烟草硝酸还原酶的生物信息学分析

为深入研究烟草中硝酸还原酶(nitrate reductase,NR)的功能,采用生物信息学方法,对烟草、拟南芥和水稻中的NR氨基酸序列进行了预测和分析。通过构建系统进化树,发现烟草与拟南芥NR的遗传距离较近,而与水稻中NR的遗传距离较远;蛋白质二级结构分析表明,烟草、拟南芥和水稻NR序列的C末端较为相似,而N末端差别较大;所有NR序列中都预测到5个结构域,且磷酸化位点主要位于N末端。但烟草中NR预测到的磷酸化位点少于拟南芥中预测到的,说明拟南芥中NR的活性受到更复杂的调控。     

烟草Nt-GAD的氨基酸序列分析

为从分子层面研究烟草Nt-GAD的氨基酸序列,采用Protparam、Interpro、Blast、Muscle、Phyml和Treedyn工具,分析烟草Nt-GAD氨基酸序列的理化特性、结构域和进化树。结果表明：烟草Nt-GAD成员的等电点均处于5.5～6之间,且Nt-GAD1和Nt-GAD2同源性最高,此外Nt-GAD2的耐热性最好,Nt-GAD3的稳定性最强;烟草Nt-GAD属于磷酸吡哆醛依赖性脱羧酶家族和谷氨酸脱羧酶家族,且具有磷酸吡哆醛依赖性转移酶同源超家族结构域,C末端存在独特区域钙调蛋白结构域,通过进化树分析烟草Nt-GAD成员被划分为三组,其中烟草Nt-GAD3(第一组)分化较为突出,而Nt-GAD2(第三组)则较为保守,而Nt-GAD1和Nt-GAD4被划分为第二组。     

拟南芥核苷二磷酸激酶基因家族的生物信息学比较与分析

为研究拟南芥核苷二磷酸激酶家族(AtNDPKs)5个成员之间的差异,对其在蛋白质结构、磷酸化位点、信号肽序列、功能区方面的差异进行了生物信息学的比较分析,并建立了系统进化树。结果显示,5个成员在等电点、吸光值和亲水性方面的差异明显。二级结构中,AtNDPK2的α螺旋比例与其他成员差异显著;在β转角和无规则卷曲方面,AtNDPK1a与AtNDPK3a表现出相反的情况。5个成员各含有1个NDK结构域,但分布位置不同。AtNDPK3a中酪氨酸磷酸化明显增多,AtNDPK1a的磷酸化位点与其他成员差异显著。AtNDPK1和AtNDPK2的信号肽裂解点位于第16和17位氨基酸之间,AtNDPK3和AtNDPK3a的位于第42和43位之间,而AtNDPK1a的位于第24和25位之间。AtNDPK1a的进化地位高于其他成员,AtNDPK3与AtNDPK3a的亲缘关系最近,而AtNDPK1与其他成员的亲缘关系较远。     

烟草β-1,3-葡聚糖酶的蛋白序列分析

葡聚糖酶是分布较为广泛且参与植物生理活动的一类蛋白,研究烟草葡聚糖酶蛋白序列,对掌握其作用机制具有重要的意义。分别采用NETPHOS,SMART,MEM,CLUSTAL和MEGA工具检测并分析烟草葡聚糖酶的磷酸化位点、蛋白结构、保守基序和进化树。结果表明,Nt BGl均含有丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸的磷酸位点,其中Nt BGl-2磷酸位点最多(分别为25,8,4个);Nt BGl均含有信号肽和O-糖基水解酶结构域,能够参与多种碳水化合物代谢过程,具有水解酶活性和水解O-糖基化合物的功能;Nt BGl具有的核心保守基序区为Motif-1—Motif-2—Motif-7—Motif-5—Motif-3—Motif-4—Motif-6,Nt BGl-1和Nt BGl-2含有特异的Motif-8,Motif-9和Motif-10;烟草的葡聚糖酶与拟南芥聚为一类,且Nt BGl-1和Nt BGl-2属于亚组Ⅰ,Nt BGl-3属于亚组Ⅱ。     

烟草PPO蛋白序列的生物信息学分析

烟草PPO蛋白具有功能多样性。为分析其功能,采用NetPhos、swissmodel和TargetP在线工具分析烟草PPO成员的磷酸化位点、三维结构和亚细胞定位。结果显示:NtPPO1、NtPPO2和Nt PPO3均含有丝氨酸位点、苏氨酸位点和酪氨酸位点,其中NtPPO1和NtPPO2的磷酸化位点数(63和64)及排列规律较为相似,而NtPPO3与其具有较大的差异;NtPPO1和NtPPO2的三维结构模板为4z11.1.A,而NtPPO3模板为4z12.1.A,此外,NtPPO1、NtPPO2和NtPPO3的β-折叠主要集中在序列的N端,具有类似于儿茶酚氧化酶的功能;NtPPO1和NtPPO2主要在线粒体中发挥功能。     

