油菜蔗糖转化酶基因的电子克隆和生物信息学分析

运用电子克隆技术获得油菜中一个蔗糖转化酶基因eDNA序列,同时根据此段序列设计引物以油菜eDNA为模板进行扩增。经测序得到证实。采用生物信息学方法,对该基因编码蛋白从氨基酸组成、基本理化性质、跨膜结构域、信号肽导肽、疏水性／亲水性、二级结构、亚细胞定位等方面进行了预测和分析。结果表明：该基因eDNA序列长度为2150bp,包含一个1779bp开放阅读框,编码592个氨基酸;该编码蛋白含有蔗糖转化酶的多个典型的保守结构域。同源比对分析显示,该基因编码的氨基酸序列与拟南芥等植物的蔗糖转化酶基因具有高度的相似性,进一步确定该蛋白为蔗糖蛋白酶。研究结果为该基因进一步的实验克隆,表达分析,功能鉴定奠定基础。     

甜瓜乙烯应答因子基因CmERF Ⅰ-14的生物信息学分析

本研究采用生物信息学的方法对甜瓜数据库中的甜瓜乙烯应答因子基因ERFⅠ-14(登录号:MEL O3C014441)的启动子特性、RNA结构、理化性质、导肽、信号肽、跨膜结构域、蛋白质二级结构、三级结构及功能域等进行预测和推断。结果表明,CmERFⅠ-14基因的开放阅读框(ORF)长645 bp,编码214个氨基酸,蛋白质的分子量约为23 kD,理论等电点为6.59,不存在导肽和信号肽,无跨膜结构域,二级结构中最主要的结构元件是无规则卷曲,包含一个AP2/ERF功能结构域,预测到8个可能的互作蛋白和多个启动子元件,没有预测到CpG岛。系统发育分析发现,其与黄瓜ERF3-like蛋白(XP_004140127.1)亲缘关系最近。     

双峰驼凝乳酶原基因的生物信息学分析

通过生物信息学的方法对双峰驼凝乳酶原基因及相应的氨基酸序列的同源性、理化性质、保守结构域、亚细胞定位、信号肽、跨膜结构域、亲水性/疏水性、二级结构进行预测分析.结果表明,双峰驼凝乳酶原基因开放阅读框全长1 146 bp,编码381个氨基酸,属于胃蛋白酶A超家族,预测定位于内质网（膜）的稳定亲水性蛋白,具有一个16个氨基酸的信号肽,其不含跨膜结构域.无规卷曲是其二级结构中最大量的结构元件,α螺旋和延抻链分散于整个蛋白质中,活性位点的分析表明,编码蛋白有6类活性位点.分析双峰驼凝乳酶原基因及其编码蛋白质的特征,能够为深入开展双峰驼凝乳酶的表达和凝乳特性研究提供理论依据.     

几种植物类伐昔洛韦水解酶基因的生物信息学分析

以拟南芥和蓖麻为重点,利用生物信息学对不同植物的类伐昔洛韦水解酶(valacyclovir hydrolase-like,VACVase-Like)蛋白的理化性质、保守结构域、信号肽、跨膜结构域、导肽、亲疏水性、二级结构及三级结构等进行预测和分析,并构建了该家族系统发生树。结果表明,除了可可树属于稳定蛋白外,其余均属于不稳定蛋白。该基因家族均含有明显的信号肽、导肽、跨膜结构和亲疏水结构,且结构组成上相似,属于分泌蛋白,但是对亚细胞定位分析发现,在不同植物中存在和发挥功能部位均不相同。分析结果可为植物VACVase-like的研究提供有价值的信息,为进一步研究其在植物体内的功能和作用机理提供依据。     

植物β-胡萝卜素羟化酶的生物信息学分析

采用生物信息学方法对GenBank中的拟南芥、玉米、龙胆、福寿草和水仙等植物β-胡萝卜素羟化酶(BCH)的核苷酸和氨基酸序列进行了比对分析,进而对其组成成分、理化性质、信号肽、亚细胞定位、疏水性/亲水性、跨膜结构域、功能结构域、基序及蛋白质二级结构等重要参数进行了预测和分析。结果表明,BCH基因全长约为1256bp,具有完整的开放阅读框,长约为943bp,编码313个氨基酸,分子量为34.82kD,理论等电点为9.18,含量最丰富的氨基酸都包含Ala(10.34%)、Leu(8.7%)和Gly(8.1%);无信号肽,定位于叶绿体中的亲水性不稳定蛋白,含有3-4个跨膜结构域,一个功能结构域,二级结构均以α-螺旋和无规则卷曲为主要构件。     

