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入侵杂草喜旱莲子草WRKY转录因子家族鉴定及其除草剂胁迫表达特征目录一、内容概括 (2)1. 研究背景与意义 (3)2. 国内外研究现状综述 (4)3. 研究内容与方法 (5)二、喜旱莲子草WRKY转录因子家族成员的鉴定 (5)1. WRKY转录因子家族的基本特征 (7)2. 喜旱莲子草WRKY转录因子家族的基因组数据获取 (8)3. 基因注释与同源比对 (9)4. WRKY转录因子家族成员的筛选与分类 (10)三、喜旱莲子草WRKY转录因子家族的功能分析 (11)1. 不同类别WRKY转录因子功能预测 (12)2. 关键氨基酸残基分析 (14)3. 进化树构建与系统发育关系分析 (15)四、喜旱莲子草WRKY转录因子家族在除草剂胁迫下的表达特征 (16)1. 除草剂胁迫处理方法与样品收集 (17)2. 总RNA提取与反转录 (18)3. WRKY转录因子家族成员的表达量分析 (19)4. 表达模式聚类分析 (20)5. 与除草剂胁迫响应相关的信号通路分析 (21)五、结论与展望 (23)1. 结果总结 (24)2. 创新点与不足之处 (25)3. 未来研究方向与应用前景展望 (26)一、内容概括本文围绕“入侵杂草喜旱莲子草WRKY转录因子家族鉴定及其除草剂胁迫表达特征”展开研究。
文章首先概述了入侵杂草喜旱莲子草的特点及其对农业生态系统的潜在影响。
重点介绍了WRKY转录因子家族在植物生物学中的重要性，以及其在响应生物和非生物胁迫，包括除草剂胁迫中的功能。
WRKY转录因子家族的鉴定：通过分子生物学和生物信息学方法，对喜旱莲子草中的WRKY转录因子家族进行鉴定和特征描述。
包括基因的克隆、序列分析、系统发育树的构建等，以了解其在喜旱莲子草基因组中的构成和特点。
除草剂胁迫下的表达特征研究：通过实验室模拟除草剂胁迫条件，分析WRKY转录因子在喜旱莲子草响应除草剂胁迫过程中的表达变化。
包括不同浓度除草剂处理下WRKY转录因子的表达量变化、基因表达的时间和空间模式等，以揭示WRKY转录因子在喜旱莲子草抵抗除草剂胁迫中的作用和机制。
蒺藜苜蓿叶绿体密码子偏好性分析杨国锋;苏昆龙;赵怡然;宋智斌;孙娟【期刊名称】《草业学报》【年(卷),期】2015(000)012【摘要】本文对蒺藜苜蓿叶绿体基因组全序列密码子进行分析，筛选出50条CDS（coding DNA sequence）利用 Codo-nW 软件进行分析其密码子使用模式。
结果显示，蒺藜苜蓿叶绿体基因组密码子第3位碱基 GC 含量为26．9％，即第3位密码子富含 A 和 U，ENC 值在37．11～51．91之间密码子偏好性较弱。
相对同义密码子使用度分析显示RSCU 值大于1的密码子有23个，其中以 A 和 U 为结尾20个。
中性绘图分析显示 GC12与 GC3的相关系数为0．341，相关性不显著，回归系数为0．4843；单基因 ENC 比值多分布在－0．05～0．05，即大部分基因 ENC 值离 ENC期望值较近；对应性分析，第一轴显示了12．50％的差异为主要影响因素，第一轴与ENC 和GC3的相关系数分别为0．091和－0．092，均相关不显著。
综合这几项分析发现蒺藜苜蓿叶绿体基因组密码子偏好性主要受到突变的影响，但是并不是唯一的影响因素，其他因素对密码子偏好性也可能有一定的影响。
最终通过高表达优越密码子方法确定得出 UUA、UUG、CCU 等23个密码子为最优密码子，为之后对外源基因进行改造，提高其在叶绿体中的表达效率奠定了基础。
