稻瘟菌基因组规模分泌蛋白的预测分析

利用信号肽分析软件SignalP v3．0，亚细胞器蛋白定位软件TargetP v1．01，GPI-锚定位点软件big—PI Predictor和跨膜螺旋结构软件THMM-2．0这4个软件分析预测稻瘟菌12595个蛋白序列中有1134个分泌蛋白。编码这些蛋白的可读框（ORF）最小值为78bp，最大值为7849bp，平均1231bp。引导它们的信号肽长度介于15—45个氨基酸之间，平均为21个氨基酸。435个分泌蛋白具有功能描述，主要是与代谢有关的酶类。分析了其中降解细胞壁组分和与致病相关的酶类，提示在稻瘟菌侵染水稻不同阶段产生的关键酶及基因的功能需进一步研究。     

大豆质膜内在水孔蛋白的生物学功能预测

[目的]利用生物信息学方法对大豆质膜内在水孔蛋白（GrnPIP）的亚细胞定位、跨膜区、信号肽和磷酸化住点进行预测,为基因的功能研究提供参考。[方法]从干旱胁迫后磊抗旱大豆品种21的叶片中克隆出GmPIP基因．利用PSLpced、Protcomp Version8．0、WoLF PSORT、CELLO v2．5等亚细胞预测工具进行亚细胞定位预测;利用TMHMM Serverv．2．0进行蛋白跨膜区分析;利用NetPhos 2．0 Server进行磷酸化位点分析;利用SignaIP3．0 Server程序进行信号肽分析。[结果]综合4种工具的预测结果表明,GmPIP蛋白包含6个跨膜区,亚细胞定位预测表明该蛋白位于细胞质膜上,发现该蛋白的第254个氧基酸是一个潜在的糖基化位点和13个磷酸化位点,该蛋白没有明显的信号肽结构。[结论]利用不同方法进行的生物信息学分析结果可相互验证,生物信息学可以对未知蛋白进行初步的功能预测．有助于确定后续试验的方向．     

可可毛色二孢全基因组分泌蛋白的预测及分析

【目的】可可毛色二孢（Lasiodiplodia theobromae）是一种世界性分布的重要植物病原真菌,可引起严重的葡萄溃疡病（Botryosphaeria dieback）,影响果木品质并造成巨大的经济损失。本研究预测并分析可可毛色二孢基因组范围内的分泌蛋白,并明确其基本特征,为该病菌分泌蛋白致病机理的研究打下基础。【方法】依据已公布的可可毛色二孢全基因组序列,利用信号肽预测软件SignalP v5.0、跨膜结构分析软件TMHMM v2.0、细胞器定位分析软件ProtComp v9.0、GPI锚定预测软件big-PI Fungal Predictor和亚细胞器定位分析软件TargetP v2.0生物信息学软件对该菌中的典型分泌蛋白进行筛选。对分泌蛋白N端信号肽的长度、氨基酸使用频率及其切割位点进行统计分析。依据蛋白序列的同源性,应用BLASTP程序对分泌组蛋白进行功能注释分析,预测其生物学功能。采用蔗糖酶缺陷的酵母分泌系统,对所选分泌蛋白的信号肽进行活性检测。利用qRT-PCR方法检测所选分泌蛋白基因在可可毛色二孢侵染葡萄中的表达情况。【结果】在可可毛色二孢全基因组编码蛋白中共筛选获得552个潜在的具有典型信号肽的分泌蛋白,占全基因组预测蛋白总数的4.3%,其编码蛋白长度集中于101—400 aa。信号肽统计分析表明,其信号肽长度以18—20 aa的序列最为集中,信号肽长度为20 aa的蛋白数量最多。信号肽中使用频率最高的氨基酸为丙氨酸;非极性、疏水的氨基酸使用频率最高,占氨基酸总数的60.2%。其信号肽的-3至-1位置上的氨基酸相对保守,切割位点属于A-X-A类型,可被Sp I型信号肽酶识别并切割。336个分泌蛋白具有功能注释,其功能较多集中于细胞壁降解有关的酶类以及致病相关蛋白,并且这些蛋白在分子量、等电点、脂肪族氨基酸指数等方面均存在差异。通过蔗糖酶缺陷的酵母分泌系统证实,挑选的9个分泌蛋白信号肽均具有分泌活性。qRT-PCR检测结果表明,所选分泌蛋白基因在该病菌侵染初期的表达发生变化。【结论】利用生物信息学分析技术从可可毛色二孢全基因组中共预测获得552个经典分泌蛋白。其信号肽氨基酸长度分布广泛,氨基酸组成中非极性、疏水的氨基酸使用频率最高。功能注释主要集中在细胞壁组分降解相关的酶类、致病侵染相关的坏死诱导相关蛋白以及几丁质结合蛋白等。     

