八氢番茄红素合成酶(PSY)的生物信息学分析

目的:通过生物信息学方法对八氢番茄红素合成酶基因(PSY)及氨基酸序列分析,并构建三维结构。方法:运用生物信息学方法对八氢番茄红素合成酶基因及其蛋白质序列的理化性质、亲/疏水性、信号肽、跨膜结构域、糖基化位点,磷酸化位点,二级结构,功能结构域和三级结构进行预测分析。结果:PSY基因含1239bp的开放阅读框,编码氨基酸数为412,为碱性不稳定蛋白;八氢番茄红素合成酶富含Arg、Leu、Ala、Ser、Val等氨基酸,为亲水性蛋白质;PSY为非跨膜蛋白,不含信号肽,具有多个磷酸化位点,α螺旋和无规卷曲是其主要结构元件。结论:用同源建模的方法构建其三维结构,得到合理模型,为采用生物工程提高番茄红素产量提供理论依据。     

黄连对羟苯基丙酮酸双加氧酶的生物信息学分析

本研究以黄连hppd基因编码的对羟苯基丙酮酸双加氧酶(4-Hydroxyphenylpyruvate dioxygenase,HPPD)为研究对象,用生物信息学方法对该蛋白理化性质、信号肽、跨膜结构域、亚细胞定位、亲疏水性、二级结构及模体、三级结构等进行分析。表明该酶的ORF可以编码430个氨基酸,是一种无信号肽、无跨膜结构、定位于微体和细胞质的可溶性亲水蛋白。无卷曲螺旋,α-螺旋和无规则卷曲为主要的二级结构元件。三级结构建模采用SWISS-MODEL建模,Ramachandran评估显示均为可靠模型。并用3DLigand Site配体结合位点预测系统预测配体结合位点。     

植物肌醇-1-磷酸合成酶的生物信息学分析

采用生物信息学工具及网络资源,对已在GenBank上注册的玉米、小麦、芝麻、菜豆、海茄冬、红三叶等植物的肌醇-1-磷酸合成酶的核酸及氨基酸序列进行分析,并对其组成成分、导肽、跨膜结构域、疏水性/亲水性、分子系统进化关系、蛋白二级及三级结构等进行预测及推断。结果表明:植物肌醇-1-磷酸合成酶在进化过程中非常保守,且可能为定位于细胞质的亲水性蛋白;结构预测表明不同来源的MIPS蛋白尽管在结构上有所差异,但是其催化位点及NAD+结合区基本一致,具有较强的保守性。     

CXCL12-α基因编码区的克隆与生物信息学分析

目的:克隆人源CXCL12-α的成熟肽编码序列后进行生物信息学分析及其蛋白质结构与功能预测。方法:采用RTPCR方法从人骨髓组织中克隆CXCL12-α基因序列,并将编码其成熟蛋白的核酸片段插入原核表达载体pET-30a(+)中,转化Escherichia coli后进行酶切鉴定和DNA序列测定。利用在线网络生物信息学相关数据库和分析软件对测序结果进行分析,并对重组蛋白的一、二、三级结构及功能等进行验证和预测。结果:获得了基因序列为263 bp的人源CXCL12-α基因,与GenBank中公布序列一致。双酶切鉴定及DNA测序验证结果正确。生物信息学检索该基因编码蛋白的氨基酸序列与理化参数显示,蛋白无跨膜区,在第29位有一个Ser为蛋白激酶磷酸化位点,第1~21位可能为信号肽区域。ɑ-螺旋,无规则卷曲,延伸链和β-转角数量分别占总二级结构的44.94%、22.47%、21.35%、11.24%。同源建模预测信息可信度为0.68,该蛋白G-factor结构计分总平均为0.33,结构检验表明该蛋白属于正常范围内。二级结构和拓扑结构信息、蛋白质结合位点三维图和预测蛋白可能催化口袋及结合位点、三维结构模拟的可视化结构显示其空间结构稳定。结论:人源CXCL12-α分子克隆成功,网络数据库等生物信息学分析及结合蛋白质结构与功能预测可为深入研究CXCL12-α提供理论指导。     