【总页数】9页(P171-179)【作者】杨国锋;苏昆龙;赵怡然;宋智斌;孙娟【作者单位】青岛农业大学经济草本植物应用研究所，山东青岛 266109; 青岛农业大学生命科学学院，山东省高校植物生物技术重点实验室，山东青岛 266109;青岛农业大学经济草本植物应用研究所，山东青岛 266109; 青岛农业大学生命科学学院，山东省高校植物生物技术重点实验室，山东青岛 266109;青岛农业大学经济草本植物应用研究所，山东青岛 266109;青岛农业大学经济草本植物应用研究所，山东青岛 266109; 青岛农业大学生命科学学院，山东省高校植物生物技术重点实验室，山东青岛 266109;青岛农业大学经济草本植物应用研究所，山东青岛 266109【正文语种】中文【相关文献】1.蒺藜苜蓿WRKY转录因子密码子使用偏好性分析 [J], 宋辉;王鹏飞;马登超;夏晗;赵传志;张烨;赵术珍2.槲蕨属叶绿体基因组密码子偏好性分析 [J], 沈宗芳;陆添权;张志荣;蔡传涛;田波3.蒜头果叶绿体基因组密码子偏好性分析 [J], 原晓龙;刘音;康洪梅;陈中华;李云琴;王毅4.降香黄檀叶绿体基因组密码子偏好性分析 [J], 原晓龙;李云琴;张劲峰;王毅5.2种药用獐牙菜叶绿体基因组密码子偏好性分析 [J], 张俊焱;曾阳;李锦萍;王虹雨;张瑞峰;刘力宽因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
菠萝叶绿体基因组密码子偏好性分析作者：杨祥燕蔡元保谭秦亮覃旭黄显雅吴密来源：《热带作物学报》2022年第03期摘要：葉绿体基因组密码子偏好性影响基因的表达效率，对于叶绿体基因工程应用及物种遗传改良具有重要的科学意义。
为了明确菠萝叶绿体基因组密码子偏好性的使用特征及主要影响因素，本研究以菠萝叶绿体基因组为研究对象，利用生物信息学软件分析其密码子的使用模式和偏好性。
密码子偏好性相关参数分析显示：（1）菠萝叶绿体基因密码子的GC含量平均值为38.31%，密码子第1～3位的GC含量平均值分别为46.78%、39.61%、28.53%，密码子前两位的GC平均含量明显高于第3位;（2）有效密码子数（ENC）的取值范围为38.48～61.00，平均值为47.21，其密码子偏性较弱。
相关性分析显示：（1）GC1与GC2显著相关，GC all与GC1、GC2、GC3都极显著正相关，GC3与GC1、GC2都不显著相关;（2）ENC与GC1不显著相关，但与GC2和GC3分别显著和极显著相关;（3）密码子数（N）只与GC3显著相关，说明密码子3个位置中第3位碱基组成主要影响着密码子数。
RSCU分析显示，29个RSCU>1的密码子中以A结尾有12个、以U结尾有16个、以G结尾有1个。
中性绘图分析显示，GC12与GC3的相关系数和回归系数分别为0.065和0.085，二者不显著相关。
ENC-plot 绘图分析显示，大多数基因分布于标准曲线附近，多数ENC比值分布在–0.05～0.05区间。
PR2-plot绘图分析显示，所有基因不均匀分布在平面图的4个区域内，密码子第3位嘧啶T/C 的使用频率高于嘌呤A/G。
这3种绘图分析综合表明，自然选择和突变作为主要因素，相对均衡地影响菠萝叶绿体基因组的密码子偏好性。
最优密码子和RSCU分析显示，29个RSCU>1的密码子及筛选的18个最优密码子绝大多数偏好以A或U结尾。
这些研究结果可为外源基因的密码子优化及提高其表达效率提供科学依据。
植物WRKY转录因子及其参与的方法特征分析2500字本文转载《天津农业科学》由于植物的固着属性及自然界的环境变化，农林作物等植物时刻遭受着各种生物和非生物的胁迫，如病虫害、干旱、低温、高盐等，这些胁迫经常发生在植物生长发育的不同阶段，进而限制了植物的器官生长、组织发生和果实成熟等。
为了适应多变的环境条件，植物自身存在着复杂的胁迫应答机制，从而实现在不同生长环境条件下正常生长发育。
基于分子水平的胁迫应答信号转导在这一过程中起到了至关重要的作用，因此，阐明胁迫响应信号转导分子机制、识别相关调控因子是研究植物抗逆的关键。
WRKY转录因子作为一种多效性、瞬时性转录因子，能够参与多种生物或非生物胁迫反应以及植物发育等生理过程[1-2]，但其在脱落酸（ABA）响应的逆境胁迫信号转导中的作用研究较少。
研究表明，ABA作为传统的植物激素之一，在植物逆境胁迫信号转导机制中扮演重要角色[3]。
笔者主要从WRKY转录因子在非生物胁迫响应过程中的作用及其参与的ABA信号转导方面阐述最近的研究进展。
1 植物WRKY转录因子2 WRKY转录因子参与的ABA信号转导2.1 ABAR受体介导的ABA信号转导ABAR普遍存在于植物的绿色和非绿色组织，在植物细胞中发挥多重功能，不仅参与叶绿素合成，也是质体与细胞核之间信号转导的重要组分。