稻瘟菌基因组规模分泌蛋白的预测分析*

 利用信号肽分析软件SignalP v3.0,亚细胞器蛋白定位软件TargetP v1.01,GPI-锚定位点软件big-PI Predictor和跨膜螺旋结构软件THMM-2.0这4个软件分析预测稻瘟菌12595个蛋白序列中有1134个分泌蛋白。编码这些蛋白的可读框(ORF)最小值为78bp,最大值为7849bp,平均1231bp。引导它们的信号肽长度介于15～45个氨基酸之间,平均为21个氨基酸。435个分泌蛋白具有功能描述,主要是与代谢有关的酶类。分析了其中降解细胞壁组分和与致病相关的酶类,提示在稻瘟菌侵染水稻不同阶段产生的关键酶及基因的功能需进一步研究。     

大白菜ENT基因家族的鉴定与生物信息学分析

核苷转运蛋白(nucleoside transporter,ENT)是一类具有跨膜运输核苷和核苷类似物的功能蛋白。为深入研究大白菜ENT基因家族的功能,利用生物信息学方法对大白菜基因组中的ENT基因家族成员进行鉴定,并对其基因组信息、蛋白生理生化特征、基因结构、保守结构域、系统进化树等方面进行了研究。结果表明,在大白菜基因组中共鉴定到12个ENT基因,通过系统发育树分析,可以将12个ENT基因分为2类;对大白菜ENT蛋白氨基酸序列多重比对和蛋白跨膜域的分析表明,BrENT蛋白存在11个跨膜域,为跨膜蛋白;通过MEME软件对大白菜ENT蛋白motif的预测还发现了14个比较保守的motif。染色体分析表明,ENT基因在大白菜10条染色体上不均匀分布,而且存在明显的串联重复现象,推测串联复制是ENT基因家族基因扩增的主要方式,研究结果为在基因组范围内研究ENT基因的功能奠定了基础。     

柴达木盆地梭梭耐盐相关基因PrxQ的克隆及其蛋白结构预测

对柴达木盆地梭梭的Prx Q基因进行扩增,并利用生物软件对Prx Q基因序列进行分析,对蛋白结构进行预测。结果表明:柴达木盆地梭梭Prx Q基因长度为657 bp,编码218个氨基酸;Prx Q蛋白亲水性、二级结构、亚细胞定位、信号肽、跨膜螺旋区、三级结构预测结果显示,柴达木盆地梭梭Prx Q蛋白亚细胞定位于叶绿体,蛋白二级结构主要为无规则卷曲;Prx Q具有2个N-糖基化位点、7个蛋白激酶C磷酸化位点、2个酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点,此外Prx Q蛋白的亲水性较强,无跨膜螺旋区。柴达木盆地梭梭Prx Q蛋白三维结构预测结果显示,Pr XQ蛋白三维结构由α螺旋、β折叠、无规则卷曲互相盘绕而成。     

基于全基因组预测和分析花生果腐病原菌分泌蛋白

【目的】为分析花生果腐病病原菌-新孢镰刀菌的侵染机制并筛选可用基因。【方法】以全基因组测序结果为基础,根据分泌蛋白与效应因子的特点,采用SignalP、TMHMM、WoLF PSORT及NetGPI等软件一步步筛选,对新孢镰刀菌全基因组12 756条蛋白序列进行了分泌蛋白预测和功能分析。【结果】新孢镰刀菌全基因组编码蛋白中有701条序列具有典型的分泌蛋白特征,占蛋白总数的5.49%,其长度主要分布在101～700个氨基酸范围内。信号肽的分析结果表明,信号肽-3和-1位置的氨基酸相对保守,其切割位点属于典型的A-X-A型。对分泌蛋白功能预测结果表明,656个分泌蛋白获得了功能注释,其功能主要涉及碳水化合物的运输、代谢过程,蛋白翻译后修饰和氨基酸代谢、运输过程。分泌蛋白中效应蛋白预测结果表明,新孢镰刀菌分泌蛋白中共有161个潜在的效应蛋白。【结论】对新孢镰刀菌分泌蛋白的有效预测和功能分析,为筛选新效应蛋白,明确其致病机理,筛选寄主抗性基因奠定了基础。同时为花生果腐病抗性品种选育和综合防治提供理论依据。     

