小黑麦碳酸酐酶蛋白质三维结构预测

根据已经克隆到的小黑麦碳酸酐酶基因序列,将其概念地翻译成蛋白质的氨基酸序列。利用MEGA4.1、DNAStar5.02、SOPMA、Swiss-Model Workspace和NCBI-VAST等在线软件和服务器对该小黑麦碳酸酐酶(CA)的一级结构、二级结构及三维结构进行了分子结构模型预测,并对其三维结构进行了比对。结果显示,小黑麦碳酸酐酶定位于线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上,具有β类碳酸酐酶所特有的保守性基序C-[SA]-D-S-R-[LIVM]-x-[AP];SOPMA预测的二级结构显示,该酶含有α-螺旋(38.61%)、随机卷曲(54.44%)和β-折叠(6.95%)。通过VAST矢量比对工具将小黑麦碳酸酐酶与模板(lekjA)三维结构进行比对,结果显示小黑麦碳酸酐酶与豌豆β碳酸酐酶同型八聚体中的一个单体(lekjA)具有很好的匹配,故推测小黑麦碳酸酐酶全酶也可能是同型八聚体。     

甘蓝型油菜BnMYB80基因的生物信息学分析

在高等植物花药发育和花粉形成中, MYB转录因子起着非常重要的作用, 其中MYB80是参与绒毡层发育及引起雄性不育的重要转录因子。该研究以拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtMYB80为参考序列, 通过BLAST比对分析, 在白菜(Brassica rapa)、甘蓝(B. oleracea)和甘蓝型油菜(B. napus)中分别获得MYB80基因的2、2和6个同源序列, 运用生物信息学方法对其核苷酸序列及编码的氨基酸序列进行组成成分、亚细胞定位、磷酸化位点、疏水性/亲水性、蛋白质二级、三级结构和功能域分析。结果表明, MYB80转录因子亚细胞定位于细胞核, 具有多个不同的磷酸化位点, 肽链表现为亲水性; 二级、三级结构预测显示, MYB80蛋白以α-螺旋和无规则卷曲为主要结构元件; 保守结构域分析表明, 其N端具有2个串联的SANT功能域, 属于R2R3型MYB转录因子。多重序列比对和进化树分析结果表明, 甘蓝型油菜与白菜、甘蓝的序列相似性大于92%, 且MYB80转录因子的功能结构域具有较高的同源性和较强的序列保守性。该研究结果对深入解析甘蓝型油菜MYB80的生物学功能及育性调控的分子机理具有重要意义, 为甘蓝型油菜杂种优势利用提供了依据。     

蛋白质结构型的识别方法

给出了α型、β型、α/β型、多域型蛋白质二级结构主序列六联体的分布规律.提出了根据蛋白质二级结构主序列对蛋白质结构型进行识别(分类)的方法.以蛋白质二级结构主序列三联体为参数,利用Mahalanobis距离方法对上述4种结构型的蛋白质进行识别,分类的总体准确率为81%;以二级结构主序列中六联体的频数构成蛋白质结构的多样性源,利用多样性增量极小化对上述4种结构型进行识别,分类的总体准确率为83%. 同时也给出了对紧结构域的识别途径.     

猪β2m二级结构预测及同源模建

目的:研究猪β2m的结构.方法:应用EXPASY服务器(http://www.expasy.ch/tools)上的SOPMA法对β2m进行二级结构的预测,并与人的β2m的氨基酸和二级结构成分比较,在此基础上同源模建β2m的三级结构.结果:β2m二级结构成分α螺旋、β折叠、转角和无规则卷曲的数目分别为5、36、5和52,与人β2m相应二级结构的符合率分别达到100%(α螺旋)、92.3%(B折叠)、71.7%(转角)和92.3%(无规则卷曲),且二级结构的同源率要大于氨基酸的同源率.同源模建分析表明猪和人的3D结构也非常相似,只是存在个别氨基酸的差异.结论:猪和人β2m空间结构相似.     