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。     

龙眼DlPSY基因在根和叶中的表达及其生物信息学分析

为研究八氢番茄红素合成酶(phytoene synthase)基因在龙眼类胡萝卜素合成途径中的作用机制,该文从龙眼转录组数据中筛选获得一个PSY基因,命名为DlPSY,采用生物信息学方法对龙眼PSY蛋白的一级结构、理化性质、信号肽、跨膜结构、亚细胞定位、亲疏水性、蛋白质二级结构、蛋白质三级结构、卷曲螺旋、蛋白质结合位点、系统进化树、蛋白质互作等进行分析和预测,并同时运用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术对DlPSY基因在龙眼根和叶中的差异表达进行分析。结果表明:龙眼DlPSY基因长度为1 260 bp,编码420个氨基酸;生物信息学预测DlPSY蛋白具有Isoprenoid Biosyn C1超家族结构,含有信号肽,为分泌性蛋白,无跨膜结构,是一种可溶性亲水蛋白,定位于膜外; DlPSY蛋白的二级结构主要由α-螺旋和无规则卷曲组成,具有卷曲螺旋。Ramachandran评估结果表明应用SWISS-MODEL构建的蛋白质三级结构模型可靠,其配体结合位点为344Phe和347Lys。RT-qPCR分析结果表明DlPSY基因在龙眼根和叶中均有表达,叶中表达量高于其在根中的表达量。该研究结果为下一步采用遗传学方法提高龙眼中类胡萝卜素的含量奠定理论基础。     

金纹细蛾几丁质酶基因生物信息学分析

本文从生物信息学角度对克隆获得的金纹细蛾几丁质酶进行分析,通过课题组提交到GenBank的数据,采用在线分析及相应软件分析预测金纹细蛾几丁质酶(LrCHI)基因核苷酸和氨基酸序列的组成、理化性质、信号肽、糖基化位点、磷酸化位点、疏水性、二级结构和三级结构等,并构建系统发育树。结果表明:LrCHI开放阅读框由1737bp组成,推导578个氨基酸;此序列所编码的蛋白属于几丁质酶18家族,其N端含有信号肽和几丁质酶18家族活性位点,C端为几丁质结合区,无跨膜结构域区域;预测LrCHI为亲水性蛋白;金纹细蛾与鳞翅目的棉铃虫、甜菜夜蛾进化关系最近。分析结果可为LrCHI的科学研究提供有价值的信息,为进一步研究其高级结构与功能的关系提供理论依据。     

萤火虫Luc基因的克隆及生物信息学分析

[目的]克隆野生型虫荧光素酶(luciferase)基因(Luc)全长序列并对其进行生物信息学分析。[方法]以虫荧光素酶报告栽体p XP2 DNA为模板,应用PCR技术,获得萤火虫Luc基因目标条带并克隆到p GEM-T-Easy载体,利用CD search、Prot Param、Prot Scale和SOMPA等11种预测软件对其保守区域、一级结构、理化性质、空间结构及活性区域等进行预测分析。[结果]该酶由551个氨基酸残基组成,属于可溶性亲水蛋白。其二级结构主要由无规卷曲和α-螺旋组成。三级结构以6q2m.1的A链为模板进行同源建模,其活性区域由125个氨基酸残基构成,面积和体积分别为2 483.879?2和1 834.454?3。在该蛋白质的活性区域之外,筛选出38个具备引入二硫键条件的潜在位点。[结论]成功克隆了Luc基因,并对野生型虫荧光素酶进行了生物信息学分析预测,为进一步过定点突变提高虫荧光素酶的热稳定性奠定了理论基础。     

牛NAD(+)异柠檬酸脱氢酶生物信息学分析

异柠檬酸脱氢酶(IDH)是三羧酸循环中的关键酶。为了进一步探索IDH的结构与功能,利用生物信息学方法对牛NAD(+)IDH进行分析。结果表明,该蛋白为亲水性蛋白,呈碱性,无跨膜区,在β亚基N端存在长度为16个氨基酸的信号肽,亚细胞定位在线粒体。二级结构预测结果显示该蛋白的三个亚基均以α螺旋为主,并且其上的螺旋和折叠均紧密有序排列,这有助于形成特定的结构域并发挥特定的生物学功能。对α和γ两个亚基采用同源建模法预测其三级结构模型,β亚基采用折叠识别法预测其三级结构模型,预测结果质量评估均较好。此外,分析了不同亚基的表面电荷分布,并预测了最可能的异柠檬酸和ADP的结合位点。通过生物信息学方法进行合理预测,为进一步研究IDH家族尤其是哺乳动物NAD(+)IDH提供了重要理论依据。     

