e e n c o d i n g aC R T/D R E-b i n d i n g f a c t o r r e s p o n s i v e t o d r o u g h t,h i g h-s a l t,a n d c o l d s t r e s s i nw h e a t[J].M o l e c u l a rG e n e t i c s a n dG e n o m i c s,2008,280(6):507.[29]MU K H E R J E E K,C H O U D HU R Y A R,G U P T A B,e ta l.A nAB R E-b i n d i n g f a c t o r,O S B Z8,i sh i g h l y e x p r e s s e d i ns a l t t o l e r a n t c u l t i v a r s t h a n i n s a l t s e n s i t i v e c u l t i v a r s o f i n d i c a r i c e [J].B M CP l a n tB i o l o g y,2006,6:18.[30]S C H A C H T MA N D P,S C H R O E D E R JI.S t r u c t u r ea n d t r a n s p o r t m e c h a n i s m o fa h i g h-a f f i n i t y p o t a s s i u m u p t a k e t r a n s p o r t e r f r o mh i g h e r p l a n t s[J].N a t u r e,1994,370:656.[31]X U B,WA T E R SS,B Y R TCS,e t a l.S t r u c t u r a l v a r i a t i o n s i n w h e a tH K T1;5u n d e r p i n d i f f e r e n c e s i nN a+t r a n s p o r t c a p a c-i t y[J].C e l l u l a ra n d M o l e c u l a rL i f eS c i e n c e s,2018,75(6): 1135.[32]J AM E SR A,B L A K E C,B Y R T CS,e ta l.M a j o r g e n e s f o r N a+e x c l u s i o n,N a x1a n dN a x2(w h e a tH K T1;4a n dH K T1;5),d e c r e a s eN a+a c c u m u l a t i o n i nb r e a dw h e a t l e a v e su n d e r s a l i n e a n dw a t e r l o g g e dc o n d i t i o n s[J].J o u r n a lo f E x p e r i-m e n t a lB o t a n y,2011,62(8):2940.[33]MU N N SR,J AM E SR A,X U B,e t a l.W h e a t g r a i n y i e l do n s a l i n e s o i l s i s i m p r o v e d b y a n a n c e s t r a lN a+t r a n s p o r t e r g e n e [J].N a t u r eB i o t e c h n o l o g y,2012,30:363.㊃751㊃第2期苏瑞平等:小麦T a H K T家族基因的生物信息学分析。
分子生物学与分子生物学实验技术大纲
分⼦⽣物学与分⼦⽣物学实验技术⼤纲⼀、绪论1、分⼦⽣物学研究对象：⽣物⼤分⼦的结构（主要是遗传⼤分⼦和功能⼤分⼦）、⽣物⼤分⼦在遗传信息和细胞信息传递中的作⽤2、分⼦⽣物学检验技术的分析对象：病原⽣物基因、基因变异、基因多态性第⼀节真核基因与基因组⼀、真核基因的基本结构1、真核基因结构不连续，为断裂基因2、外显⼦：在基因序列中，出现在成熟mRNA分⼦上的序列3、内含⼦：外显⼦之间，与mRNA剪接过程中被删除部分相对应的间隔序列。
⼆、基因编码区编码多肽链和特定的RNA分⼦1、DNA碱基序列决定特定的成熟RNA分⼦的序列三、调控序列参与真核基因表达调控1、基因的调控区（顺式作⽤元件）：位于基因转录区前后，对基因表达其调控作⽤的区域，因其是紧邻的DNA序列，⼜称旁侧序列。
