Name: 葡萄全基因组鉴定与表达的综合工作流 E3 泛素连接基因家族的 Meta 分析 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-12-22T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 40 s
Description: 探索葡萄全基因组鉴定与E3泛素连接酶基因家族表达分析的综合工作流。该方法涵盖基因结构、蛋白基序、染色体定位、基因复制及表达模式，为植物基因家族系统表征提供完整实验步骤。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

本研究工作由维罗纳大学在2014年联合项目（葡萄中ATL基因家族的表征及其在抵抗霜霉菌Plasmopara viticola中的作用）框架内资助。

<ol><li>Jaillon, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+grapevine+genome+sequence+suggests+ancestral+hexaploidization+in+major+angiosperm+phyla%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">The grapevine genome sequence suggests ancestral hexaploidization in major angiosperm phyla.</a> Nature. 449 (7161), 463-467 (2007).</li>
<li>Adam-Blondon, A. -F., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAdam-Blondon%2C+A-F+%22Genetics%2C+Genomics%2C+and+Breeding+of+Grapes%22">Genetics, Genomics, and Breeding of Grapes</a>. , Science Publishers. 211-234 (2011).</li>
<li>Chen, L., Hellmann, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plant+E3+Ligases%3A+Flexible+Enzymes+in+a+Sessile+World%5BTitle%5D)+AND+%22Mol.+Plant%22%5BJournal%5D)">Plant E3 Ligases: Flexible Enzymes in a Sessile World.</a> Mol. Plant. 6 (5), 1388-1404 (2013).</li>
<li>Vierstra, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+ubiquitin-26S+proteasome+system+at+the+nexus+of+plant+biology%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Rev.+Mol.+Cell+Biol%22%5BJournal%5D)">The ubiquitin-26S proteasome system at the nexus of plant biology.</a> Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 10 (6), 385-397 (2009).</li>
<li>Serrano, M., Parra, S., Alcaraz, L. D., Guzmán, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+ATL+Gene+Family+from+Arabidopsis+thaliana+and+Oryza+sativa+Comprises+a+Large+Number+of+Putative+Ubiquitin+Ligases+of+the+RING-H2+Type%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mol.+Evol%22%5BJournal%5D)">The ATL Gene Family from Arabidopsis thaliana and Oryza sativa Comprises a Large Number of Putative Ubiquitin Ligases of the RING-H2 Type.</a> J. Mol. Evol. 62 (4), 434-445 (2006).</li>
<li>Aguilar-Hernández, V., Aguilar-Henonin, L., Guzmán, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diversity+in+the+Architecture+of+ATLs%2C+a+Family+of+Plant+Ubiquitin-Ligases%2C+Leads+to+Recognition+and+Targeting+of+Substrates+in+Different+Cellular+Environments%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Diversity in the Architecture of ATLs, a Family of Plant Ubiquitin-Ligases, Leads to Recognition and Targeting of Substrates in Different Cellular Environments.</a> PLoS One. 6 (8), e23934(2011).</li>
<li>Guzmán, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+prolific+ATL+family+of+RING-H2+ubiquitin+ligases%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Signal+Behav%22%5BJournal%5D)">The prolific ATL family of RING-H2 ubiquitin ligases.</a> Plant Signal Behav. 7 (8), 1014-1021 (2012).</li>
<li>Grimplet, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+grapevine+gene+nomenclature+system%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Genomics%22%5BJournal%5D)">The grapevine gene nomenclature system.</a> BMC Genomics. 15, 1077(2014).</li>
<li>Prince, V. E., Pickett, F. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Splitting+pairs%3A+the+diverging+fates+of+duplicated+genes%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Rev.+Genet%22%5BJournal%5D)">Splitting pairs: the diverging fates of duplicated genes.</a> Nat. Rev. Genet. 3 (11), 827-837 (2002).</li>
<li>Magadum, S., Nerjee, U., Murugan, P., Gangapur, D., Ravikesavan, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gene+duplication+as+a+major+force+in+evolution%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Gen%22%5BJournal%5D)">Gene duplication as a major force in evolution.</a> J. Gen. 92 (1), 155-161 (2013).</li>
<li>Wang, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Patterns+of+Gene+Duplication+and+Their+Contribution+to+Expansion+of+Gene+Families+in+Grapevine%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Mol.+Biol.+Rep%22%5BJournal%5D)">Patterns of Gene Duplication and Their Contribution to Expansion of Gene Families in Grapevine.</a> Plant Mol. Biol. Rep. 31 (4), 852-861 (2013).</li>
<li>Fasoli, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Grapevine+Expression+Atlas+Reveals+a+Deep+Transcriptome+Shift+Driving+the+Entire+Plant+into+a+Maturation+Program%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Cell%22%5BJournal%5D)">The Grapevine Expression Atlas Reveals a Deep Transcriptome Shift Driving the Entire Plant into a Maturation Program.</a> Plant Cell. 24 (9), 3489-3505 (2012).</li>
<li>BLAST. BLAST2.6.0. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi">https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi</a> (2016).</li>
<li>MEGA. MEGA7.0.25 build 7170412. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.megasoftware.net/">http://www.megasoftware.net/</a> (2017).</li>
<li>MEME. MEME Suite Version 4.11.4. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://meme-suite.org/">http://meme-suite.org/</a> (2017).</li>