研究表明，在种子发芽、生长和气孔运动过程中ABAR作为受体，能够特异性结合ABA，参与ABA信号转导，并正向调控信号转导的发生[22]。
通过免疫荧光技术和酵母双杂交筛选证明，ABAR定位于叶绿体膜边缘，能够横跨叶绿体膜，并且其N末端和C末端在基质一侧，C末端能够结合ABA或与一组拟南芥WRKY转录因子（AtWRKY18、AtWRKY40、AtWRKY60）相互作用[6, 26]。
其中ABAR与AtWRKY40的相互作用表明，AtWRKY40作为主要的负调控因子，可抑制ABA响应基因如ABI5的表达。
wrky互作的转录因子转录因子是一类能够结合到DNA序列上调控基因转录的蛋白质。
在这些蛋白质中，WRKY家族是广泛存在于植物中的一类转录因子。
本文将以WRKY互作的转录因子作为主题，介绍WRKY家族的特点、功能以及与其他基因相关的互作关系等方面，以期对这一重要的基因调控网络有更深入的理解。
第一部分：WRKY转录因子的特点和家族WRKY转录因子家族是植物中最大且最广泛研究的转录因子家族之一。
它由一个或多个高保守性的WRKY结构域组成，该结构域通常包含约60氨基酸，在转录因子的DNA结合以及特定的亚细胞定位中起重要作用。
除了WRKY结构域外，WRKY转录因子家族还具有一些保守的序列特征，如WRKYGQK和C2H2或C2HC锌指结构域。
第二部分：WRKY转录因子的生物功能1. 抗逆性调控WRKY转录因子在植物的抗逆性调节中起到关键的作用。
它们可以通过调控多种抗逆蛋白质的表达来增强植物对于逆境环境的适应能力，如抗氧化酶、耐干旱蛋白等。
此外，WRKY互作的转录因子还能介导植物对于病原体的抵抗。
2. 植物生长和发育WRKY转录因子在植物的生长和发育中发挥重要作用。
例如，在植物的根发育和植物的种子萌发中，WRKY转录因子可以调控相关基因的表达，从而影响植物的形态和发育进程。
3. 生理响应调节WRKY转录因子还参与植物的生理响应调节。
比如，在植物的光合作用和呼吸代谢中，WRKY转录因子可以通过调控相关基因的表达，调控植物的能量代谢和生理功能。
第三部分：WRKY互作转录因子与其他基因的调控WRKY转录因子既能够直接调控基因表达，也能通过与其他转录因子互作来实现更复杂的调控网络。
WRKY互作的转录因子与其他互作蛋白质的相互作用可以通过信号传导途径或无活性转录因子相互作用来实现。
通过与其他转录因子的互作，WRKY转录因子可以调控更多的基因表达，增强对植物生长和发育的调控。
第四部分：WRKY转录因子的研究意义和应用前景随着对WRKY转录因子调控机制的深入研究，对该家族蛋白质功能的理解逐渐加深。
密码子偏好性的相关研究及方法分析
冉然;张晓明;宛涛;伊卫东
【期刊名称】《草原与草业》
【年(卷),期】2022(34)3
【摘要】密码子偏好性指的是物种对编码相同氨基酸的同义密码子的不均等使用。
这样的现象和生物功能分子蛋白质和遗传信息载体分子DNA有相关联系,因此对
其的研究具有非常重要的意义。
本文概述了密码子偏好性的研究进展,实现密码子
偏好性的生物学基础,并简要介绍了研究密码子偏好性的意义以及研究分析方法以
及相关研究在草业科学中应用的意义。
【总页数】7页(P5-10)
【作者】冉然;张晓明;宛涛;伊卫东
【作者单位】内蒙古农业大学草原与资源环境学院/草地资源教育部重点实验室/农业农村部饲草加工高效利用重点实验室/内蒙古自治区草地管理与利用重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】S812;Q75
【相关文献】
1.基于相关分析的超偏载装置精度评价方法研究
2.密码子偏性的分析方法及相关研究进展
3.密码子偏性分析方法及茶树中密码子偏性研究进展
4.应用脑电信号偏直
线相关分析方法研究颞叶内侧癫痫网络连接机制5.应用脑电信号偏直线相关分析
方法研究颞叶内侧癫痫网络连接机制