植物LEAFY 同源基因的研究进展

本文就近10年来LEAFY(简写为LFY)同源基因的研究进展做了综合分析。通过对19种植物中已分离到的LFY同源基因的序列比较分析发现: LFY同源基因编码区核苷酸和氨基酸序列同源性都较高;在双子叶植物基因组中, 拷贝数却有所不同。该基因的表达特性显示其在不同植物中表达的时间和空间有所差异。根据已知序列推导的氨基酸序列构建的系统进化树表明, 单子叶植物与裸子植物的亲缘关系近于双子叶与裸子植物的亲缘关系。上述研究资料为植物成花机理研究提供了重要参考, 且在研究植物系统进化方面也具有重要的意义。     

不同植物LDOX/ANS基因的生物信息学分析

花青素是一类重要的植物次生代谢产物。本文采用生物信息学的方法对已在GenBank上登录的拟南芥、西洋梨、苹果、桃、葡萄、芥菜、菊花新品种和水稻等植物的无色花青素双加氧酶/花青素合成酶(LDOX/ANS)基因的核酸及氨基酸序列、组成成分、导肽、信号肽、跨膜结构域、疏水性/亲水性、蛋白质二级结构、三级结构及功能域等进行预测和推断。结果表明,ORF除了桃和菊花新品种为500bp左右之外,其它几种植物都在1070bp左右,分子量均为4kD左右,理论等电点均低于7,说明LDOX/ANS呈酸性。Glu、Leu和Val是这些植物共有的主要氨基酸。核苷酸同源性比对结果显示,拟南芥LDOX/ANS与其它植物LDOX/ANS的同源性较高;8个物种的LDOX/ANS基因被分为两个大类,单子叶植物水稻LDOX/ANS基因被单独分为一类,其它的均聚成一大类。研究还发现这些植物的LDOX/ANSN端不存在导肽和信号肽,无跨膜结构域,肽链表现为亲水性。蛋白质二级结构中最主要的结构元件是α-螺旋和无规则卷曲,包含一个20G-FeⅡOxy功能结构域。通过此次研究,希望为今后深入研究该类酶的功能和结构特征提供依据。     

不同植物中推定蓖麻烯合酶基因的生物信息学分析

利用Gen Bank中已登录的完整的麻风树、乳浆大戟、蓖麻和乌桕中的13个蓖麻烯合酶(Casbene synthase,CS;EC 4.6.1.7)基因序列,通过生物信息学方法对其核酸及氨基酸序列、组成成分、导肽、信号肽、跨膜结构域、疏水性/亲水性、蛋白质的二级结构、三级结构及功能域等进行了分析预测。结果表明,13个CS基因的ORF长度均在1 647~1 845 bp,蛋白分子量均在63.0~70.8 k D,终止密码子为TGA或TAA,理论等电点均小于7.0,表明CS蛋白呈酸性。氨基酸含量最高的均为亮氨酸。核苷酸同源性比较分析表明,CS基因主要分为两类。导肽预测发现其中6个CS具有导肽,均为叶绿体导肽。信号肽和扩模结构域预测发现这些CS不存在信号肽和跨膜结构域,肽链整体呈现为亲水性。这些CS的主要二级结构元件为α-螺旋,并且都包含两个萜类合酶功能域。以上研究为进一步探索CS基因的功能提供一定理论依据。     

植物LEAFY同源基因的研究进展

本文就近10年来LEAFY(简写为LFY)同源基因的研究进展做了综合分析.通过对19种植物中已分离到的LFY同源基因的序列比较分析发现:LFY同源基因编码区核苷酸和氨基酸序列同源性都较高;在双子叶植物基因组中,拷贝数却有所不同.该基因的表达特性显示其在不同植物中表达的时间和空间有所差异.根据已知序列推导的氨基酸序列构建的系统进化树表明,单子叶植物与裸子植物的亲缘关系近于双子叶与裸子植物的亲缘关系.上述研究资料为植物成花机理研究提供了重要参考,且在研究植物系统进化方面也具有重要的意义.     

