青花菜PGIP基因的生物信息学分析 - abc

青 花 菜 PGIP 基 因 的 生 物 信 息 学 分 析• 汇 报 人 : 樊 艳 燕• G02 组 : 樊 艳 燕 刘 炎 霖刘 丹 丹 蒲 研 君2013.6.231

报 告 内 容 研 究 背 景 PGIP 的 基 本 信 息 蛋 白 序 列 分 析 进 化 树 构 建 小 结2

一 、 研 究 背 景青 花 菜 (Brassica oleracea L.Var.italica Planch) 又 名 西 兰 花 , 意 大利 芥 蓝 、 绿 花 菜 , 是 十 字 花 科 蔬 菜 甘 蓝 的 一 个 变 种 , 原 产 地 中 海 沿岸 , 一 二 年 生 草 本 植 物 , 以 绿 色 的 花 球 供 食 用 。青 花 菜 作 为 绿 色 鲜 食 蔬 菜 , 具 有 极 高 的 营 养 价 值 , 其 维 生 素 C 含量 是 柠 檬 的 2 倍 , 而 且 还 含 有 大 量 维 生 素 A 、 维 生 素 B 、 维 生 素 K 、 维生 素 U 、 尼 古 丁 酸 、 钙 、 磷 、 铁 、 蛋 白 质 、 糖 等 。 此 外 青 花 菜 中 所 含的 萝 卜 硫 素 是 迄 今 为 止 在 蔬 菜 中 发 现 的 最 强 的 抗 癌 成 分 , 特 别 是 对 肺癌 、 胃 癌 、 结 肠 癌 和 直 肠 癌 的 抵 抗 。 健 康 的 人 经 常 食 用 青 花 菜 可 以 起到 预 防 癌 症 的 作 用 。3

然 而 , 由 于 其 食 用 部 分 是 幼 嫩 的 花 梗 与小 花 蕾 , 呼 吸 代 谢 十 分 旺 盛 , 极 易 衰 老 , 表现 为 叶 绿 素 降 解 而 使 花 球 黄 化 , 茎 和 花 蕾 失水 变 松 软 萎 蔫 , 严 重 影 响 其 商 品 价 值 。 因 此 ,选 育 出 耐 贮 藏 的 青 花 菜 新 品 种 具 有 重 要 的 科学 意 义 。4

PGsPGIP一 种 在 细 胞 壁 结 构 的 改 变 中起 重 要 作 用 的 酶 , 参 与 果 胶的 降 解 , 它 与 果 实 的 软 化 密切 相 关 , 是 果 蔬 贮 藏 研 究 中的 热 点 .多 聚 半 乳 糖 醛 酸 酶 抑 制 蛋 白 ,是 一 种 富 含 亮 氨 酸 的 蛋 白 质 ,能 够 抑 制 多 聚 半 乳 糖 醛 酸 酶 的活 性 .因 而 ,PGIP 基 因 成 为 目 前 果 实 耐 贮 藏 基 因 工 程 研 究 的 焦 点 。本 研 究 以 青 花 菜 为 材 料 , 对 它 的 PGIP 基 因 进 行 生 物 信 息 学分 析 , 为 培 育 耐 贮 青 花 菜 新 品 种 奠 定 基 础 。5

二 、 PGIP 基 本 信 息PGIP 是 一 种 细 胞 表 面 和 细 胞 间 的 受 体 蛋 白 , 具 有 专 一 性 ;属 于 富 含 亮 氨 酸 重 复 (Leucine-rich Repeat ,LRR ) 的 蛋 白 质 超 家 族 ; 一 般 有 2-45 个 motifs 组 成 每 个 motif 的 长 度 一 般 为 20-30AA 形 成 β - 折 叠 /β - 转 角 / β - 折 叠 / α - 螺 旋 结 构 , 即 LRR 基 序 高 级 结 构 通 常 折 叠 成 弧 形 或 马 蹄 形通 过 LRR 基 序 中 暴 露 于 外 表 面 的 氨 基 酸 残 基 与 PG 活 性 位 点 处 的 氨 基 酸残 基 相 互 作 用 , 从 而 抑 制 PG 的 活 性 。6

三 、 蛋 白 序 列 分 析1.2.3.4.5.6.理 化 性 质 分 析亲 疏 水 分 析跨 膜 区 预 测信 号 肽 预 测二 级 结 构 分 析三 级 结 构 预 测7