<li>ProtParam. ExPASy Server. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://web.expasy.org/protparam/">http://web.expasy.org/protparam/</a> (2005).</li>
<li>ngLOC v1.0. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://genome.unmc.edu/ngLOC/index.html">http://genome.unmc.edu/ngLOC/index.html</a> (2007).</li>
<li>TargetP v1.1 Server. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.cbs.dtu.dk/services/TargetP/">http://www.cbs.dtu.dk/services/TargetP/</a> (2000).</li>
<li>Prowler v1.2. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://bioinf.scmb.uq.edu.au:8080/pprowler_webapp_1-2/">http://bioinf.scmb.uq.edu.au:8080/pprowler_webapp_1-2/</a> (2005).</li>
<li>MuSite v1.0. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://musite.sourceforge.net/">http://musite.sourceforge.net/</a> (2010).</li>
<li>Pfam. Pfam version 31.0. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://pfam.xfam.org/">http://pfam.xfam.org/</a> (2016).</li>
<li>TMHMM v2.0c. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/">http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/</a> (2007).</li>
<li>ExPASy. ProtScale. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://web.expasy.org/protscale/">http://web.expasy.org/protscale/</a> (2005).</li>
<li>CRIBI. Grape genome database. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://genomes.cribi.unipd.it/grape/">http://genomes.cribi.unipd.it/grape/</a> (2012).</li>
<li>PhenoGram. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://visualization.ritchielab.psu.edu/phenograms/plot">http://visualization.ritchielab.psu.edu/phenograms/plot</a> (2012).</li>
<li>ScanX v0.8. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://chibba.pgml.uga.edu/mcscan2/">http://chibba.pgml.uga.edu/mcscan2/</a> (2013).</li>
<li>Interactive Tree Of Life (iTOL). Version3.5.3. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://itol.embl.de/">http://itol.embl.de/</a> (2016).</li>
<li>UniProt. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.uniprot.org/">http://www.uniprot.org/</a> (2016).</li>
<li>Phylogeny.fr. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.phylogeny.fr/index.cgi">http://www.phylogeny.fr/index.cgi</a> (2008).</li>
<li>MUSCLE. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/muscle/">http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/muscle/</a> (2017).</li>
<li>Gblocks Server. Version 0.91b. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://molevol.cmima.csic.es/castresana/Gblocks_server.html">http://molevol.cmima.csic.es/castresana/Gblocks_server.html</a> (2002).</li>
<li>Vitis vinifera cv. Corvina gene expression Atlas. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/273383414_54sample_datamatrix_geneIDs_Fasoli2012">https://www.researchgate.net/publication/273383414_54sample_datamatrix_geneIDs_Fasoli2012</a> (2015).</li>
<li>Multiple Experiment Viewer (MeV). Version 4.8.1. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://mev.tm4.org/">http://mev.tm4.org/</a> (2017).</li>
<li>Sequence Read Archive (SRA). , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/sra">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/sra</a> (2017).</li>
<li>Bolger, A. M., Lohse, M., Usadel, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trimmomatic%3A+a+flexible+trimmer+for+Illumina+sequence+data%5BTitle%5D)+AND+%22Bioinformatics%22%5BJournal%5D)">Trimmomatic: a flexible trimmer for Illumina sequence data.</a> Bioinformatics. 30 (15), 2114-2120 (2014).</li>
<li>Langmead, B., Salzberg, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+gapped-read+alignment+with+Bowtie+2%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Meth%22%5BJournal%5D)">Fast gapped-read alignment with Bowtie 2.</a> Nat Meth. 9 (4), 357-359 (2012).</li>
<li>Anders, S., Pyl, P. T., Huber, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((HTSeq-a+Python+framework+to+work+with+high-throughput+sequencing+data%5BTitle%5D)+AND+%22Bioinformatics%22%5BJournal%5D)">HTSeq-a Python framework to work with high-throughput sequencing data.</a> Bioinformatics. 31 (2), 166-169 (2015).</li>
<li>R. Version 3.4.1. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.r-project.org/">https://www.r-project.org/</a> (2017).</li>
<li>Ritchie, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((limma+powers+differential+expression+analyses+for+RNA-sequencing+and+microarray+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic+Acids+Res%22%5BJournal%5D)">limma powers differential expression analyses for RNA-sequencing and microarray studies.</a> Nucleic Acids Res. 43 (7), e47(2015).</li>
<li>Love, M. I., Huber, W., Anders, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Moderated+estimation+of+fold+change+and+dispersion+for+RNA-seq+data+with+DESeq2%5BTitle%5D)+AND+%22Genome+Biology%22%5BJournal%5D)">Moderated estimation of fold change and dispersion for RNA-seq data with DESeq2.</a> Genome Biology. 15 (12), 550(2014).</li>