谷子生长调节因子互作因子基因家族生物信息学分析

【目的】生长调节因子互作因子(GRF-interacting factor,GIF)是植物体内一类转录共激活因子,在植物生长发育和逆境胁迫中起重要作用。通过系统分析谷子GIF基因家族的组成、各成员的结构以及进化关系,为GIF基因调节机制研究提供参考。【方法】利用谷子基因组数据库,采用生物信息学的方法,鉴定谷子GIF基因家族的基因结构、染色体定位,编码蛋白相似性、二级结构、跨膜区和磷酸化位点预测,通过序列比对进行进化和分类分析。【结果】谷子含有3个GIF基因,均含有4个外显子,分布于第3、8和9号染色体上。编码SiGIF1蛋白和SiGIF2蛋白相似性最高,为72.04%,SiGIF1蛋白和SiGIF3蛋白相似性最低,为37.08%。二级结构分析显示,谷子GIF蛋白无规则卷曲占比最高(41.56%～56.60%),其次为α-螺旋(34.43%～35.50%),再次为β-转角(5.19%～11.69%),β-折叠最低(3.23%～11.26%)。TMHMM跨膜区进行分析显示,谷子GIF蛋白均不含有跨膜区。MEME保守基序分析显示,谷子GIF蛋白均含有保守的SSXT (PF05030)结构域。磷酸化位点预测分析表明谷子GIF蛋白均含有潜在磷酸化位点。【结论】谷子GIF基因家族的基因结构、磷酸化位点预测等生物信息学分析结果将为揭示谷子GIF基因家族在谷子生长发育过程中的功能提供重要的线索。     

柴达木盆地梭梭NHX基因的克隆及其编码蛋白的结构预测

对柴达木盆地梭梭的NHX基因进行扩增,并利用生物软件对NHX基因序列进行分析,对蛋白结构进行预测。结果表明:柴达木盆地梭梭NHX基因长度1 677bp,编码559个氨基酸。NHX蛋白预测显示柴达木盆地梭梭NHX蛋白定位于液泡膜,二级结构主要为α螺旋和无规则卷曲,具有4个N-糖基化位点,1个cAMP、cGMP依赖性蛋白激酶磷酸化位点,8个蛋白激酶C磷酸化位点,8个酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点,9个N-豆寇酰基化位点及1个亮氨酸拉链模型。此外NHX蛋白的亲水性较弱,具有12个跨膜螺旋区。三维结构预测显示NHX蛋白三维结构均主要由α螺旋和无规则卷曲互相盘绕而成,含有少量β折叠,研究结果为下一步柴达木盆地梭梭NHX基因的表达特性及功能研究提供了依据。     

玉米Zmglp基因的克隆及生物信息学分析

类萌发素蛋白(Germin-like proteins, GLPs)是病程相关蛋白,在玉米防御弯孢菌中起重要作用。本研究,以弯孢菌抗性品种Mo17和感性品种黄早4为材料,克隆编码GLP蛋白的基因,并对其生物信息进行分析。结果表明,从Mo17和黄早4中分离的Zmglp基因均包含由639 bp构成的ORF,编码1个含有212个氨基酸残基的多肽。生物信息学分析显示,Mo17与黄早4的Zmglp表达的蛋白为PI=6.01的稳定亲水性蛋白;包含了一个cupin_OxOx保守区,属于Cupin类超级家族蛋白,N端有一处跨膜区且信号肽切割位点位于22和23位氨基酸之间,存在有10个磷酸化位点与8个糖基化位点;进化分析显示与双色高粱的GLP蛋白相似度最高。     