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不同的生物，甚至同种生物不同的蛋白质编码基因，对简并密码子使用频率并不相同，具有一定的偏爱性，其决定因素是：生物基因组中的碱基含量在富含AT的生物（如单链DNA噬菌体fX174）基因组中，密码子第三位上的U和A出现的频率较高；而在GC 丰富的生物（如链霉菌）基因组中，第三位上含有G或C的简并密码子占90%以上的绝对优势。
已知dnaG和rpoD （编码RNA聚合酶亚基）及rpsU（30S核糖体上的S21б蛋白）属于大肠杆菌基因组上的同一个操纵子，而这3个基因产物在数量上却大不相同，每个细胞内仅有dnaG产物50拷贝，而rpoD为2800拷贝，rpsU则高达40 000拷贝之多。
研究dnaG序列发现其中含有不少稀有密码子，也就是说这些密码子在其他基因中利用频率很低，而在dnaG中却很高。
许多调控蛋白如LacI、AraC、TrpR等在细胞内含量也很低，编码这些蛋白的基因中密码子的使用频率和dnaG相似，而明显不同于非调节蛋白。
高频率使用这些密码子的基因翻译过程极容易受阻，影响了蛋白质合成的总量。
细胞内对应于稀有密码子的tRNA较少，高频率使用这些密码子的基因翻译过程容易受阻，影响了蛋白质合成的总量。
1 拟南芥和水稻转录因子WRKY的同义密码子使用偏好性分析 生物科学 2004级 何瑞 指导老师 刘汉梅 讲 师 摘要：本文首次对拟南芥和水稻WRKY基因家族的密码子用法进行了分析，发现两个物种WRKY基因的碱基组成明显不同，水稻的密码子在第一、二、三位GC含量都明显高于拟南芥，且第三位差异最大。不同物种的WRKY基因存在共同的进化趋势，即基因GC3s逐步增大。对应性分析结果显示，拟南芥WRKY基因的密码子使用偏性受碱基组成等多种因素共同作用，水稻主要受碱基组成和基因表达水平两个因素的影响。最后确定了拟南芥和水稻WRKY基因家族的最优密码子，分别为11个和27个。研究结果为深入开展其进化、表达调控机制和提高该基因家族新成员预测的准确性等提供了重要的理论依据。 关键词：WRKY基因，密码字偏好性，GC含量，Enc Synonymous Codon Bias of WRKY Gene Family in Aribidopsis and
Rice HE Rui Biological Science,Grade 2004 Directed by LIU Han-mei (instructor) Abstract: WRKY gene family were firstly analyzed on the codon bias in Arabidopsis and Rice. The components of nitrogenous bases in the two species are obviously different: the GC content at the fist, second and third position of Rice are significantly higher than those of Aribidopsis, that discrepancy at the third position is the most marked. Meanwhile, as WRKY gene family is evolving, G-ending and C-ending codons of both Aribidopsis and Rice are good for the genes evolution. According to Correspondence Analysis, the codon usage of WRKY gene in Aribidopsis is affected by many factors, such as the components of nitrogenous bases. But the components of nitrogenous bases and the gene expression level are two primary factors in Rice. The numbers of the optimal codon in Arabidopsis and Rice are 11 and 27. The results of the the research provide the accuracy of important theoretical basis of forecasts for its evolution, regulation of gene expression and adding the gene family members. Keywords: WRKY Gene,Codon bias,GC content,Enc 蛋白质中的氨基酸序列是由mRNA中核苷酸序列决定的。