<li>EMBL-EBI. EMBOSS Needle. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.ebi.ac.uk/Tools/psa/emboss_needle/">http://www.ebi.ac.uk/Tools/psa/emboss_needle/</a> (2017).</li>
<li>Ariani, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genome-wide+characterisation+and+expression+profile+of+the+grapevine+ATL+ubiquitin+ligase+family+reveal+biotic+and+abiotic+stress-responsive+and+development-related+members%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">Genome-wide characterisation and expression profile of the grapevine ATL ubiquitin ligase family reveal biotic and abiotic stress-responsive and development-related members.</a> Sci. Rep. 6, 38260(2016).</li>
<li>Vitulo, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+deep+survey+of+alternative+splicing+in+grape+reveals+changes+in+the+splicing+machinery+related+to+tissue%2C+stress+condition+and+genotype%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Plant+Biol%22%5BJournal%5D)">A deep survey of alternative splicing in grape reveals changes in the splicing machinery related to tissue, stress condition and genotype.</a> BMC Plant Biol. 14 (1), 99(2014).</li>
<li>Overbeek, R., Fonstein, M., D'Souza, M., Pusch, G. D., Maltsev, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+use+of+gene+clusters+to+infer+functional+coupling%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+USA%22%5BJournal%5D)">The use of gene clusters to infer functional coupling.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 96 (6), 2896-2901 (1999).</li>
<li>Dalquen, D. A., Dessimoz, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bidirectional+Best+Hits+Miss+Many+Orthologs+in+Duplication-Rich+Clades+such+as+Plants+and+Animals%5BTitle%5D)+AND+%22Genome+Biol.+Evol%22%5BJournal%5D)">Bidirectional Best Hits Miss Many Orthologs in Duplication-Rich Clades such as Plants and Animals.</a> Genome Biol. Evol. 5 (10), 1800-1806 (2013).</li>
<li>Remm, M., Storm, C. E. V., Sonnhammer, E. L. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automatic+clustering+of+orthologs+and+in-paralogs+from+pairwise+species+comparisons1%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mol.+Biol%22%5BJournal%5D)">Automatic clustering of orthologs and in-paralogs from pairwise species comparisons1.</a> J. Mol. Biol. 314 (5), 1041-1052 (2001).</li>
<li>Kaduk, M., Sonnhammer, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+orthology+inference+with+Hieranoid+2%5BTitle%5D)+AND+%22Bioinformatics%22%5BJournal%5D)">Improved orthology inference with Hieranoid 2.</a> Bioinformatics. 33 (8), (2017).</li>
<li>Cramer, G. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcriptomic+analysis+of+the+late+stages+of+grapevine+%28Vitis+vinifera+cv.+Cabernet+Sauvignon%29+berry+ripening+reveals+significant+induction+of+ethylene+signaling+and+flavor+pathways+in+the+skin%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Plant+Biol%22%5BJournal%5D)">Transcriptomic analysis of the late stages of grapevine (Vitis vinifera cv. Cabernet Sauvignon) berry ripening reveals significant induction of ethylene signaling and flavor pathways in the skin.</a> BMC Plant Biol. 14, 370(2014).</li>
<li>Juretic, N., Hoen, D. R., Huynh, M. L., Harrison, P. M., Bureau, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+evolutionary+fate+of+MULE-mediated+duplications+of+host+gene+fragments+in+rice%5BTitle%5D)+AND+%22Genome+Res%22%5BJournal%5D)">The evolutionary fate of MULE-mediated duplications of host gene fragments in rice.</a> Genome Res. 15 (9), 1292-1297 (2005).</li>
<li>Filichkin, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genome-wide+mapping+of+alternative+splicing+in+Arabidopsis+thaliana%5BTitle%5D)+AND+%22Genome+Res%22%5BJournal%5D)">Genome-wide mapping of alternative splicing in Arabidopsis thaliana.</a> Genome Res. 20 (1), 45-58 (2010).</li>
<li>Quesada, V., Macknight, R., Dean, C., Simpson, G. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Autoregulation+of+FCA+pre-mRNA+processing+controls+Arabidopsis+flowering+time%5BTitle%5D)+AND+%22EMBO+J%22%5BJournal%5D)">Autoregulation of FCA pre-mRNA processing controls Arabidopsis flowering time.</a> EMBO J. 22 (12), 3142-3152 (2003).</li>
<li>Wong, D. C. J., Gutierrez, R. L., Gambetta, G. A., Castellarin, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genome-wide+analysis+of+cis-regulatory+element+structure+and+discovery+of+motif-driven+gene+co-expression+networks+in+grapevine%5BTitle%5D)+AND+%22DNA+Res%22%5BJournal%5D)">Genome-wide analysis of cis-regulatory element structure and discovery of motif-driven gene co-expression networks in grapevine.</a> DNA Res. 24 (3), 311-326 (2017).</li>
<li>Wong, D. C. J., Matus, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Constructing+Integrated+Networks+for+Identifying+New+Secondary+Metabolic+Pathway+Regulators+in+Grapevine%3A+Recent+Applications+and+Future+Opportunities%5BTitle%5D)+AND+%22Front.+Plant+Sci%22%5BJournal%5D)">Constructing Integrated Networks for Identifying New Secondary Metabolic Pathway Regulators in Grapevine: Recent Applications and Future Opportunities.</a> Front. Plant Sci. 8, 505(2017).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