丹参Dirigent基因家族的发现与生物信息学分析

Dirigent(DIR)蛋白基因是植物木质素合成过程中一类重要的基因,几乎存在于所有维管植物中,然而药用植物丹参中的DIR和类DIR蛋白基因(SmDIR)还没有被研究过。本研究通过生物信息学方法,对已在Gen Bank上登录的9个丹参转录组数据库进行整合拼接分析,发现了33个SmDIR基因片段,其中5条为完整序列。通过对5条完整SmDIR基因的序列特征、理化性质、跨膜结构域、信号肽、导肽、疏水性/亲水性、蛋白质二级结构、三级结构及结构域等进行预测分析,并将丹参DIR蛋白序列与其它植物的DIR蛋白进行同源比对,构建了丹参和模式植物拟南芥DIR蛋白家族的系统进化树。结果表明,这5条丹参DIR基因的开放阅读框都在594 bp上下,分子量为21.47 k D左右。除了SmDIR5,其余SmDIR蛋白的理论等电点(p I)均低于7,在5.60~6.50范围内,说明大多数丹参的DIR蛋白略呈酸性。Thr、Val、Gly、Leu和Ser等氨基酸是这些SmDIR蛋白共有的主要氨基酸。研究还发现这些丹参DIR蛋白表现出明显的疏水区和亲水区,均存在分泌途径信号肽,可能存在跨膜结构域。蛋白质二级结构中最主要的结构元件是无规则卷曲。氨基酸同源性比对显示,SmDIR4与Erythranthe guttata的类DIR蛋白同源性较高,SmDIR1、SmDIR2、SmDIR3和SmDIR5与芝麻的类DIR蛋白同源性较高。与拟南芥的进化分析显示,这些丹参DIR蛋白基因被分为两大类,归属DIR-b和DIR-d亚家族。本研究对丹参DIR蛋白序列特征进行了系统分析,可为今后深入研究该蛋白提供有利参考。     

木质素合成酶C3H基因的生物信息学分析

应用生物信息学的方法对GenBank中拟南芥、火炬松、胡麻、紫花罗兰等植物香豆酸-3-羟基化酶（c3h）基因以及本实验室克隆的欧美杨107的c3h基因（AM920690）核苷酸序列以及翻译的氨基酸序列的组成成分、导肽、跨膜结构域、疏水性／亲水性、蛋白质二级结构及功能域等进行了初步分析预测。分析表明欧美杨107的C3H氨基酸序列不存在导肽,无跨膜结构域,肽链表现为亲水性;二级结构域与P450高度匹配,其高级结构中含有由含铁血红素和半胱氨酸组成的活性中心,并构建了c3h进化树,对其分子进化进行了探讨。     

西红花MADS-box基因家族的生物信息学分析

西红花是中国传统中药材,以花柱入药,被誉为"植物黄金"。MADS-box转录因子家族在显花植物的花器官形成和分化过程中发挥重要作用,其有极大的可能影响西红花花器官的形成进而影响花柱发育。本研究采用生物信息学方法,对来自西红花转录组数据库中的17条MADS-box转录因子的核苷酸进行解读,及对其编码的氨基酸序列的组成成分、理化性质、信号肽、导肽、跨膜结构域、亚细胞定位、亲疏水性、蛋白质的二级、三级结构及功能域进行预测分析,并将西红花和其他植物的MADS-box蛋白进行同源比对,同时构建了西红花和模式植物拟南芥MADS-box蛋白家族的系统进化树。结果表明,西红花MADS-box基因的开放阅读框在630~750 bp左右,分子量在24~29 kD之间,理论等电点(pI)均大于7,介于8.69~9.54之间,表现为碱性疏水蛋白,既不含有信号肽也没有跨膜结构,二级结构主要原件为α-螺旋和无规则卷曲,含有一个MADS-MEF结构域和K-box结构域。氨基酸同源性比对结果表明西红花和石刁柏的MADS-box蛋白同源性较高。与拟南芥的进化树分析结果显示,西红花MADS-box蛋白可聚为两大类,分属于MIKC和Mβ亚家族。本工作可为今后进一步深入研究西红花MADS-box蛋白的生物学功能提供可靠的参考依据。     