使 用 ProtParam( http://web.expasy.org/protparam/ ) 对 该蛋 白 进 行 理 化 性 质 分 析Ala (A) 12 3.6% Gln (Q) 13 3.9% Leu (L) 51 15.5% Ser (S) 26 7.9%Arg (R) 8 2.4% Glu (E) 10 3.0% Lys (K) 22 6.7% Thr (T) 19 5.8%Asn (N) 25 7.6% Gly (G) 19 5.8% Met (M) 6 1.8% Trp (W) 5 1.5%Asp (D) 20 6.1% His (H) 9 2.7% Phe (F) 14 4.2% Tyr (Y) 9 2.7%Cys (C) 8 2.4% Ile (I) 23 7.0% Pro (P) 19 5.8% Val (V) 12 3.6%蛋 白 质 的 分 子 量 为 : 37035.7D等 电 点 : 7.09带 正 电 的 氨 基 酸 数 目 :30带 负 点 的 氨 基 酸 数 目 :308

使 用 ProtScale 在 线 分 析(http://web.expasy.org/protscale/) 对 该 蛋 白 质 进 行亲 疏 水 性 分 析 , 其 结 果 如 下 :由 图 可 以 看出 该 蛋 白 质 在 N末 端 有 一 个 明 显的 疏 水 区 域 。PGIP1 基 因 编 码 的 蛋 白 的 疏 水 性 分 析 结 构9

使 用 SignalP 4.1 对 其 进 行 信 号 肽 预测 , 结 果 如 下 图 :11

使 用 SPOMA 在 线 分 析(http://npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=npsa_sopma.html)进 行 二 级 结 构 预 测 , 其 结 果 如 下 图 :PGIP1 基 因 编 码 的 蛋 白 的 二 级 结 构 预 测 结 果12

SWISS-MODEL 对 该 蛋 白 进 行三 级 结 构 预 测 :1 青 花 菜 PGIP1 基 因 编 码蛋 白 三 级 结 构 预 测 模 型2 菜 豆 PGIP1 基 因 编 码蛋 白 的 三 级 结 构13

四 、 进 化 树 构 建在 青 花 菜 中 该 基 因 的 名 字 为 BoPGIP, 目 前 已 克 隆 的 是BoPGIP1, 该 基 因 全 长 1088bp, 编 码 的 蛋 白 质 由 330 个 氨基 酸 组 成 。通 过 Blast 搜 索 与 BoPGIP 基 因 同 源 的 序 列 , 然 后 分 别 选取 甘 蓝 型 油 菜 (Brassica .napus )、 白 菜 ( Brassica .rapa)、拟 南 芥 (Arabidopsis.thaliana) 以 及 菜 豆 (Phasedusvulgaris) 的 PGIP 基 因 的 序 列 做 进 化 树 分 析 。14

物 种序 列 登 录 号物 种序 列 登 录 号SpeciesAssession No.SpeciesAssession No.Brassica oleracea var.italicaJF325875.1Brassica .rapaFJ898288.1Brassica .napusEU142034.1Arabidopsis.thalianaNM_120770.3Brassica .napusAF531456.1Arabidopsis.thalianaAF229249.1Brassica .napusAF529691.1Phasedus vulgarisX6476915

JF325875.1Neighbor-joining 法 构 建 的 PGIP 分 子 系 统 树16

五 、 小 结蛋 白 序 列 分 析 发 现 :★ 分 子 量 为 37035.7D;★ N 末 端 有 一 个 疏 水 区 ;★ 无 跨 膜 区 ;★ 有 信 号 肽 ;★ 该 蛋 白 质 二 级 结 构 预 测 符 合 LRR 基 序 特 征 ;★ 三 级 结 构 为 弧 形 。通 过 进 化 树 分 析 , 我 们 发 现 该 基 因 与 甘 蓝型 油 菜 的 PGIP 基 因 亲 缘 关 系 最 近 ;17

由 上 面 的 分 析 我 们 可 以 大 概 了 解 该基 因 的 一 些 基 本 信 息 , 但 是 据 文 献 报 道 ,不 同 的 PGIP 基 因 在 同 一 植 物 中 的 序 列 、结 构 、 功 能 和 表 达 上 有 差 异 , 因 此 想真 正 了 解 果 蔬 的 贮 藏 机 理 还 需 要 许 多 具体 的 实 验 验 证 。18