在基因组时代，许多基因家族已在多个植物物种中得到深入表征。这些信息为功能研究奠定了基础，并为进一步探究家族中不同成员的作用提供了框架。在此背景下，还需要建立一种命名系统，能够唯一地标识家族中的每个成员，避免因不同研究团队独立为不同基因赋予名称而可能产生的重复和混淆。
经过慎重考虑，葡萄科学界同意根据与拟南芥（Arabidopsis）基因的相似性，将葡萄基因归入相应基因家族，并制定了一系列规则，用于描述葡萄中新基因家族的命名，其基本流程始于葡萄与拟南芥家族成员之间的核苷酸序列系统发育比较8。因此，只有在拟南芥中已正确注释并命名的基因，方可用于葡萄基因家族的命名。本文所述鉴定拟南芥中葡萄ATL同源基因的方法，正是为了满足葡萄基因家族正确命名的要求而进行的。然而，对于其他植物物种，也可考虑采用替代性方法。例如，可通过双向BLAST比对（BBH）推断同源关系，即两个物种中彼此之间序列相似性最高（即比对得分最高）、且高于各自与其他任何基因相似性的基因对被定义为同源基因44<...

在过去十年中，葡萄基因组学的研究取得了大量进展。葡萄是一种具有重要经济价值的作物，已成为研究果实发育以及木本植物对生物和非生物胁迫响应的模式植物。在此背景下，2007年发布的Vitis vinifera cv. PN40024基因组序列1及其2011年的更新版本2，推动了&#34;组学&#34;规模数据的快速积累，并促进了高通量研究的蓬勃发展。基于已发表的序列数据，现在可以对特定基因家族（通常由具有保守基序、结构和/或功能相似性以及进化关系的蛋白质组成）进行系统分析，以揭示其分子功能、进化历程以及基因表达模式。这些分析有助于理解基因家族如何在全基因组水平上调控生理过程。
植物生命周期的许多方面受到泛素介导的关键蛋白降解的调控，这一过程需要精确调控蛋白质的周转，以确保正常的细胞活动。泛素介导的降解过程中的重要组分是E3泛素连接酶，它们通过招募特定底物赋予系统灵活性3。因此，E3连接酶构成一个庞大的基因家族，在Arabidopsis thaliana基因组中预测约有1,400个编码E3泛素连接酶的基因4，每个E3泛素连接酶负责特定靶蛋白的泛素化。尽管底物特异性的泛素化在植物细胞调控中具有重要意义，但关于泛素化通路如何被调控以及靶蛋白的识别，目前仅在少数情况下有所了解。解析这种特异性和调控机制首先依赖于系统中各个组分的鉴定与表征，尤其是E3连接酶。在泛素连接酶中，ATL亚家族的特征是在A. thaliana中鉴定出91个成员，均含有RING-H2指结构域5,6，其中部分成员在防御反应和激素响应中发挥功能7。
定义一个新基因家族成员的首要关键步骤是精确界定该家族的特征，例如共有基序、关键结构域以及蛋白质序列特征。事实上，基于BLAST分析可靠地检索出所有基因家族成员需要某些必需的序列特征，特别是负责蛋白质功能或活性的蛋白质结构域，这些可作为蛋白质的特征性标志。这一过程可通过先前对其他植物物种中相同基因家族的表征来实现，也可通过分析不同植物物种中假定属于同一家族的多个基因，以鉴定其共有序列。随后，可根据国际联盟为特定植物物种确立的通用规则对家族成员进行逐一命名。例如，在葡萄中，该流程需遵循葡萄基因注释超级命名委员会（sNCGGa）的建议，即构建包含V. vinifera和A. thaliana基因家族成员的系统发育树，从而基于核苷酸序列进行基因注释8。
家族成员的染色体定位及基因重复事件分析有助于揭示全基因组重复或串联重复基因的存在。此类信息对于解析基因的潜在功能具有重要意义，因为它可能揭示功能冗余，或表明其他不同情形，例如i.e.，功能丧失（non-functionalization）、新功能化（neo-functionalization）或亚功能化（sub-functionalization）9。其中，新功能化与亚功能化是产生遗传新颖性的重要事件，为植物适应不断变化的环境提供了新的细胞组分10。特别是在葡萄基因组的进化过程中，祖先基因的重复及新基因的产生十分频繁，而通过邻近重复和串联重复产生的新基因更有可能获得新的功能11。
解析基因家族功能的另一个关键因素是转录组谱。公共数据库提供了海量的转录组数据，可加以利用，通过大规模分析为基因家族成员分配假定功能。 计算机模拟 表达分析。事实上，某些基因在特定植物器官中的特异性表达，或在应对特定胁迫时的表达模式，可为相应蛋白质在特定条件下的潜在功能提供线索，并支持关于重复基因可能发生亚功能化以应对不同挑战的假说。为此，需考虑多个数据集：这些数据可以是已有的基因表达矩阵，例如葡萄器官及发育阶段的全基因组转录图谱12，或者可以自行构建 特设的 通过获取特定植物物种在特定胁迫条件下的转录组数据集来实现。此外，可采用一种简单方法，利用两个矩阵进行分析：其中一个矩阵包含序列间的成对相似性数据，另一个矩阵包含基因间的成对共表达系数，从而评估基因家族中序列相似性与表达模式之间的关系。
本研究旨在提供一种全局性方法，通过定义基因结构、保守的蛋白质基序、染色体位置、基因重复事件以及表达模式，同时预测蛋白质的亚细胞定位和磷酸化位点，从而对植物中的基因家族进行系统而全面的表征。本文将这一综合性方法应用于葡萄中ATL E3泛素连接酶家族的鉴定与分析。鉴于ATL亚家族成员在调控关键细胞过程中的日益凸显的作用7，本研究有助于筛选出适合开展功能研究的重点候选基因，并最终揭示这一重要作物适应环境的分子机制。