茶树茶氨酸合成酶基因的酶活性验证与蛋白三维结构分析

针对NCBI上已登录的茶氨酸合成酶与谷氨酰胺合成酶基因序列进行克隆、原核表达与酶活性验证,利用多种生物信息学数据库和软件,对Cs TS与Cs GS基因进行结构、性质和功能预测,采用同源建模法对蛋白三维结构进行预测,比较并预测催化作用位点的差异;用系统进化树分析从裸子植物到高等被子植物的谷氨酰胺合成酶基因序列,推测其进化的演变过程;通过对原核表达的基因工程菌提取粗酶液进行酶活性测定。结果表明:尽管茶树TS与GS序列高度同源,但是原核表达后的融合蛋白仍然显示了不同的催化能力,蛋白一、二级结构分析显示Cs TS与Cs GS差异不大,但是通过同源建模形成的蛋白三级结构分析显示,Cs TS与Cs GS存在3个催化位点上的差异,这可能是导致其酶活性差异的关键。系统进化分析结果首次确定茶氨酸合成酶应为谷氨酰胺合成酶基因家族成员,按照其细胞定位预测应为胞质型GS,其亲缘关系与同为双子叶植物的葡萄、陆地棉、巴西橡胶树、拟南芥较接近。     

PSS定点突变及酶活研究

磷脂酰丝氨酸可在磷脂酰丝氨酸合成酶(PSS)催化下由磷脂酰胆碱和L-丝氨酸生成。通过生物信息学手段对磷脂酰丝氨酸合成酶蛋白质结构进行解析和研究分析,获得2个可突变位点F139和P272,通过Overlap PCR法进行定点突变,测定突变序列,并进行酶活测定。结果显示,PSS位点F139突变为L139、M139,位点P272突变为A272,能提高酶活力,说明蛋白质结构解析结合氨基酸定点突变技术,可以改善重组酶的活力。     

罗汉果环阿屯醇合酶的同源建模、分子对接及催化环化的机理推测

环阿屯醇为植物甾醇类化合物,也是诸多甾醇类化合物生物合成的关键前体物质之一,具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤、调节胆固醇等多种药理活性。课题组前期克隆了罗汉果环阿屯醇合酶基因(Cycloartenol Synthase,CAS)并对其进行了功能验证(GenBank登录号:HQ128566)。但该酶的催化活性位点及催化机制尚不明确,阻碍了进一步的改造及应用。本研究利用同源建模预测CAS的三维结构,结合分子对接模拟技术分析该酶与底物的相互作用,结果表明,Asp491、Cys492、Cys570、Tyr540、His265是CAS酶上关键的催化位点,Asp491质子化2,3-氧化鲨烯引发四个环化反应形成C20正离子中间体,然后中间体经过一系列的碳正离子重排形成C11正离子中间体,最后通过His265与Tyr540去质子化使得C27与C11原子间形成单键生成产物环阿屯醇。此外,活性空腔内存在大量的疏水氨基酸,则通过疏水作用稳定反应物、中间体结合在活性空腔。该酶活性位点的发现,为今后通过定点突变技术改造酶的活性及调控代谢通路奠定了基础。     

香蕉中Maasr1基因的生物信息学分析

目的:利用生物信息学方法对香蕉中Maasr1基因的理化性质、结构与功能进行预测,为其基因功能的研究提供线索,为下一步的实验策略提供参考。方法:用Protparam分析Maasr1编码蛋白的氨基酸序列组成、相对分子质量、等电点等理化性质;用InterProScan分析蛋白质结构域;用Scanprosite寻找Motif;用Predictprotein预测二级结构、疏水性;用Psort进行亚细胞定位;用ClustalW进行多序列比对;用Protfun分析蛋白质功能。结果:通过因特网数据库及生物信息学分析工具进行初步分析表明,Maasr1基因编码的蛋白是一种相对分子质量为16263.8、等电点为5.99的不稳定蛋白,富含Glu、Ala、His、Lys;二级结构主要是α螺旋,具有多种蛋白激酶磷酸化位点和1个豆蔻酰化位点,并具有很高的亲水性,定位于细胞核和细胞质。结论:Maasr1基因可能在植物的糖代谢、生长衰老、果实发育及非生物胁迫过程中起重要作用。     