米曲霉分泌组的预测及分析

利用信号肽分析软件SignalP3.0跨膜结构预测软件Phobius、TMHMMv2.0和THUMBUP,GPI锚定位点预测软件big-PIPredictor,亚细胞蛋白定位软件TargetP1.1,对米曲霉全基因组中的12063个氨基酸序列进行预测。在米曲霉中有1019个分泌蛋白,编码这些蛋白的ORF最小为330bp,最长为5651bp,平均为1370bp。利用LipoP1.0分析预测得到的分泌蛋白中,755个带有I型信号肽酶识别位点,25个带有Ⅱ型信号肽酶识别位点,酶切位点附近氨基酸比较保守。利用TatP1.0对1019个分泌蛋白进行分析,得到43个蛋白序列可能从Tat途径分泌,但是没有找到RR-motif。在1019个分泌蛋白中,497个有功能描述,主要包括各种酶类、能量产生与传递以及自身修复防卫等。     

多杀性巴氏杆菌基因组分泌蛋白的预测分析

分泌蛋白对于细菌自身的生命活动以及在介导病原体与宿主之间相互作用的过程中发挥着重要的作用,深入研究分泌蛋白将有助于明确细菌的生命活动及与病原微生物互作的分子机制.利用多杀性巴氏杆菌(Pasteurella multocida)基因组学研究成果,结合信号肽分析软件SignalP v3.0、跨膜螺旋结构软件TMHMM v2.0、亚细胞器蛋白定位软件PSORTb和GPI-锚定位点软件GPI-SOM这4个软件,对多杀性巴氏杆菌2105个编码蛋白的ORF进行预测分析,最终获得了136个分泌蛋白.对其信号肽长度、氨基酸组成、相应ORF长度进行了统计.运用Blast P对其功能进行同源性分析,发现11个蛋白为多杀性巴氏杆菌所特有,这对多杀性巴氏杆菌的临床诊断具有一定的潜在应用价值.     

应用计算机手段分析植物病原细菌Ralstonia solanacearum的蛋白质序列*

 应用SignalP 3.0，LipoP和TargetP对植物病原细菌Ralstonia solanacearum基因组中的3440个ORFs（open reading frames）进行了信号肽分析，同时系统分析了信号肽的类型及结构。结果表明，3440个ORFs中有462个ORFs所编码蛋白质具有N-端有信号肽序列，其中348个分泌类信号肽、100个信号肽具有RR-motif信号肽，14个脂蛋白类信号肽，未发现Prepilin-like 信号肽和Bacteriocin and Pheromone信号肽。在这462个具有可切割信号肽的分泌蛋白中，有84.0%蛋白质为胞外分泌型（S型），13.2%为线粒体分泌型（M型），另外有2.8%为其它类型的分泌蛋白。通过LipoP分析该菌的全基因组预测具有4种类型蛋白质，其中其中SpI有425个，占12.3%；SpII有80个，占2.3%；CYT有2541个，占73.9%；TMH有414个，占12.0%。比较了Ralstonia solanacearum和Pseudomonas syringae pv. tomato信号肽的长度及氨基酸的组成，发现这两种菌在这些方面存在这很大程度的相似性。本研究通过对Ralstonia solanacearum进行分泌蛋白和信号肽结构的分析，为将来功能基因组和分泌型外源蛋白的利用提供理论基础。     

黄瓜CsGASA4基因克隆及生物信息学分析

选取霜霉病与棒孢叶斑病两种病害胁迫后,在抗病品种中上调表达、感病品种中下调表达的基因克隆。通过生物信息学分析,初步开展该基因编码蛋白理化性质分析、亲疏水性预测、亚细胞定位预测、蛋白质结构预测。结果表明,该基因编码区全长315 bp,编码104个氨基酸,编码蛋白属于GASA super-family,具有跨膜结构,存在明显信号肽。系统进化树显示与大马士革玫瑰亲缘关系最近,同源性最高。根据其编码蛋白将该基因命名为Cs GASA4,亚细胞定位于分泌系统囊泡中。研究为进一步探究该基因功能及挖掘黄瓜双抗基因奠定基础。     