第⼆节真核基因组的结构与功能基因组：细胞或⽣物体的⼀套完整单倍体遗传物质的总和。
⼀、真核基因组具有独特的结构⼆、真核基因组中存在⼤量重复序列⾼度重复序列、中度重复序列、低重复序列或单拷贝序列三、真核基因组中存在⼤量的多基因家族与假基因1、多基因家族：指由某⼀祖先基因经过重复和变异所产⽣的⼀组在结构上相似、功能相关的基因2、超家族基因：DNA序列相似，但功能不⼀定相关的若⼲个单拷贝基因或若⼲组基因家族总称3、假基因：基因组中存在⼀段与正常基因⾮常相似但不能表达的DNA序列，以来表⽰四、线粒体DNA结构有别于染⾊体DNA五、⼈类基因组有两万多个基因1、基因组⼤⼩⽤C值表⽰，C值⼤⼩基本上反映⽣物进化程度的差异。
2、C值佯谬：⽣物体的进化程度与基因组⼤⼩之间不完全成⽐例的现象六、⼈的基因在染⾊体上的分布特征⾮均匀分布，存在物基因的沙漠区⼆、DNA复制复制：遗传信息从亲代DNA传递到⼦代DNA上复制的三⼤特征：DNA复制从固定的起始位点开始、绝⼤多数DNA复制的双向的、半保留半不连续复制第⼀节复制的基本规律⼀、半保留复制是DNA复制的基本特征1、半保留复制：⼦代DNA双链中的⼀条链来⾃母链，另⼀条链重新合成2、半保留复制意义：遗传稳定性的分⼦机制⼆、DNA复制从起始点向两个⽅向延伸形成双向复制1、原核⽣物复制时，DNA从起始点向两个⽅向解链，形成两个延伸⽅向相反的复制叉，称双向复制2、真核⽣物染⾊体上有多个起始点，是多复制⼦的复制复制⼦：习惯把两个相邻起始点之间的距离定为⼀个复制⼦，是独⽴完成复制的功能单位三、DNA⼀⼦链复制的⽅向与解链⽅向相反，导致半不连续复制1、领头链：顺着解链⽅向⽣成的⼦链，复制是连续进⾏的2、随从链：复制⽅向与解链⽅向相反，不能顺着解链⽅向连续延长，复制是不连续的3、冈崎⽚段：随从链复制中的不连续⽚段4、半不连续性：领头链连续复制⽽随从链不连续复制第⼆节复制的酶学与拓扑学变化⼀、核⽢酸与核苷酸之间⽣成磷酸⼆酯键是复制的基本化学反应⼆、DNA聚合酶催化核苷酸之间的聚合1、DNA聚合酶活性：5'→ 3'的聚合活性、核酸外切酶活性（5'→ 3'外切酶活性：切除引物，切除突变⽚段；3′→5′外切酶活性：能辨认错配的碱基对，并将其⽔解）2、DNA聚合酶：原核⽣物：DNApolⅠ、Ⅱ、Ⅲ；真核⽣物：DNA-pol α、β、γ、δ、ε…3、DNA-polⅠ：对复制中的错误进⾏校读，对复制和修复中出现的空隙进⾏填补4、DNA-polⅡ：发⽣突变，依然能存活，参与DNA损伤的应急状态修复5、DNA-polⅢ：是原核⽣物复制延长中真正起催化作⽤的酶三、核酸外切酶的校读活性和碱基选择功能是复制保真性的酶学依据四、复制中的分⼦解链伴有DNA分⼦拓扑学变化1、解螺旋酶：断裂互补碱基间的氢键，使DNA成单链2、拓扑异构酶：既能⽔解⼜能连接磷酸⼆酯键；TopoⅠ：不需ATP，切割双链DNA中的⼀链，使DNA松弛后, 连接切⼝TopoⅡ：切割DNA双链，此时不需ATP；尔后由ATP供能，使DNA分⼦成负超螺旋再连接切⼝3、单链DNA结合蛋⽩：防⽌单链DNA重新形成双链，防⽌单链DNA被核酸酶⽔解4、引物酶：催化RNA引物合成的酶5、引发体：包括解螺旋酶、DnaC、引物酶及DNA复制的起始区域五、 DNA连接酶连接DNA双链中的单链缺⼝1、DNA连接酶：催化DNA双链的3’羟基和相邻的5’磷酸基团形成磷酸⼆酯键，从⽽把两段相邻的DNA链连成完整的链第三节原核⽣物的DNA⽣物合成⼀、复制起始：DNA解链形成引发体1、DNA解链成单链由特定蛋⽩质识别复制起始位点，在解螺旋酶、TOPO酶及单链DNA结合蛋⽩的共同作⽤下，DNA解链，解旋，形成复制叉2、引发体的⽣成解螺旋酶解开双链后引物酶进⼊形成引发体3. RNA引物的合成⼆、复制延长：领头链连续复制，随从链不连续复制引物合成后，由DNA polⅢ（在真核细胞为DNA聚合酶δ和α)催化，按碱基配对原则，将dNTP 逐⼀添加到引物3'末端，形成磷酸⼆酯键，使新合成的链不断延长三、复制终⽌：切除引物、填补空缺、连接切⼝1. 原核⽣物DNA为环状，双向复制的汇合点就是复制终⽌点。
基因表达研究技术
1、基因表达系列分析技术（Serial Analysis of Gene Expression，SAGE）是以DNA序列测定为基础分析全基因组表达模式的技术。
任何长度超过9-10个碱基的核苷酸片段都可能代表一种特异性的转录产物，因此，根据某个序列占总标签数的比例可分析所对应基因的表达频率。
2、原位杂交(In Situ Hybridization，ISH)是用标记的核酸探针，经放射自显影或非放射检测体系，在组织、细胞、间期核及染色体上对核酸进行定位和相对定量研究的一种手段，分为RNA原位杂交和染色体原位杂交。