<table><tbody><tr><td>个人计算机</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>基本局部比对搜索工具（BLAST）</td><td></td><td></td><td>https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi</td></tr><tr><td>分子进化遗传学分析软件（MEGA）</td><td></td><td></td><td>http://www.megasoftware.net/</td></tr><tr><td>基于基序的序列分析工具（MEME）</td><td></td><td></td><td>http://meme-suite.org/</td></tr><tr><td>Geneious</td><td>Biomatters Limited</td><td></td><td>http://www.geneious.com/</td></tr><tr><td>ProtParam 工具</td><td></td><td></td><td>http://web.expasy.org/protparam/</td></tr><tr><td>ngLOC</td><td></td><td></td><td>http://genome.unmc.edu/ngLOC/index.html</td></tr><tr><td>TargetP v1.1 服务器</td><td></td><td></td><td>http://www.cbs.dtu.dk/services/TargetP/</td></tr><tr><td>Protein Prowler</td><td></td><td></td><td>http://bioinf.scmb.uq.edu.au:8080/pprowler_webapp_1-2/</td></tr><tr><td>MUsite</td><td></td><td></td><td>http://musite.sourceforge.net/</td></tr><tr><td>Pfam</td><td></td><td></td><td>http://pfam.xfam.org/</td></tr><tr><td>TMHMM 服务器 v. 2.0</td><td></td><td></td><td>http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/</td></tr><tr><td>ProtScale</td><td></td><td></td><td>http://web.expasy.org/protscale/</td></tr><tr><td>葡萄基因组数据库（CRIBI）</td><td></td><td></td><td>http://genomes.cribi.unipd.it/grape/</td></tr><tr><td>PhenoGram</td><td></td><td></td><td>http://visualization.ritchielab.psu.edu/phenograms/plot</td></tr><tr><td>MCScanX</td><td></td><td></td><td>http://chibba.pgml.uga.edu/mcscan2/</td></tr><tr><td>交互式生命之树（iTOL）</td><td></td><td></td><td>http://itol.embl.de/</td></tr><tr><td>UniProt</td><td></td><td></td><td>http://www.uniprot.org/</td></tr><tr><td>Phylogeny.fr</td><td></td><td></td><td>http://www.phylogeny.fr/index.cgi</td></tr><tr><td>MUSCLE</td><td></td><td></td><td>http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/muscle/</td></tr><tr><td>Gblocks 服务器</td><td></td><td></td><td>http://molevol.cmima.csic.es/castresana/Gblocks_server.html</td></tr><tr><td>&lt;em&gt;Vitis vinifera&lt;/em&gt; cv. Corvina 基因表达图谱数据矩阵</td><td></td><td></td><td>https://www.researchgate.net/publication/273383414_54sample_&lt;br /&gt;datamatrix_geneIDs_Fasoli2012</td></tr><tr><td>多实验查看器（MeV）</td><td></td><td></td><td>http://mev.tm4.org/#/welcome</td></tr><tr><td>序列读取归档库（SRA）</td><td></td><td></td><td>https://www.ncbi.nlm.nih.gov/sra</td></tr><tr><td>R</td><td></td><td></td><td>https://www.r-project.org/</td></tr><tr><td>EMBOSS Needle（EMBL-EBI）</td><td></td><td></td><td>http://www.ebi.ac.uk/Tools/psa/emboss_needle/</td></tr></tbody></table>

