砀山酥梨HXK基因家族全基因组分析开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

本课题的意义砀山酥梨（pyrus bretschneideri rehd.）砀山酥梨是我国果品中的名产。

作为温带地区广泛种植的品种，砀山酥梨具有重要的经济价值；它以果实硕大，黄亮美色，皮薄多汁，肉多核小，甘甜酥脆等特点，驰名海内外。

其梨果营养丰富，含多种人体必需的氨基酸、维生素、矿物质，含糖量平均在13%左右。

2. 研究的基本内容和问题

1. 研究的目标、内容（1）挖掘砀山酥梨品种中和其他8个物种（苹果，葡萄，草莓，桃，梅，番茄，拟南芥和番木瓜）中HXK基因家族成员蛋白质序列，完成家族成员的筛选和基因 参数的整理；（2）对挖掘的数据进行生物信息学研究和数据整理：探究梨和其他蔷薇科物种或模 式植物在基因结构，进化关系，基因表达和功能分化方面的联系；（3）结合现有转录组数据 (Wu et al.2013) 数据和分子生物学实验结果验证砀山酥梨中己糖激酶家族成员的表达，判断前期生物信息预测的可行性，筛选出己糖激 酶家族中可靠的候选基因，为下一步砀山酥梨己糖激酶的代谢的深入研究铺垫。

2. 拟解决的关键问题（1）HXK基因家族在砀山酥梨和其他物种在成员数量，进化方式，基因结构和 功能表达上有什么特征？（2）HXK基因家族成员主要发生了怎样的进化和扩张？（3）砀山酥梨HXK不同家族成员之间下游mRNA表达呈现怎样的规律？单个基因成员是否存在组织特异性表达和时空差异表达？（4）哪些因素可能导致了HXK基因家族成员的功能分化？（5）砀山酥梨HXK家族中有哪些较为可靠的候选基因？综上说明基因的特征和功能，获得与糖性状相关的重要候选基因，为今后糖代谢和研究奠定基础。

3. 研究的方法与方案

1. 研究方法从生物信息学角度利用生物信息数据库完成hxk基因家族基因的筛选和数据的分析，结合生物信息分析家族成员的基因结构，进化历史和表达规律。

利用qrt-pcr技术进行基因表达量分析，结合生物信息数据和实验结果讨论，探究基因的表达。

2. 技术路线数据挖掘--------生物信息分析--------设计实验验证---------讨论3. 试验方案（1）查阅各类相关文献和数据库，下载hxk家族成员在梨和8个物种的种子文件利 用hmmer3 软件包隐马克诺夫模型和pfam数据库（http://pfam.sanger.ac.uk） 完成家族成员的筛选；（2）利用phyml3.1工具软件包分析进化关系，绘制9个物种hxk基因的进化树； 利用mega5.0软件设置nj和ml 方法绘制进化树；（3）将基因的cds sequence和genomic sequence上传到gsds（gene structure displayserver）(http://gsds.cbi.pku.edu.cn/) 进行结构域分析；（4）完成基因的meme保守域分析(http://meme.sdsc.edu/meme/)；（5）上游启动子顺势原件分析(place:http://www.dna.affrc.go.jp/place/index.html)；（6）ka，ks 进化速率计算分析（http://www.bork.embl.de/pal2nal/#runp2n）；（7）设计引物（软件：primer）；（8）设计实验：完成qrt-pcr实验；（9）参考果实转录组数据(http://peargenome.njau.edu.cn/) 和砀山酥梨可溶性含糖量变化规律，结合实验结果比较分析，得出结论。

4. 研究创新点

创新之处（1）hxk在植物当中的功能表达曾经被研究；在模式植物：拟南芥，水稻中的生物信息研究被报道过。

但是对于基因的功能分化，基因表达，基因进化研究较浅；同时hxk基因在蔷薇科植物中的研究很少，尚未建立完整的全基因组分析体系。

本课题以砀山酥梨为对象，hxk基因家族为核心，着重全基因组分析,基因的复制事件，功能分化，弥补前期研究的不足。

5. 研究计划与进展

研究计划及预期进展2015.3-2015.7主要完成数据挖掘和数据处理工作（1）序列获取和基因家族成员鉴定（2）构建进化树（3）基因结构分析（3）基因共线性绘制（4）基因启动子分析（5）MEME基因保守域分析（6）基因进化数据的计算统计（7）转录组数据查找和热图绘制（8）采集砀山酥梨不同时期，不同部位的样品2015.7-2016.3主要是验证试验的补充和文献检索阅读及论文的撰写（1）参考相关文献资料中的实验和转录组数据，初步筛选参与表达的基因（2）设计被初步筛选的基因引物（3）对样品进行处理分类，提取不同组织RNA备用（4）完成反转录工作和semi RT-PCR（5）凝胶电泳检验，记录整理结果（6）讨论转录组数据和实验结果的联系（7）大量阅读文献，撰写论文