3、RNA原位杂交：用放射性或非放射性（如地高辛、生物素等）标记的特异性探针与被固定的组织切片反应，若细胞中存在与探针互补的mRNA分子，两者杂交产生双链RNA，可通过放射性标记或经酶促免疫显色，对该基因的表达产物做出定性定量分析。
4、荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization，FISH).首先对寡核苷酸探针做特殊的修饰和标记，然后用原位杂交法与靶染色体或DNA上特定的序列结合，再通过与荧光素分子相耦联的单克隆抗体来确定该DNA序列在染色体上的位置。
5、基因定点突变(site-directedmutagenesis).通过改变基因特定位点核苷酸序列来改变所编码的氨基酸序列，用于研究某个（些）氨基酸残基对蛋白质的结构、催化活性以及结合配体能力的影响，也可用于改造DNA调控元件特征序列、修饰表达载体、引入新的酶切位点等。
6、基因敲除（gene knock-out）又称基因打靶，通过外源DNA与染色体DNA之间的同源重组，进行精确的定点修饰和基因改造，具有专一性强、染色体DNA可与目的片段共同稳定遗传等特点。
7、基因敲除分为：完全基因敲除：是指通过同源重组法完全消除细胞或者动物个体中的靶基因活性条件型基因敲除：（又称不完全基因敲除），是指通过定位重组系统实现特定时间和空间的基因敲除。
tacgtg顺式作用元件
tacgtg顺式作用元件TACGTG顺式作用元件简介一、引言DNA是生物体内最基本的遗传物质，由四种碱基（腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶）组成。
这些碱基按照一定的顺序排列，构成了基因序列。
而TACGTG顺式作用元件是DNA序列中的一种重要元素，本文将对该元件进行详细介绍。
二、什么是TACGTG顺式作用元件TACGTG顺式作用元件是一种在基因组中广泛存在的特定DNA序列，它在基因调控中起着重要的作用。
这种元件通常由六个碱基组成，具体的序列为TACGTG。
它位于基因的启动子区域，能够与转录因子结合，调控基因的转录活性。
三、TACGTG顺式作用元件的功能TACGTG顺式作用元件在基因调控中具有多种功能。
首先，它能够作为转录因子结合位点，与特定的转录因子结合，并促进或抑制基因的转录。
这种结合过程可以调节基因的表达水平，从而影响细胞的功能和表型。
TACGTG顺式作用元件还可以作为启动子元件，参与基因的启动过程。
当转录因子与TACGTG序列结合后，可以吸引RNA聚合酶的结合，从而启动基因的转录。
这个过程是基因表达的第一步，对于细胞功能的发挥至关重要。
TACGTG顺式作用元件还可以通过与其他调控序列相互作用，形成复杂的调控网络。
在这种网络中，不同的顺式作用元件可以相互影响，共同调节基因的表达。
这种复杂的调控网络可以实现对基因表达的精细调控，从而适应不同的生理和环境条件。
四、TACGTG顺式作用元件的研究方法研究TACGTG顺式作用元件的功能和调控机制需要使用一系列实验方法。
其中，一种常用的方法是电泳迁移实验（electrophoretic mobility shift assay，EMSA）。
这个实验可以通过观察DNA与转录因子的结合情况，判断TACGTG顺式作用元件的结合能力和亲和力。
还可以利用基因组学方法，如染色质免疫共沉淀（ChIP）和高通量测序（high-throughput sequencing），来鉴定TACGTG顺式作用元件在基因组中的分布和调控目标基因。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（5）增强子一般都具有组织和细胞特异性； （6）增强子在DNA双链中没有5’与3’固定的方向性； （7）增强子可远离转录起始点，通常在 1～4 kb（个别情况可达30 kb）
外起作用； （8）增强子的活性与其在DNA双螺旋结构中的空间方向性有关。另外，
许多增强子还受到外部信号的调控，如金属硫蛋白基因的增强子就可 对环境中的锌、镉浓度作出反应。
上游启动子元件（UPE)：包括通常位于-70bp附近的CAAT盒、GC盒 等，能通过TFⅡD复合物调节转录起始的频率，提高转录效率。
增强子(enhancer)
指能够提高转录效率、远距离调控基因转录的上 游DNA序列,它间接的把信号从激活因子传到转录 蛋白。
特点：
（1）它能通过启动子大幅度地增加同一条DNA链上靶基因转录的频率， 一般能增加 10～200倍，有的甚至可达千倍。
泳道a：未发生序列缺失的阳性对照 泳道b-j：序列缺失后的基因 泳道k：阴性对照（pBR322DNA，无