基于氨基酸和二肽组成的蛋白质四级结构分类研究

基于最近邻居算法,从蛋白质一级序列出发,利用蛋白质序列氨基酸组成、二肤组成以及混合组成方法对蛋白质单聚体、二聚体、三聚体、四聚体、五聚体、六聚体和八聚体进行分类研究。结果表明:采用二肽组成编码方法的预洲效果最好,Jackknife检验和独立测试集检验的总体预测精度分别达到90.83%和95.48%,比相同数据集上基于伪氨基酸组成和组分耦合预测的方法提高了12和15个百分点;特别是对于五聚体蛋白,预测精度分别提高了90和50个百分点;说明二肽组成对于蛋白质四级结构分类研究是一种非常有效的特征提取方法。     

基于生物信息学方法预测人线粒体转录终止因子3蛋白的结构与功能

目的:基于生物信息学预测人线粒体转录终止因子3(hMTERF3)蛋白的结构与功能。方法:利用GenBank、Uniprot、ExPASy、SWISS-PROT数据库资源和不同的生物信息学软件对hMTERF3蛋白进行系统研究,包括hMTERF3的理化性质、跨膜区和信号肽、二级结构功能域、亚细胞定位、蛋白质的功能分类预测、同源蛋白质多重序列比对、系统发育树构建、三级结构同源建模。结果:软件预测hMTERF3蛋白的相对分子质量为47.97×103,等电点为8.60,不具信号肽和跨膜区;二级结构分析显示主要为螺旋和无规则卷曲,包含6个MTERF基序,三级结构预测结果与二级结构预测结果相符;亚细胞定位分析结果显示该蛋白定位于人线粒体;功能分类预测其为转运和结合蛋白,参与基因转录调控;同源蛋白质多重序列比对和进化分析显示,hMTERF3蛋白与大鼠、小鼠等哺乳动物的MTERF3蛋白具有高度同源性,在系统发育树上聚为一类。结论:hMTERF3蛋白的生物信息学分析为进一步开展对该蛋白的结构和功能的实验研究提供了理论依据。     

拟南芥中PAP特异磷酸酶(AtAHL)的折叠识别与结构预测

通过现有的序列同源性比较、二级结构预测、三维结构预测和模拟方法,得到了拟南芥中PAP特异磷酸酶的三维结构.这是一种与酵母中的Hal2p蛋白质类似,并且N端为α＋β,C端为α/β结构域的多结构域蛋白质.分析预测所得结构,发现了Mg²⁺等金属离子的结合位点,推测了对Na⁺敏感的结构基础.这些结合位点与其生化功能相关.而且,通过结构与功能分析,讨论了蛋白质数据库(PDB)中同一个酶已有理论结构的不合理性.     

小鼠可溶性ST2二级结构及B细胞表位的预测

目的:预测小鼠可溶性ST2的二级结构及B细胞表位。方法:采用SOPMA法预测小鼠可溶性ST2的二级结构;借助ProScale、Bcepred服务器,分析小鼠可溶性ST2的亲水性、可及性和柔韧性,并结合二级结构特征,预测小鼠可溶性ST2的B细胞表位。结果:小鼠可溶性ST2的二级结构由α螺旋(12.46%%)、无规卷曲(50.15%%)、β折叠(32.64%)和β转角(4.75%)组成。其B细胞表位可能位于N端第24～34、37～50、59～89、110～118、128～137、177～186、267～288和318～333氨基酸区段。结论:预测结果将有助于确定小鼠可溶性ST2的B细胞表位,为研制抗小鼠可溶性ST2抗体提供理论依据。     