葡萄树atl e3泛素连接酶基因家族的全基因组鉴定与表达荟萃分析的综合工作流程

Comprehensive Workflow for the Genome-wide Identification and Expression Meta-analysis of the ATL E3 Ubiquitin Ligase Gene Family in Grapevine

基因家族的分类与命名可显著促进对编码蛋白多样性的描述，并基于多个特征（如序列基序的存在、特定翻译后修饰位点以及家族成员在不同条件下的表达谱）预测家族功能。本文描述了一种用于基因家族表征的详细实验方案。此处，该方法应用于葡萄中Arabidopsis Tóxicos in Levadura（ATL）E3泛素连接酶家族的表征。该方法包括全基因组范围内鉴定家族成员，分析基因定位、结构与复制事件，保守蛋白基序分析，蛋白亚细胞定位与磷酸化位点预测，以及在不同数据集中对家族成员进行基因表达谱分析。此流程可根据实验目的进一步扩展，适用于任何具有基因组数据的植物物种中的任意基因家族，为功能研究筛选出有价值的候选基因，并为植物适应环境的分子机制提供见解。

VIT_05s0077g01970 基因，被鉴定为最相似于 A. thaliana ATL2 (At3g16720) 通过 BLASTp 搜索，被用作探针以分析葡萄基因组中的 ATL 家族成员V. vinifera cv Pinot Noir PN40024）。经过数个循环后，PSI-BLAST 分析收敛，获得一组属于葡萄 ATL 基因家族的候选基因列表（图1A）。通过目视检查分析中鉴定出的所有条目的MUSCLE比对结果，评估每个候选蛋白是否含有典型的RING-H2结构域。图1B）。根据原始ATL定义，只有包含正确间距的保守氨基酸、两个组氨酸残基以及位于第三个半胱氨酸之前的脯氨酸残基的基因，才被视为ATL基因。 拟南芥5共有96个葡萄基因满足要求，被选作进一步表征。对每个ATL家族成员进行分析，以确定其基因及其编码蛋白的特异性特征。 即...

本文描述了在葡萄中鉴定和表征基因家族的方法，该方法应用于拟南芥酵母毒性（Arabidopsis Tóxicos in Levadura，ATL）E3泛素连接酶家族。