毛白杨木质素合成酶基因F5H克隆与生物信息学分析

克隆毛白杨阿魏酸-5-羟基化酶(F5H)基因全长序列,并通过生物信息学分析,为进一步研究F5H基因功能提供基础.利用RT-PCR方法成功从毛白杨741组培苗叶片中克隆了F5H基因,并对F5H基因的核苷酸序列及推导的氨基酸序列进行分析,包括疏水性-亲水性、氨基酸翻译后修饰、亚细胞定位、跨膜结构域、蛋白质二级三级功能结构域等进行分析预测和推断.获得的基因长度为l 686 bp,编码区1542 bp,与已公布的毛果杨F5H mRNA序列(GenBank登录号为AJ010324)的编码区相似性达97.45％,并与其他植物的该基因序列具有同源性.F5H是亲水性较强的蛋白,整条肽链有1个跨膜结构域;通过亚细胞定位表明F5H主要位于质体中,并含有磷酸化位点有19个.F5H含有丰富的二级结构,卷曲占44.44％、折叠占7.02％、螺旋占48.54％,并预测了其三维结构.分析结果显示,植物的阿魏酸-5-羟基化酶是一个具有跨膜结构域的亲水性蛋白,在内质网等分泌途径中表达.     

隐藏嗜酸菌Acidiphilium cryptum JF-5分泌蛋白质组的分析

[目的]对隐藏嗜酸菌（Acidiphilium cryptumJF-5）全基因组的3063个氨基酸序列进行预测,分析其分泌蛋白质组的构成。[方法]利用信号肽预测软件SignalPv3.0、跨膜螺旋结构预测软件TMHMMv2.0、RR-motif信号肽预测软件TatPv1.0、脂蛋白质信号肽预测软件LipoPv1.0、非经典分泌蛋白质预测软件SecretomeP和亚细胞定位软件Psortbv2.0.4对Acidiphilium cryptumJF-5全基因组的3063个氨基酸序列进行预测分析。[结果]在隐藏嗜酸菌Acidiphilium cryptumJF-5中有444个蛋白质为分泌蛋白质,其中分泌型信号肽148个,RR-motif亚组型信号肽27个,脂蛋白质信号肽22个,无Prepiplin-like信号肽,非经典分泌蛋白质247个;另外,对分泌型信号肽的长度分布、氨基酸使用频率和酶切位点的氨基酸使用频率作出了统计分析。[结论]研究结果为进一步研究嗜酸菌Acidiphilium cryptumJF-5的基因功能提供了丰富的信息基础。     

陆地棉CRK基因家族的鉴定及其表达分析

【目的】富含半胱氨酸类受体激酶（CRK）是植物中最大的类受体激酶家族之一,在植物生长发育、激素信号传导和抗逆境胁迫中发挥重要作用。从全基因组水平鉴定陆地棉CRK基因家族并进行生物信息学和表达模式分析,为研究和利用陆地棉CRK基因家族奠定基础。【方法】从Pfam数据库下载stress-antifung结构域氨基酸序列,应用BLASTp程序搜索棉花基因组数据库,鉴定棉花CRK基因家族;利用Compute pI/Mw tool、SignalP、TMHMM Server V2.0、WoLF POSRT等在线工具预测陆地棉CRK家族蛋白的分子量、信号肽、跨膜结构域和亚细胞定位等;用ClustalX1.8软件对棉花和拟南芥CRK蛋白质进行氨基酸序列比对,MEGA5.0分析棉花和拟南芥CRK蛋白的系统进化关系;使用TBtools制作陆地棉CRK基因家族的染色体定位、基因结构和蛋白质结构域示意图;应用植物顺式调控元件数据库PlantCARE分析棉花启动子序列;通过植物磷酸化位点数据库PlantPhos预测陆地棉CRK家族蛋白的磷酸化位点;从NCBI数据库下载RNA-Seq数据,利用转录组定量工具Kallisto计算TPM值,通过在线工具Morpheus绘制陆地棉CRK家族基因表达热图。【结果】陆地棉基因组中有70个CRK基因,分布于14条染色体,其中52个基因（74.3%）集中串联成簇分布于A6/D6、A9/D9、A10/D10染色体,且在A/D染色体组之间呈现高度共线性关系。编码302-901个氨基酸,58个蛋白质（82.9%）具有跨膜结构域,主要定位于叶绿体、质膜和胞外。磷酸化位点预测结果表明,陆地棉和拟南芥CRK有5个相同的磷酸化位点基序,包括3种丝氨酸磷酸化位点基序和2种苏氨酸磷酸化位点基序。65个陆地棉CRK基因的启动子区（92.9%）至少含有一种逆境激素响应元件,69个基因启动子区（98.6%）至少含有一种生物或非生物胁迫响应元件。根据RNA-Seq数据分析结果,陆地棉CRK基因可分为3种不同的组织表达特征类型;盐、干旱、冷、热胁迫以及接种大丽轮枝菌均可以导致部分陆地棉CRK基因表达水平的改变。GhCRK25在根、茎、叶和胚珠中优势表达,在纤维中几乎不表达,ABA、GA3、SA、PEG-6000、氯化钠和大丽轮枝菌Vd991处理均能刺激GhCRK25迅速上调表达。应用病毒诱导的基因沉默技术（VIGS）沉默GhCRK25可导致棉花对大丽轮枝菌Vd991更为敏感。【结论】陆地棉CRK基因家族有70个成员,具有保守的基因结构和功能结构域,多样化的组织表达特征,大多数基因受激素和逆境调控。     