mRNA上连续相邻的核苷酸以3个为一体，即三联体密码子，进行翻译时，识别与其对应的tRNA，正确的译出遗 2
传信息中所指定的氨基酸。遗传密码子具有通用性、线性不重叠和简并性等特点。除少数种外，原核和真核生物中核基因均采用标准的遗传编码系统进行蛋白质翻译工作。任何相邻的2个密码子之间无空位，且线性不重叠。通常，AUG作为翻译识别的起始密码子，而UGA、UAG和UAA三个密码子作为翻译终止密码子，由此构成一个完整的编码阅读框。终止密码子不编码任何的氨基酸，这样就有61种密码子编码20种氨基酸，因此出现了冗余现象，即密码子的简并性。使得某些氨基酸可能由几种不同的密码子编码，通常将编码同一氨基酸的不同密码子互称为同义密码子（Synonymous Codon）。 同义密码子编码同一氨基酸，如果没有任何选择压力或突变偏好，那么每个氨基酸位点上的核苷酸突变都是随机的，同义密码子出现的概率是一样的。但实际上，同义密码子的使用并非随机的[1,2]，而是不同的物种或同一物种的不同基因在编码氨基酸时倾向使用某些特定的同义密码子，这种现象称为同义密码子的使用偏好性（Synonymous Codon Usage Bias）[3]。 同义密码子的使用偏好性广泛地存在于细菌、真菌、植物、动物及人类中，且对于不同生物，影响密码子使用偏性的因素也不尽相同，因此产生了多种解释密码子偏性使用的理论。早期关于密码子偏性理论（如密码子的选择模式在进化过程中是保守的；密码子的使用偏性与对应的同工tRNA丰度相关，从而有利于提高翻译的效率和准确性）的数据大多来源于大肠杆菌和酵母等单细胞生物[4]。而后，关于密码子使用偏性与tRNA丰度的关系，在对多细胞生物果蝇和线虫的分析中得到了与大肠杆菌和酵母相似的结论。Bierne等[5]通过分析果蝇中3种不同位点的多态性和分歧与密码子偏性的关系，认为蛋白质的选择
压力是密码子偏性进化的主要原因。而关于密码子偏性与翻译效率也有不同的看法，Kanaya等[6]在研究物种特异的密码子偏性时，通过对5个真核生物（酵母、线虫、果蝇、非洲爪蟾和人）的密码子使用模式进行比较分析发现，并不是所有的高表达基因都有显著的密码子使用偏好性现象，说明真核生物中密码子的偏性并不是由翻译效率决定的，而可能和基因组中的isochore结构及含GC二核苷酸的密码子使用有关，因为后者与哺乳动物中发现的通过GC二核苷酸甲基化来调节转录有关；且在植物的密码子偏性分析中也得到了类似的结论[7]。随着基因芯片技术的产生和发展，获得组织特异基因及其表达丰度成为可能，Zhang等[8]发现看家基因的进化速率低于组织特异基因，同时指出看家基因和组织特异基因的密码子使用模式基本相似，并提出基因表达水平是决定密码子使用偏好的主要因素。 产生密码子偏性的原因主要是自然选择的结果，但并非唯一因素。其中自然选择、突 3
变偏性和遗传漂移之间存在一种特殊的平衡点[9-11]。通常翻译的效率和准确性会影响同义密码子的使用，主要是与对应的tRNA种类的丰度分布有关，例如最优密码子与细胞质中tRNA丰度最高的对应[12]。在近几年的研究表明，同义密码子的偏向使用与基因的G+C含量，尤其是与GC3S紧密相关[13-18]。例如，在一些单细胞生物如E.Coli.S.Cerevisiae中，高表达的基因密码子的使用偏性一般比较大，这主要是由基因的碱基组成和翻译过程中tRNA的选择性两大因素造成的。另外，基因长度、mRNA、蛋白质的疏水性水平及氨基酸的保守性等都是影响密码子的偏好性因素。 同义密码子的使用偏好性与诸多生命活动过程如蛋白质的合成等有着密切联系，因此对同义密码子使用偏好性的研究具有重要的生物学意义。