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1、整理ppt,1,玉米全基因组基因家族的研究与应用,整理ppt,2,被公布的生物基因组测序与日俱增,整理ppt,3,整理ppt,4,THE B73 Maize GENOME,Doebley 1997,2,300Mb Over 32,000 genes (50, 000) Nearly 85% Are Repeats,Science, Nov. 22, 2009,整理ppt,5,基因家族：在真核生物基因组进化中，由一个基 因通过 基因重复产生的两个或更多的拷贝,具有相似的核酸序列，编码相似的蛋白质产 物，并且可能功能相关。 同一家族中的成员有时紧密的排列在一起，成为一个基因簇； 更多的时候，它们却
2、分散在同一染色体的不同部位，甚至位于不同染色体上,整理ppt,6,玉米基因家族的研究,整理ppt,7,一、基因家族的特征分析 二、基因家族的进化分析 三、基因表达模式分析 四、基因家族调控网络分析 五、重要基因和调控元件的发掘,基因家族的主要研究方向,整理ppt,8,一、基因家族的特征分析,1.基因数量特征,整理ppt,9,Peng et al., 2012， PLoS ONE,2. 玉米HD-Zip类型基因染色体定位分析,整理ppt,10,3. Hsf 类型基因 motif 分析,整理ppt,11,玉米中与抗逆有关C3H基因启动子区域顺式作用元件的分析,玉米C3H基因內含子结构分析,整理pp
3、t,12,125个基因家族 共计10394个基因,整理ppt,13,整理ppt,14,一、基因家族的特征分析 二、基因家族的进化分析 三、基因表达模式分析 四、基因家族调控网络和关联性分析 五、重要基因和调控元件的发掘,基因家族的主要研究方向,整理ppt,15,二、基因家族的进化分析,1.基因数量进化分析,整理ppt,16,Fig. 4 Venn diagram showing the classification of 4,081 maize intronless genes into three domains of life based on homology. Archaea (A),
4、 bacteria (B), eukaryote (E), archaea and bacteria (AB), archaea and eukaryotes (AE), bacteria and eukaryotes (BE), archaea, bacteria and eukaryotes (ABE,整理ppt,17,玉米、水稻、拟南芥C3H蛋白结构及基序分析,玉米、水稻和拟南芥 CCCH基序中 3 个半胱氨酸残基和 1 个组氨酸残基是高度保守的,玉米、水稻和拟南芥 CCCH 基序所含的氨基酸残基的类型和数目也十分相似,2.基因结构进化分析,整理ppt,18,ZmHsf-04,ZmHsf
5、-08,Such observations suggest the expansion of these Hsf genes following divergence of monocots and dicots. In addition, possible gene loss during the course of evolution was supported by phylogenetic reconstruction,Hsf类型基因进化树分析,整理ppt,19,玉米、拟南芥C3H类型基因复合进化树分析,拟南芥C3H基因表达模式 （Wang Dong et al., 2008,整理pp
6、t,20,Fig. 2 Distribution of maize intronless genes among 12 cellular role categories. Amino acid biosynthesis (AAB), biosynthesis of cofactors (BC), cell envelope (CE), cellular processes (CP), central intermediary metabolism (CIM), energy metabolism (EM), fatty acid metabolism (FAM), purines and py
7、rimidines (PP), regulatory functions (RF), replication and transcription (RT), translation (T), transport and binding (TB,整理ppt,21,玉米基因组进化中的基因组复制和重组,Wei et al. 2007. PLOS Genetics,整理ppt,22,玉米热激转录因子（Hsf）家族的扩张模式,全基因组复制是其进化的主要动力,Lin et al., 2011, BMC Genomics,整理ppt,23,通过全基因组基因家族比较基因组研究可深入 进行物种间共线性和微共线性