葡萄树ATL E3泛素连接酶基因家族的全基因组鉴定与表达荟萃分析的综合工作流程

基因家族中基因的分类与命名可显著促进对编码蛋白多样性的描述以及对……

本实验的总体目标是通过对基因结构、相关蛋白基序、染色体位置、基因重复事件及表达模式的全面定义，从全局角度对植物中的一个基因家族进行详尽表征。该方法有助于回答植物分类学中的关键问题，例如通过全基因组鉴定家族成员及其转录组特征，从而实现基因表达分析。该完整流程的主要优势在于提供了一套详尽的实验步骤，以实现对基因家族的全面表征。该方法可应用于任何具有可用遗传数据的植物物种的任何基因家族。此外，该方法可提供有价值的信息，用于鉴定功能研究中的候选基因。整个实验流程将由我实验室的Pietro Ariani进行演示。打开 Blast 网页，点击蛋白质 Blast 部分。在“输入查询序列”字段中，输入将用作探针以鉴定其他家族成员的蛋白质的氨基酸序列。应使用具有该家族所有重要特征的蛋白质。接下来，在“选择搜索集”字段中，选择参考蛋白质数据库和目标生物体。现在，在“程序选择”字段中，选择 PSI-BLAST 算法。如有需要，可单击“算法参数”以调整高级参数，如最大目标序列数和打分矩阵。E 值是显著性阈值，本次搜索中将其从 0.05 降低至 0.01。点击 BLAST 按钮以运行分析。在所有与查询序列显示相对匹配的序列中，取消选择明显不属于该家族的条目。通过点击 PSI-BLAST 列中选择框的对勾来执行此操作。然后，通过点击“go”按钮运行第二次 PSI-BLAST 迭代。所有新识别出的序列将以黄色高亮显示。再次取消选择不属于该科的命中结果。重复此过程，直至算法未找到任何相关条目或达到收敛状态。当所有假阳性结果均被剔除后，将氨基酸序列收集到一个 FASTA 格式的文件中，并将该文件上传至生物信息学软件套件。接下来，在列表中选择所有已导入的序列，然后点击工具栏中的“比对/组装”按钮。随后点击“双两序列多序列比对”，选择 MUSCLE 比对方法，然后点击“确定”。此时将使用默认参数进行序列比对。接着可视化该比对结果的序列标志图（sequence logo），并通过肉眼观察基因序列，以查找可能的假阳性结果。文中方案描述了对蛋白理化参数与结构域、染色体分布、重复事件以及外显子-内含子结构的进一步分析。接下来，通过构建高质量的系统发育树并确定家族命名法，分析ATL家族成员之间的关系。首先，从UmoProt数据库中获取作为参考序列的拟南芥（Arabidopsis adopt systeliana）ATL序列，这些序列是葡萄基因命名所必需的参考。然后创建一个FASTA文件，包含用于系统发育分析的葡萄和拟南芥基因家族成员的所有核苷酸序列。现在访问Phylogeny.fr主页，选择系统发育分析流程。大多数情况下，使用一键式分析即可；但如有需要，也可通过高级选项选择特定的高级设置，甚至使用菜单式选项进行完全自定义的分析。接下来，输入分析的名称并上传FASTA文件，然后点击提交以运行分析。如果此操作导致错误消息，请单独完成系统发育分析流程中的每一步。首先，访问 MUSCLE 软件主页并上传 FASTA 文件。选择 Pearson FASTA 作为输出格式，然后提交。接下来，以 FASTA 格式下载文件，并剔除任何比对质量较差的位点。打开 G-block 服务器工具，上传比对的 FASTA 文件，选择 DNA 作为序列类型，并根据分析需求选择合适的严格度。对于葡萄 ATL 基因家族的比对，由于序列差异较大，选择系统提供的全部三项宽松筛选选项。然后点击“获取模块”以运行分析。为保存结果，点击输出页面底部的比对结果，并创建一个新的FASTA文件。G-blocks可去除DNA或蛋白质比对中分歧区域的比对不良位点，从而使比对结果更适用于系统发育分析。在此步骤中，列严格性参数的经验性选择至关重要，以确保它们符合三者的一致性要求。为了完成系统发育树的构建，我们进入 Phylogeny France 的主页。在该页面中，选择“a la carte”流程，并取消选中以下选项：多序列比对和比对校正。接下来，点击“create workflow”，上传经 G-blocks 校正后的 FASTA 文件，选择自举法（bootstrapping）分析程序，并使用默认参数和设置。最后，单击提交以运行分析。至此，逐步操作完成。系统生成系统发育树后，将自展支持率低于 70% 的分支折叠收起，然后以 Newick 格式下载最终结果，用于进一步分析。该文本方案提供了基于系统发育关系指定基因名称的指导。在此方案中，从基因表达文库中获取经arma标准化的表达值，制作成带制表符分隔的文本格式文件。将每个基因家族的表达值按相同的模式行进行整理。接下来，使用多实验查看器软件进行分级双聚类分析。首先，上传工作数据矩阵并选择文本文件。选择单色阵列，并在未提供自动注释时取消勾选“加载注释”选项。选择表达量表格预览中左上角的表达量数值，然后点击加载按钮。接下来，对数据进行调整，应用 Log2 转换以及基因/行标准化。然后设置合适的尺度范围。现在计算层次聚类。在排序优化字段中，选择优化基因叶序和优化样本叶序。接下来，在连接方法选择字段中，选择平均连接聚类，而在距离矩阵选择字段中选择皮尔逊相关性。然后单击“确定”以运行分析。在窗口左侧面板中查看结果，并通过文件菜单中的“保存图像”导出热图。根据BLAST-P搜索结果，拟南芥ATL2最相似的基因被用于调查葡萄基因组中的ATL家族成员。经过数个循环后，PSI BLAST 分析趋于收敛，提供了一份基因家族中假定基因的列表。通过目视检查 MUSCLE 比对结果，评估了每个候选基因是否存在典型的环状 H2 结构域。由此将搜索范围缩小至 96 个葡萄基因。通过将鉴定出的基因与拟南芥ATL基因家族进行系统发育分析，从而确定命名。在96个葡萄ATL基因中，有13个被赋予了特定标识符，作为拟南芥ATL基因的直系同源物。利用分级双聚类分析，将鉴定出的基因映射到葡萄全局基因表达图谱，结果显示全部96个基因在至少一种组织中表达，并可识别出五个表达聚类。类似的方法也被用于研究这些基因在生物胁迫下的表达情况。ATL基因家族直接参与了对病原体感染的响应，其中有62个基因在至少两种条件下表现出显著的表达调控。观看本视频后，您应能够充分理解如何使用相关软件对基因家族进行表征分析。在进行该实验流程时，重要的是要仔细界定特定基因家族的特征以及用于全基因组家族成员鉴定的相应探针。通过该流程，可以基于除基因家族命名所需物种之外的其他一些物种构建额外的系统发育树，从而研究基因家族的进化及P30的功能。