1、通过同义密码子使用频率的研究，可以判断未知基因是高表达基因还是低表达基因[19]，同时还可以判断基因表达的时间等[20]，用于研究基因表达控制机制；2、根据编码区和非编码区的密码子使用偏性的不同，可以对基因组进行扫描，从而发现编码区和非编码区，预测新的基因[21]；3、为从蛋白肽段序列逆翻译到核苷酸序列提供了翻译标准，可以实现从蛋白质序列到寡核苷酸探针的设计[22]；4、由于同义密码子的使用偏性与tRNA丰度有关，可以预测细胞中的核糖蛋白以及相关合成酶在细胞中的位置[23]；5、同义密码子的使用偏性还与基因功能相关，可以对待测基因的功能进行预测。 WRKY基因是植物特有的转录因子家族，通过与顺式作用元件W-盒特异结合从而调控下游目标基因表达，参与生物和非生物胁迫应答反应、信号分子传递、植物衰老和器官发育等一系列生理活动。各种高等植物当机体受到机械损伤、病原物侵害或者非生物胁迫诱导时，WRKY基因都能大量而快速的表达。因其成员都至少含有一个保守的由60个氨基酸组成的结构域，并且该结构域N端有高度保守的WRKYGQK核心序列而得名。以WRKY结构域的系统发生关系及锌指结构的特征为基础，将其分为3个大组：I组包含两个WRKY结构域，锌指结构为C-X4-5-C-X22-23-H-X1-H；II组只含有一个WRKY结构域，锌指结构与I组相同；III组也只含有一个WRKY结构域，但锌指结构为C-X7-C-X23-H-X1-C。在其进化关系上，I组代表最原始的基因形式，II组由I组进化而来，III组由II组进化形成[24]。 目前在密码子使用偏性研究方面，主要集中在对已知全基因组序列的低等生物和模式生物如病毒、细菌、酵母、线虫、果蝇、人和拟南芥等的基因组密码子使用模式研究，对单一功能基因家族的密码子用法研究较少。本文将对拟南芥和水稻的WRKY基因家族的密码子用法进行比较分析，明确该基因家族在单、双子叶植物中的密码子用法特点，为深 4
入研究其进化、表达调控机制和提高该基因家族新成员预测的准确性等提供重要理论依据。 1 材料和方法 1.1 材料 1.1.1 数据 从植物转录因子数据库（http://datf.cbi.pku.edu.cn，http://ricetfdb.bio.uni-potsdam.de/）分别下载了拟南芥和水稻WRKY基因的CDS（Coding DNA sequence）序列（2007-8-3）。拟南芥tRNA基因拷贝数来源于拟南芥基因组tRNA扫描分析数据库（http://lowelab.ucsc.edu/GtRNAdb/Athal/），水稻的相应数据来源参见Xi等的文献[25]。采用C语言编写程序，筛选从数据库下载的CDS序列，筛选原则如下：CDS长度大于或等于300bp；以ATG为起始密码子，并以TAG、TGA或TAA为终止密码子；不含除A、T、C、G字符以外的碱基。最终筛选到符合条件的拟南芥84条CDS、水稻112条CDS作为本文的分析样本。 1.1．2软件 Codon W软件（version 1.4，http://bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/codonw.html）用于对应性分析和计算各项同义密码子使用偏性的衡量指标。Microsoft EXCEL用于数据相关分析和图表绘制。 1.2 方法 1.2.1 基因分类 用C语言编写程序，根据其结构特点分别查找并整理出拟南芥和水稻的3类WRKY基因。对于少数变异的基因[24]，根据WRKY结构域和锌指结构的特点归于亲源关系相近的一类。 1.2.2 密码子使用偏性相关数据量的计算 （1） 密码子使用的相对概率（Relative Synonymous Codon Usage,RSCU） 对于某一特定的密码子i，RSCUi指编码同一氨基酸的密码子间的相对概率，它的计算方法如下公式。如果密码子使用无偏好性，则RSCU值为1；如果该密码子比其他同义密码子使用更频繁，则其RSCU值大于1；反之亦然。由于该指标计算简单，除出了氨基酸的组成对密码子使用的影响，而且比较直观的反映了同义密码子的使用偏好，因此应用最为广泛。