棉花DUR3基因的鉴定及进化分析

植物DUR3同源蛋白属于钠离子/溶质共运蛋白家族的尿素高亲和力运输蛋白，在植物体对外源尿素的主动吸收及内源尿素的再分配过程中具有重要作用。为明确棉花DUR3基因的结构和进化情况，基于生物信息学的方法，从全基因组水平鉴定陆地棉和雷蒙德氏棉的DUR3基因，并对基因结构、跨膜结构域、基序分布、进化关系等进行分析。结果表明：(1)从陆地棉A亚组和D亚组染色体各鉴定出1个DUR3基因，从雷蒙德氏棉基因组鉴定出1个DUR3基因。这3个棉花DUR3同源蛋白同其他植物DUR3同源蛋白一样，具有15个跨膜结构域，具有3个位置一致、高度保守的基序。(2)基因结构分析表明，双子叶植物DUR3基因的外显子个数明显多于单子叶植物，这3个棉花DUR3基因的外显子个数亦是如此。(3)根据物种间种属亲缘关系，对不同物种DUR3氨基酸序列构建的进化树显示，棉花的同双子叶植物的聚在一起。(4)DUR3直系同源基因和旁系同源基因的K_a/K_s比值普遍均大于1,说明这些基因在进化过程中主要受到正向选择的作用。该研究结果为深入研究棉花DUR3同源蛋白提供了理论基础。     

铁皮石斛类唾液酸转移酶基因的分子鉴定

利用RT-PCR和RACE技术,从珍稀濒危药用植物铁皮石斛(Dendrobium of ficinale)中分离到一个类唾液酸转移酶(sialylt ransferase-like proteins,STLP)基因,命名为DoSTLP1(GenBank注册号KC178574).序列分析结果表明,DoSTLP1基因全长cDNA为1 340 bp,编码1条由367个氨基酸组成的肽链,分子量41.66 kD,等电点8.64;DoSTLP1蛋白具有唾液酸转移酶和糖基转移酶29家族的保守结构域(分别为1～357,87～346位氨基酸)、信号肽(1～27)和跨膜结构域(3～25,285～311).多序列比对和系统进化结果显示,DoSTLP1与多种植物的STLPs基因有较高的相似性(44.7％～53.7％),而且与水稻、玉米等单子叶植物STLPs基因的亲缘关系较近.实时定量PCR分析显示,DoSTLP1基因在铁皮石斛根、茎、叶器官中为组成型表达,其转录本在石斛根中的相对表达量较高,为叶中的2.857倍,茎和叶中的表达量无显著差异.该研究为进一步解析该基因在铁皮石斛生长发育过程中的生物学功能奠定基础.     

不同植物防御素的生物信息学分析

采用生物信息学的方法和工具对已在GenBank上注册的花生、鹰嘴豆、合欢、车前草、沙梨、辣椒等植物的防御素的核酸和氨基酸序列作了分析,并对其组成成分、翻译后修饰、导肽、跨膜结构域、疏水性,亲水性、蛋白质二级结构和功能结构域进行预测和推断的结果表明：此类蛋白可能是一具有信号肽的分泌型蛋白,α-螺旋和不规则卷曲是蛋白质二级结构中量最大的结构元件,β-转角和延伸链散布于整个蛋白质中,包含一个gamma-thionin功能结构域。     