5SrRNA基因序列）
5’-序列缺失对5SrRNA基因转录的影响
②接头扫描突变法
可以找出存在于基因转录起始位点和5’端边 界之间的所有调控元件
方法的基础是构建一系列序列重叠的调控区突 变体，每个突变体内各有一个短序列的核苷酸 序列被打乱
应答元件
另一类位于基因上游能被转录因子识别和结 合,调控基因专一性表达的DNA序列。如热激 应答元件、激素应答元件, cAMP应答元件等。
应答元件含有短重复序列,不同基因中应答元件的拷贝数相 近。
蛋白因子结合在应答元件的保守序列上,通常位于转录起点 上游200bp内；
应答元件也有位于启动子或增强子内。
上游顺式作用元件的研究方法
mega
顺式作用元件（Cis-acting elements）
指同一DNA分子中具有转录调节功能的特异DNA序列， 即具有特殊功能的转录因子DNA结合位点和其他调控基 序。
顺式作用元件能够被特异转录因子识别和结合，从而影响 基因表达活性。
顺式作用元件的作用是参与基因表达的调控，本身不编码 任何蛋白质, 仅仅提供一个作用位点, 要与反式作用因子相 互作用而起作用。
结果：TATA盒内序列的突变 会破坏启动子的活性，在启 动子活性最低的突变体 （LS-29/-18）中，TATA 盒区域的正常GCATATTA序 列突变为CCGGATCC)
疱疹病毒胸苷激酶启动子的接头扫描突变效应爪蟾卵母 细胞，并分析它们对报告基因的影响
接头扫描突变法机制
对疱疹病毒的胸苷激酶基因启动子的研究
方法：用长度为10bp的接头对胸苷激酶基因启动子序列 进行系统替换，产生不同的突变体，然后将突变DNA分 子注入蛙暖母细胞，同时也注入类似野生型的DNA（在 +21至+31处发生突变），这种野生型突变启动子与正常 野生型启动子一样，具有正常的起始转录活性，可作为内 参。最后，通过凝胶电泳测定转录产物的大小，依次判断 转录的正确与否。
是决定转录起始点及转录频率的关键元素； 可与增强子共同控制转录起始和强度； 发挥功能时需RNA聚合酶外，还需转录调控因子与启动子
区各种调控元件相互作用。
由两部分组成：
核心启动子（CPE)：指保证RNApolⅡ转录正常起始所必需的、最少 的DNA序列，包括转录起始位点及转录起始位点上游-25—-30 bp的 TATA盒。它单独起作用时，只能确定转录起始位点并产生基础水平的 转录；
（2）增强子的作用对同源或异源的基因同样有效，如把SV40的增强子 连接到兔β-珠蛋白的基因上，可使转录强度增大100倍；
（3）增强子的位置可在基因5’上游、基因内或其3’下游的序列中，增强 效益与其位置和取向无关；
（4）增强子所含核苷酸序列大多为重复序列，其内部含有的核心序列， 对于它进入到另一宿主之后重新产生增强子效应至关重要；
特点：
负性调节元件，与增强子作用相反 不受序列方向影响，同时也能远距离发挥作用 本身不能实现衰减作用，必须通过对前导序列的翻译才能实现，衰减
作用的实质是以翻译手段控制基因的转录。
绝缘子（Insulator）
一种负调控元件，参与基因表达的负调控。 干扰增强子与启动子的相互作用，并抑制启动 子的激活活性。
研究顺式作用元件结构的方法
①5’端缺失系列分析法
通过从一侧逐段缺失来确定启动子的边界. 当一段缺失不会阻 碍RNA合成, 而下一段缺失使转录不再发生时, 那么我们可以确 定启动子的边界必然存在于两者之间.
常用于测定哺乳动物基因调控区的上游边界。
爪蟾5SrRNA基因的Ⅲ类启动子分析
实验操作：首先，确定启动子的5’端。对爪蟾5SrRNA基 因的5’端序列进行逐渐缺失，每次缺失序列的长度都会增 长，有此获得5’端长度不等的系列5SrRNA基因突变体， 体外观察突变对基因转录的影响。通过凝胶电泳测定转录 产物的大小，依次判断转录的正确与否。该基因的正常转 录产物长度为120bp。
按功能特性分为 通用调节元件：启动子、增强子、沉默子和绝缘子 专一性元件：应答元件，如激素应答元件等
启动子(Promoter)
概念：启动子是基因序列中决定转录起始的部位。 包括核心启动子和上游启动子元件。
一个基因可同时拥有一个及以上启动子； 一般在转录起始点上游，位于5‘端上游100-200bp左右，
从机能上讲，没有增强子存在，启动子通常不能表现活 性；没有启动子时，增强子也无法发挥作用。
有时，对结构密切联系而无法区分的启动子、增强子样 结构统称启动子。通常描述的、具有独立的转录活性和 决定基因时间、空间特异性表达能力的启动子就是这类 定义的启动子。
沉默子(silencer)
是可以抑制基因表达的顺式元件,包括沉默子元 件和负调控因子(NRE),分别指导主动和被动抑制 作用。