甘蓝型油菜BnTCP7基因的克隆和表达分析

该研究克隆获得了甘蓝型油菜预测转录因子TCP7-like同源编码基因,命名为BnTCP7,与甘蓝型油菜TCP7-like NC_027757基因的核苷酸序列相似性为95.68%。BnTCP7基因开放阅读框全长为648bp,编码215个氨基酸。BnTCP7氨基酸序列与十字花科(Brassicaceae)中其他19条TCP7或者TCP7-like氨基酸序列比对发现,BnTCP7与芸薹属和萝卜属等TCP7同源蛋白具有很强的相似性和保守性,尤其在靠近N端的TCP保守结构域,具有典型的螺旋-环-螺旋结构,且BnTCP7属于TCP家族Ⅰ类,为亲水性不稳定蛋白。通过BnTCP7和拟南芥(Arabidopsis thaliana)AtTCP7(NC_003076)蛋白的二级和三级结构在线预测比对分析,进一步证实BnTCP7具有TCP家族典型结构。进化树分析表明,BnTCP7蛋白与甘蓝型油菜TCP7-like NC_027757蛋白聚在同一分支,两者亲缘关系最近。利用转录组数据对不同时期不同器官BnTCP7基因表达模式分析发现,其表达量呈现一定差异性,其中营养器官中的表达量高于生殖器官。非生物胁迫及激素处理对甘蓝型油菜幼苗植株中BnTCP7基因的表达影响分析发现,BnTCP7基因不仅响应了冷、热、损伤等非生物胁迫,而且参与了ABA和GA3激素的信号转导,表明BnTCP7基因在植物维持正常生长发育和逆境胁迫中可能发挥重要作用。     

家蝇小热休克蛋白(sHsp20.6)的生物信息学分析

研究家蝇小热休克蛋白sHsp20.6的生物学功能。方法应用生物信息学的方法和工具对家蝇sHsp20.6的理化性质、疏水性、跨膜区和信号肽、膜体分析、二级结构功能域、蛋白质的功能分类预测、多重序列比对与系统发育树构建、三级结构建模进行分析。结果表明:家蝇sHsp20.6是一个亲水蛋白,分子量为20.64kD,等电点为5.66,不具有跨膜区和信号肽,包含有一个HSP20的结构域,主要构成原件为α螺旋和无规则卷曲,三维结构预测显示该蛋白为棒状结构,C端结构域具有7个片层结构。聚类分析显示,家蝇sHsp20.6蛋白与昆虫中的直系同源小热休克蛋白(orthologoussmallheatshockprotein)聚为一类。     

蛋白质二级结构指定

蛋白质二级结构是指蛋白质骨架结构中有规律重复的构象。由蛋白质原子坐标正确地指定蛋白质二级结构是分析蛋白质结构与功能的基础,二级结构的指定对于蛋白质分类、蛋白质功能模体的发现以及理解蛋白质折叠机制有着重要的作用。并且蛋白质二级结构信息广泛应用到蛋白质分子可视化、蛋白质比对以及蛋白质结构预测中。目前有超过20种蛋白质二级结构指定方法,这些方法大体可以分为两大类:基于氢键和基于几何,不同方法指定结果之间的差异较大。由于尚没有蛋白质二级结构指定方法的综述文献,因此,本文主要介绍和总结已有蛋白质二级结构指定方法。     

β-葡萄糖苷酶Bgl2238生物信息学分析

利用生物信息学方法对β-葡萄糖苷酶Bgl2238的氨基酸序列进行分析。采用Prot Param、DNAMAN、Multicoil、SOPMA、PROSAN等软件对其理化性质、亲/疏水性、不稳定指数、PEST序列、蛋白质二级结构及蛋白质修饰位点等重要参数进行预测,并对其三级结构进行同源建模及模建结果质量的评估。结果发现:Bgl2238由745个氨基酸组成,蛋白质序列中α-螺旋占36.64%,β-延伸链占19.06%,β-转角占9.40%,无规则卷曲占34.90%,存在14段非PEST序列,具有41个不同蛋白质修饰位点。采用在线网站SWISS-MODEL建模得到了Bgl2238的三级结构,分析蛋白质可及性并分析得到Ramachandran图,检测结果说明三维结构是合理的。本研究结果为β-葡萄糖苷酶Bgl2238进一步研究水解功能及提高其酶活性奠定了理论基础。     