几种经济植物UFGT基因的生物信息学分析

本文根据在GenBank中已登录的葡萄、玉米、水稻、草莓、拟南芥和苹果等植物的类黄酮-3-O-葡萄糖基转移酶基因的核苷酸序列和氨基酸序列,应用生物信息学软件预测了其理化性质、疏水性/亲水性、导肽、跨膜结构、卷曲螺旋结构、二级结构、功能结构域及高级结构,并构建了类黄酮-3-O-葡萄糖基转移酶蛋白家族的系统进化树.结果表明这几种植物的UFGT基因核苷酸序列除葡萄存在2个外显子外,其它植物均存在1个外显子.含量最丰富的氨基酸是Leu、Ala、Gly、Val和Ser等,除葡萄、苹果UFGT属于不稳定类蛋白外,其余均属于稳定类蛋白.进一步研究分析表明,这几种植物UFGT蛋白存在明显的疏水区和亲水区、信号肽、跨膜结构以及卷曲螺旋.二级结构组成上比例相似,并且都由α-螺旋、延伸链和无规则卷曲所组成.它们都存在UDPGT、COG1819和MGT等保守域.除了拟南芥外,其它几种植物都能够通过同源建模建立UFGT蛋白的三维结构.进化分析表明,把它们的UFGT 基因分成5个类群,其中3个大类群,另外陆地棉和野芭蕉的UFGT基因分别单独成一类.本工作将为深入研究该蛋白在植物花、果实和叶片等器官颜色变化中发挥的功能,开展生物大分子结构模拟以及药物设计提供抛砖引玉的作用.     

甘蔗β-1,3-葡聚糖酶基因的电子克隆与分析

以高粱β-1,3-葡聚糖酶基因(β-1,3-glucanase gene)cDNA序列为探针,搜索甘蔗EST数据库,而后通过电子克隆技术,拼接获得甘蔗β-1,3-葡聚糖酶基因ScBG。采用生物信息学方法,对该基因编码蛋白从氨基酸组成、理化性质、跨膜结构域、卷曲螺旋、亚细胞定位、信号肽、功能域及高级结构等方面进行了预测和分析。结果表明:ScBG基因全长1270bp,包含一个长达1011bp的完整开放读码框(open reading frame,ORF),编码336个氨基酸,分子量为34.8KD,理论等电点为4.98。该蛋白质很可能是胞外定位的诱导物释放型酸性葡聚糖酶,是一种稳定的分泌蛋白,且可信度达最高等级1。该蛋白属于糖苷水解酶第17家族,含有N端信号肽,在第7～29位氨基酸处含有跨膜信号区,在第31～321位氨基酸处含有糖苷水解酶17家族结构域,含2个主要的功能结构域。10个物种ScBG蛋白氨基酸序列的同源性分析表明,甘蔗ScBG基因编码蛋白与高粱β-1,3-葡聚糖酶基因的编码蛋白的同源性最高,达79.82%。以上研究结果为ScBG基因下一步的分子克隆、功能鉴定和应用提供基础。     

黑腹果蝇CG18853基因编码蛋白的生物信息学分析

目的:利用生物信息学方法分析黑腹果蝇CG18853基因编码蛋白的结构和功能。方法:基于NCBI数据库中黑腹果蝇CG18853基因编码蛋白的氨基酸序列,从蛋白质的理化性质、跨膜区、信号肽、亚细胞定位、结构域、三维结构及不同物种间同源蛋白进化关系等方面进行分析。结果:果蝇CG18853蛋白的理论分子量约38.5 kDa,理论等电点为8.80。CG18853蛋白为不稳定亲水性蛋白,无跨膜区和信号肽,具有DNA光修复酶FAD结合结构域。果蝇CG18853蛋白与模板3umv.1.A有60.87%的氨基酸序列一致;CG18853蛋白与长鼻袋鼠、金鱼、拟南芥、粳稻的编码产物高度同源。结论:黑腹果蝇CG18853蛋白具有DNA光修复酶家族的典型结构,可能在细胞核中参与DNA损伤修复过程。     

毛竹PsbS基因的克隆及其原核表达特征研究

采用RT-PCR技术从毛竹(Phyllostachys edulis)叶片中克隆到1个PsbS基因,命名为PePsbS (GenBank No. FJ600727),其编码区为810 bp,编码269个氨基酸。序列分析表明,PePsbS编码的蛋白与其它单子叶植物的PsbS蛋白有很高的相似性。蛋白结构分析表明,PePsbS基因编码蛋白包含导肽部分和成熟蛋白,其中成熟蛋白包含4个跨膜结构域。将PePsbS基因编码成熟蛋白的序列构建到原核表达载体pET23a中,并转入大肠杆菌,用IPTG进行诱导表达。结果表明, 41℃下诱导4 h的表达效果最好,目的蛋白含量约占总蛋白的21.5%,分子量约为22.0 kD。这说明温度和诱导时间明显影响PePsbS基因的表达。