烟草泛素激活酶E1氨基酸序列的分析

泛素激活酶E1是促使泛素与蛋白质结合途径中的重要酶,为此,运用PROTPARAM、NetPhos和protscale工具分析烟草泛素激活酶E1成员的生理特性、磷酸化位点和疏水性。结果显示,NtUAE1、NtUAE2和NtUAE3属于稳定性蛋白,且耐热性较强,半衰期均大于20 h,均属于酸性氨基酸,三者各序列中的氨基酸含量占比位于为Pro、Asp和Leu;NtUAE1、NtUAE2和NtUAE3的磷酸化位点分别为83、77和75个,其中酪氨酸数目相同,均为7个;泛素激活酶E1成员均属于亲水性蛋白。     

烟草COMT氨基酸序列的生物信息学分析

为了研究烟草COMT氨基酸序列,通过PROTPARAM、TargetP 1.1 Server和MEME工具获取烟草COMT成员的生理特性、亚细胞定位和保守基序的相关信息。结果表明:Nt COMT1、Nt COMT2和Nt COMT3序列中氨基酸含量所占比重位于前三的均含有亮氨酸,且烟草COMT成员属于稳定性高、耐热性强的酸性蛋白;NtCOMT1和NtCOMT2的信号肽较弱,定位于细胞质中,而NtCOMT3的信号肽相对较强,定位于叶绿体中;烟草COMT成员均被检测出6个保守基序,且保守基序的类型和排列顺序均保持一致。     

SlCOMT1基因克隆及在番茄组织器官中的表达和褪黑素生物合成变化

为探讨咖啡酸-O-甲基转移酶关键基因(SlCOMT1)在番茄不同生育期和组织器官中的表达特异性和褪黑素含量变化,采用RT-PCR技术从矮生型番茄Micro-Tom叶片中克隆了SlCOMT1基因,其全长1 074 bp,编码357个氨基酸。生物信息学分析结果表明,SlCOMT1蛋白具有SAM(S-腺苷甲硫氨酸)依赖型甲基转移酶超家族典型的保守结构域,不含跨膜结构,是一种稳定的高脂溶性蛋白,含有31个磷酸化位点,二级结构以α螺旋为主。系统进化树和保守基序分析结果表明,该蛋白序列与茄科的辣椒和马铃薯具有较高的亲缘关系且含有相同的保守基序。荧光定量PCR和内源褪黑素含量分析结果表明,SlCOMT1和褪黑素在番茄不同组织器官中均有表达和积累,分别在开花后5 d、花苞中表达量最高,在其他组织中SlCOMT1的表达和褪黑素含量之间存在一定的相关性。本研究结果可为深入研究SlCOMT1基因的生物学功能提供理论依据。     

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的生物信息学分析

[目的]为改造磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)基因、提高PEPC活性寻找线索。[方法]对GenBank上登录的PEPC的cDNA序列、氨基酸序列进行BLAST搜索,运用生物信息学方法进行信号肽分析、亚细胞定位、结构域分析以及PEPC蛋白质氨基酸序列的同源性分析和系统进化树分析。[结果]共搜寻到62个PEPC蛋白质序列,绝大多数属于C3植物,9个属于C4植物。绝大多数PEPC没有存在信号肽的可能性。62个PEPC蛋白的亚细胞定位基本一致,均具有Phosphoenolpyruvate carboxylase结构域,未发现其他结构域。通过进化树分析可分别将C3植物和C4植物的PEPC酶分成4组和3组。62个PEPC蛋白质氨基酸序列的同源性为86.70%,而其在19个C3植物和9个C4植物中则分别为89.63%和89.61%。[结论]C4植物PEPC的423位上的丙氨酸和862位上的酪氨酸高度保守,而C3植物的428位和871位的氨基酸则缺少同源性,可能与C3和C4植物PEPC的活性差异有关。     

甘薯等10种作物基因的生物信息学分析

采用生物信息学相关软件对甘薯等10种NAC1蛋白的氨基酸序列及其理化性质、磷酸化位点、疏水性或亲水性、二级结构和三级结构、跨膜结构域、信号肽、亚细胞定位以及保守结构域等进行了预测和分析。结果表明:供试10种NAC1蛋白的磷酸化位点主要为丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸;这些NAC1蛋白均为亲水性蛋白,属于非分泌蛋白,不具有信号肽,没有明显的跨膜结构域;在它们的二级结构中,无规则卷曲所占比例最高;MtNAC1和CaNAC1可能定位于叶绿体,NtNAC1和GmNAC1可能定位于线粒体,甘薯及其他6种作物的NAC1蛋白可能定位于细胞核;甘薯等NAC1蛋白的三级结构与水稻NAC1蛋白具有一定的相似性;10种NAC1蛋白均含有1个NAM(No apical meristem)功能结构域。氨基酸序列比对和进化树分析显示IbNAC1与CaNAC1的亲缘关系最近。