肽键的统计分析和蛋白质的二级结构

 本文对蛋白质序列的肽键进行了统计分析,计算了二肽构象参数P_α、P_β、P_c和三肽构象参数Q_α、Q_β、Q_c。在此基础上提出了由氨基酸序列预测二级结构的规则。预测的正确率达90％,优于Chou-Fasman方法。这个结果表明二肽(三肽)关联在形成蛋白质二级结构中具有明显的重要性。     

鮰爱德华菌外膜蛋白OmpLC基因的生物信息学分析

采用PCR方法从鮰爱德华菌基因组中扩增出外膜蛋白OmpLC基因,利用生物信息学相关软件和网络数据库,预测该基因编码产物的基本理化性质、亲疏水性、信号肽、跨膜性、二级结构、结构域及基序、以及三级结构,同时构建OmpLC同源基因的系统发育进化树。结果表明:该蛋白由360个氨基酸组成,分子量为39.407 k D,理论等电点为4.98,不稳定系数为18.26,是一种稳定的强亲水性蛋白,有信号肽,成熟蛋白无跨膜螺区。其二级结构中α螺旋、β折叠和无规则卷曲分别占6.67%、45.28%和48.06%,其空间结构为β桶状,属于OM_channels superfamily的gram_neg_porins成员。蛋白质多重序列比对和聚类分析显示,该蛋白序列与OmpLC蛋白(AEQ59632、AEQ59639)具有高度同源性,且在系统发育树上与二者聚为一簇。鮰爱德华菌OmpLC的生物信息学分析不仅为进一步探索该蛋白的功能提供参考资料,也为研究鮰爱德华菌的感染和致病机理,研制相关疫苗提供理论依据。     

油菜FBA基因克隆、表达分析及其与抗旱性的关系

为了解果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(fructose-1,6-bisphosphate aldolase,FBA)在油菜抗旱中的作用,揭示油菜干旱胁迫下FBA基因表达量、光合指标、产量等之间的关系,为油菜等作物抗旱性鉴定和抗旱性改良提供依据。以抗旱性强的甘蓝型油菜94005为材料,在初花期进行干旱胁迫处理,以正常浇水作为对照;测定叶片光合参数和FBA酶活性,通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)分析FBA基因的表达量;采用RACE方法对FBA基因进行全长克隆,并对测序结果进行生物信息学分析;复水后生长至成熟期测定产量,分析产量、光合指标、FBA基因表达量等之间的关系。结果表明,随着干旱的加剧,油菜叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、产量均下降,FBA活性和FBA基因的表达量上升。在轻度、中度和重度干旱胁迫下,油菜叶片胞间CO_2浓度(Ci)显著下降,水分利用率(WUE)上升;极度胁迫下,Ci上升,WUE下降;油菜产量、净光合速率与FBA活性和FBA表达量呈显著负相关。FBA基因全长序列1440bp,ORF(开放阅读框)位于60—1172区域,编码370个氨基酸;蛋白分子量为38.51 KDa,等电点6.92;同源性对比显示,甘蓝型油菜FBA基因与拟南芥FBA基因的一致性在87%以上。二级结构预测结果表明FBA蛋白由α-螺旋、无规则卷曲、延伸链以及β-转角组成,4种二级结构元件所占比例分别为43.85%、31.28%、17.60%、7.26%。因此,干旱胁迫下油菜的净光合速率下降、产量降低,随着胁迫的加剧,降低幅度增大。FBA基因与干旱胁迫密切相关,干旱胁迫下,FBA基因主要通过抑制光合、降低蒸腾、促进糖酵解和有氧呼吸等途径来提高植物对干旱胁迫的适应性。     