8、的鉴定,整理ppt,24,比较玉米和水稻之间Hsf基因的共线性关系,整理ppt,25,比较玉米和高粱之间Hsf基因的共线性关系,整理ppt,26,进一步验证了这12个玉米Hsf基因的四倍体起源。 在玉米全基因组复制之后的一千多万年间，相应复制区段上的Hsf基因并未发生丢失，与其对应的水稻和高粱的直系同源基因也保存完好。 这些保守的基因应具有重要的细胞调控功能，且直系同源基因间具有相似的功能，玉米的复制基因可能发生了功能的亚分化,位于共线性区域的同源Hsf基因,整理ppt,27,一、基因家族的特征分析 二、基因家族的进化分析 三、基因表达模式分析 四、基因家族调控网络分析 五、重要基因和调控元件
9、的发掘,基因家族的主要研究方向,整理ppt,28,利用NCBI EST数据库分析玉米MADS和Hsfs基因家族表达模式,三、基因表达模式分析,整理ppt,29,RT-PCR分析玉米NBS基因家族表达模式,图3. NBS基因家族在不同处理条件下的表达模式分析 （1.对照；2.小斑病整株处理；3.小斑病叶片处理；4.水杨酸处理；,Cheng et al., 2012, FEBS J,整理ppt,30,qRT-PCR分析玉米CCCH基因家族成员在不同组织中的表达模式 （Peng et al., 2012， PLoS ONE,图4. 玉米中与抗逆有关的C3H基因在不同组织中的表达量（R：根 E：穗 L
10、：叶 S：茎 SK：花丝,整理ppt,31,qRT-PCR分析玉米CCCH基因家族成员在不同处理条件下的表达模式 （Peng et al., 2012， PLoS ONE,图5.经干旱和ABA处理后玉米CCCH基因的表达量 （A：ABA处理；B：干旱处理,整理ppt,32,一、基因家族的特征分析 二、基因家族的进化分析 三、基因表达模式分析 四、基因家族调控网络分析 五、重要基因和调控元件的发掘,基因家族的主要研究方向,整理ppt,33,GRMZM2G087094_P01 Cell_envelope,GRMZM2G090087_P01 Energy_metabolism,GRMZM2G3131
11、84_P01 Cell_envelope,四、基因家族的基因作用网络和关联性分析,整理ppt,34,一、基因家族的特征分析 二、基因家族的进化分析 三、基因表达模式分析 四、基因家族调控网络分析 五、重要基因和调控元件的发掘,基因家族的主要研究方向,整理ppt,35,HD-Zip基因家族可以分为四个亚族(I-IV)，各个亚族执行不同的生理功能； 亚族I成员主要参与干旱、高盐、脱落酸、渗透调节等各种极端环境胁迫反应,水稻、玉米和拟南芥同源异性亮氨酸拉链(HD-Zip) 基因家族的进化比较 (Zhao et al., 2011, PLoS one,五、重要基因和调控元件的发掘,1.重要基因和调控元
12、件的发现,根据进化和已知功能发现重要基因,整理ppt,36,Wheat (T. aestivum L.) Puccinia triiticina （小麦叶锈病菌,Sorghum Periconia circinata 根茎腐病真菌,分别从玉米高抗南方锈病和茎腐病自交系齐319中克隆了ZmNBS56和ZmNBS55两个目标基因,NBS类抗病基因进化分析,整理ppt,37,根据表达谱发现重要基因和特异调控元件,全基因组芯片扫描能 初步提供基因家族 成员的表达模式,整理ppt,38,荧光定量PCR更加准确的分析候选基因在特定组织或环境中的表达模式,整理ppt,39,在特定器官或组织部位表达的基因，往
13、往具有发育调节的特异性，对其启动子功能分析能够发现一些重要的调控元件,非生物胁迫反应基因在其启动子区域存在多个胁迫应答元件，如：ABRE、DRE、LTRE,整理ppt,40,WRKY转录因子是植物中一类重要的转录因子，前期研究中，我们在玉米中发现一个基因的表达受干旱、低温及高盐的调控,2. 重要基因和调控元件的克隆与功能分析,重要基因的克隆及功能验证,整理ppt,41,过量表达WRKY62基因能显著提高水稻的抗逆性,旱胁迫,整理ppt,42,图2 不同长度5端缺失载体图,图3 筛减片段启动子的转基因株GUS组织化学染色 1为叶片；2为茎；3为根；4为颖壳；5为胚乳,根特异启动子发掘,2) 调控元件的克隆及功能分析,整理ppt,43,整理ppt,44,克隆的玉米PAB5 花粉特异性启动子,整理ppt,45,目前克隆的部分功能基因和调控元件,超过30个,整理ppt,46,例如,整理ppt,47,Cheng et al., 2012, FEBS J,Zhao et al., 2011, PCTOC,Cheng et al., 2010, Genet Mol Biol,Liu et al., 2010, Plant Grow Regul,共发表SCI论文26篇 建立玉米基因家族网站,http:/,整理ppt,48,感谢团队所有成员