comprehensive-workflow-for-genome-wide-identification-expression-meta

Research

科研

JoVE Journal

Biology

生物学

葡萄全基因组鉴定与表达的综合工作流 E3 泛素连接基因家族的 Meta 分析

采用微阵列分析来确定秀丽隐杆线虫（C.

使用微阵列和实时 PCR 确定秀丽隐杆线虫（C. elegans）的基因表达谱

结合基因组学、共表达基因分析以及通过代谢途径鉴定靶向化合物，可实现基因功能注释。...

通过整合基因组学、代谢组学与生物信息学注释植物基因功能

细胞生物学的一个基本研究目标是阐明构成真核细胞的细胞器身份特征背后的机制。本文提出一种利用荧光显微镜和下一代测序技术鉴定植物细胞器形态与功能完整性的相关基因的方法。...

荧光显微镜筛选与高通量测序：鉴定参与细胞器完整性的基因的有用工具

本文描述了非靶向代谢组学、转录组学及多变量统计分析在葡萄果实转录本和代谢物研究中的应用，旨在深入理解风土（terroir）概念。...

风土概念通过葡萄果实代谢组学与转录组学的解析

Galaxy 和 DAVID 已成为广受欢迎的工具，使没有生物信息学背景的研究人员也能够分析和解读 RNA-Seq 数据。本文描述了一项针对 C. elegans 研究人员的实验方案，用于开展 RNA-Seq 实验，利用 Galaxy 获取并处理数据集，并通过 DAVID...

C. elegans RNA测序数据通过Galaxy平台上的Tuxedo软件套件进行转录组分析

内在无序结构域对致癌融合转录因子的功能具有重要作用。为了靶向治疗这些蛋白，需要更深入地理解这些结构域所采用的调控机制。本文中，我们利用转录组学方法，绘制尤因肉瘤中内在无序的 EWS...

利用转录组学分析绘制无序致癌转录因子的结构-功能关系

本实验方案的目的是利用RNA测序数据研究候选基因的进化与表达。...

利用RNA-seq研究分子进化与基因表达的生物信息学分析流程

在本实验方案中，我们介绍了一种优化的工作流程，该流程结合了高效且快速的大量样本制备方法。此外，我们还提供了逐步操作指南，以减少分析变异，实现对代谢组全基因组关联研究的高通量评估。...

大规模多组学全基因组关联研究（Mo-GWAS）：样本制备与标准化操作指南

本方案描述了一种在人类真菌病原体Candida...

全基因组范围转录因子-DNA 结合相互作用分析：一种针对Candida albicans的全面CUT&amp;RUN方法与数据分析流程

高通量单细胞RNA测序（scRNA-seq）方法的可行性和有效性预示着植物研究进入单细胞时代。本文介绍了一种分离特定拟南芥（Arabidopsis...

植物细胞类型的分离与转录组分析

本研究提出了一种空间Trekker–CUT&amp;#38;Tag多组学方案，将组织切片的直接空间条形码技术与单细胞多组学分析相结合。该方法能够同时实现基因表达和组蛋白H3K27ac修饰的空间解析单细胞谱型分析，为在组织微解剖背景下理解基因调控机制提供了深入见解。...

空间分辨的、整合式单细胞多组学分析：在冷冻组织切片中对转录组与表观基因组靶标进行联合检测

探索葡萄全基因组鉴定与E3泛素连接酶基因家族表达分析的综合工作流。该方法涵盖基因结构、蛋白基序、染色体定位、基因复制及表达模式，为植物基因家族系统表征提供完整实验步骤。

葡萄树ATL E3泛素连接酶基因家族的全基因组鉴定与表达荟萃分析的综合工作流程

探索更多视频