氨基酸组成聚类、蛋白质结构型和结构型的预测

用信息聚类方法对蛋白质的氨基酸组成进行聚类,发现存在梯级成团（大集团分解成小集团）现象,６４５个蛋白质可分成１５个小集团,每一个小集团与蛋白质二级结构含量决定的结构型有一定相关性,但与蛋白质五大结构型相关性不明显。指出了由氨基酸成分和二级结构含量预测结构型的方案中存在的问题。提出了由蛋白质二级结构序列预测蛋白质结构型的新方法,并给出了预测蛋白质结构型的简明预测规则     

蛋白质结构型的定义和识别

提出紧结构域的概念,由二级结构序列中一段或几段连续的α螺旋和β折叠构成的空间紧密堆集的最大折叠体称为紧结构域.利用3种紧结构域(α域,β域和α/β域)定义球蛋白的5种结构型:α型蛋白,β型蛋白,α/β型蛋白,多域蛋白和ζ型蛋白.将1 261个代表性的蛋白质(1 022家族)进行分类,并和SCOP库的分类做了比较.进行了删去序列冗余的分析.在此基础上提出结构型的预测方案,成功率在82%～85%.     

蛋白质二级结构在线服务器预测评估

蛋白质二级结构的预测,对于研究蛋白质的功能和人类生命科学意义非凡。1951年开始提出预测蛋白质二级结构,1983年对于二级结构的预测只有50%的准确率。经过多年的发展,预测方式不断的改进和完善,到如今准确率已经超过80%。但目前预测在线服务器繁多,连续自动模型评估(CAMEO)也只给出服务器三级结构的预测评估,二级结构评估还未实现。针对上述问题,选取了以下6个服务器:PSRSM、MUFOLD、SPIDER、RAPTORX、JPRED和PSIPRED,对其预测的二级结构进行评估。并且为保证测试集不在训练集内,实验数据选取蛋白质结构数据库(Protein Data Bank,PDB)最新发布的蛋白质。在基于蛋白质同源性30%、50%和70%的实验中,PSRSM取得Q3的准确率分别为91.44%、88.12%和90.17%,比其他预测服务器中最高的MUFOLD分别高出3.19%、1.33%和2.19%,证明在同一类同源性数据中PSRSM比其他服务器有更好的预测效果。除此之外实验也得到其预测的Sov准确度也比其他服务器要高。比较各类服务器的方法与结果,得出今后蛋白质二级结构预测应当重点从大数据、模板和深度学习的角度进行研究。     

春性甘蓝型油菜BnFY34基因的克隆及序列分析

春性甘蓝型油菜杂交种由于发育期较长,极大地限制了该油菜在高寒地区的推广。为了从春性特早熟甘蓝型油菜中筛选出苗期和蕾期差异表达的基因,该研究以春性特早熟甘蓝型油菜为材料,利用cDNA-AFLP技术筛选出1个春性特早熟甘蓝型油菜苗期特异表达的基因片段,并采用RACE技术成功分离克隆了该基因,命名为BnFY34。通过对该基因的测序和生物信息学分析,发现该基因序列大小为455 bp,包含完整的开放阅读框(ORF),编码一个由71个氨基酸残基组成的蛋白,推测的蛋白质分子量为8.04 kD,理论等电点为10.25,其三级结构中含有3个α螺旋,不含β折叠。同时,将BnFY34基因与甘蓝型油菜基因组序列进行比对,结果显示BnFY34基因位于C4染色体上,由3个外显子和2个内含子组成。另外,通过对该基因与其他植物同源基因的亲缘关系进行了分析,结果表明BnFY34基因与芸薹属植物属于同一亚族,并且与甘蓝型油菜中已报到的未诠释基因XM_013837282.1的相似度达100%,其功能有待进一步研究。该研究结果对春油菜产量和品质的早熟转基因育种具有重要意义。