芝麻AQP家族的全基因组序列鉴定及其特征分析

【目的】从芝麻全基因组中分离鉴定水通道蛋白AQP（aquaporin）家族基因,并进行系统进化关系、连锁群定位、基因结构、跨膜结构域和亚细胞定位预测、保守性氨基酸残基以及青枯雷尔氏菌诱导表达分析,为芝麻AQP的功能研究与利用奠定基础。【方法】通过生物信息学手段,结合芝麻基因组注释信息,鉴定芝麻AQP家族成员序列信息,并用InterPro逐一进行验证。利用ClustalW2对芝麻、拟南芥和水稻的AQP以及马铃薯的XIPs进行多序列比对,用MEGA6.0构建进化树。通过MapInspect和Gene Structure Display Server 2.0进行连锁群定位和基因结构分析。采用ProtParam、WoLF PSORT和TMHMM Server v.2.0在线工具预测芝麻水通道蛋白的分子质量和等电点、亚细胞定位及跨膜结构域。通过芝麻、拟南芥和水稻AQP及马铃薯XIPs的蛋白多序列比对结果推测NPA基序、ar/R滤器及P1-P5的氨基酸残基。利用前期研究获得的转录组测序结果进行青枯雷尔氏菌诱导表达分析,并通过qRT-PCR技术对差异表达较为明显的12个芝麻AQP进行验证。【结果】系统分析鉴定了36个芝麻AQP家族基因,根据多序列比对及系统进化分析将其分为5个亚家族：13个质膜内在蛋白（PIP）、12个液胞膜内在蛋白（TIP）、8个类NOD26膜内在蛋白（NIP）、2个膜内在小分子碱性蛋白（SIP）和1个未知内在蛋白（XIP）,其中有34个基因定位在12个连锁群上。同一亚家族成员在基因结构、蛋白序列、亚细胞定位预测及保守性氨基酸残基等方面都较为相似。青枯雷尔氏菌诱导表达分析显示,NIPs、SIPs和XIPs表达无明显变化,部分PIPs和TIPs能够响应青枯菌诱导。SiPIP1;2、SiPIP1;3、SiPIP2;3和SiPIP2;4受青枯菌诱导后表达上调,SiPIP1;3和SiPIP2;3为持续上调,而SiPIP1;2和SiPIP2;4的表达先下调后上调;与之相反,表达下调较为显著的有SiPIP1;4、SiPIP2;1、SiPIP2;6、SiTIP1;1、SiTIP1;3、SiTIP2;1及SiTIP2;2。上述差异表达基因的qRT-PCR验证结果与转录组测序结果一致。【结论】通过全基因组分析,在芝麻中鉴定出36个AQP家族基因,分为5个亚家族,分布于12个连锁群上,大部分基因具有1-4个内含子（除SiNIP1;2有7个内含子外）。根据ar/R滤器和P1-P5氨基酸残基组成类型,预测不同亚家族AQP可能识别的底物。青枯菌诱导表达分析表明,部分PIPs和TIPs成员的表达发生了显著变化。