玉米酒糟中醇溶蛋白的结构特征研究

目的:通过实验和特征预测相结合的方法,分析酒糟中醇溶蛋白的物理化学性质及其结构,为玉米醇溶蛋白的生物学应用奠定基础。方法:将从玉米酒糟中醇提的玉米醇溶蛋白的SDS-PAGE条带进行ESI-Q-TOMS质谱分析,从得到的氨基酸序列,用生物信息学工具预测蛋白的疏水性、二级结构、三级结构等性质。结果:目的条带为玉米醇溶蛋白z1D alpha zein,相对分子质量为24 521,等电点为8.85,为疏水蛋白,其二级结构以α螺旋为主,三级结构成纺锤状。结论:为玉米酒糟中玉米醇溶蛋白的开发利用奠定了基础。     

猪胸膜肺炎放线杆菌flic蛋白二级结构与B细胞表位预测

目的:预测和分析猪胸膜肺炎放线杆菌(Actionobacillus pleuropneumoniae,APP)鞭毛蛋白(flic)的二级结构和B细胞表位.方法:利用生物信息学方法对flic基因推导的氨基酸序列进行结构特征和B细胞表位预测分析.结果:flic蛋白为非稳定型脂蛋白,含有2个酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点(39-42 SirD,164-167 SvkD)和3个蛋白质激酶C磷酸化位点(39-41 SiR,161-163 TsR、164-166 SvK).该蛋白无信号肽,在21Ala～38Ala处存在跨膜区的可能性最大.fljc蛋白的二级结构主要由无规卷曲区域、α-螺旋和β-折叠组成,而形成较少的转角结构.该蛋白的B细胞表位可能位于55～61和152～158区段内或其附近区域.结论:预测结果将有助于确定file蛋白的B细胞表位,为进一步研究flic基因功能及研制APP基因工程疫苗提供参考.     

GPC3基因的结构与功能生物信息学预测

磷脂酰肌醇蛋白聚糖3(Glypican 3,GPC3)作为原发性肝癌标志物,对其结构与功能进行生物信息学分析。借助生物信息学相关软件,对该基因所编码的氨基酸理化性质、信号肽、跨膜结构、蛋白质的二级结构,蛋白质翻译后修饰、蛋白三级结构及亚细胞定位及B细胞线性表位、蛋白质相互作用网络进行生物信息学分析。GPC3蛋白为稳定的亲水性蛋白,具有信号肽,主要定位于细胞质膜。二级结构元件只要以α螺旋,β折叠为主。有18个Ser、7个Thr、23个Tyr可成为蛋白激酶磷酸化位点。GPC3蛋白与Wnt信号家族蛋白具有相互作用。分析预测GPC3,为探究其参与原发性肝癌方面有重要意义。     

日本蛇根草无色花青素双加氧酶基因的克隆及其序列分析

无色花青素双加氧酶(LDOX)是花青素合成途径末端的一个关键酶,在该酶的催化作用下,能将无色花色素转变为有色花色素。本研究采用RT-PCR方法成功克隆出日本蛇根草LDOX基因的cDNA序列后,并对其进行了生物信息学分析。分析结果显示,日本蛇根草LDOX基因的cDNA全长为1 041 bp,编码346个氨基酸,理论等电点为5.50,预测其蛋白分子量为38.63 k D,LDOX蛋白为不稳定蛋白,不存在信号肽,很可能定位在细胞质中。二级结构分析显示,其无规则卷曲的含量最高,与三级结构预测结果相符合。日本蛇根草LDOX基因的克隆与生物信息学分析对于进一步研究该类酶的结构和功能以及植物花青素的生物合成具有重要意义。     

羊流产嗜衣原体ompA基因克隆及生物信息学分析

分析羊流产嗜衣原体ompA基因结构并预测其编码蛋白的结构和功能。采用DNA Star、DNA MAN、vector NTI suite11.5序列分析软件和在线网站ExPASy分析该基因的结构和预测其编码蛋白的理化性质、亚细胞定位、一级结构修饰位点、二级结构特征及三维空间构象、潜在抗原表位等。结果显示,该基因全长1 170 bp,可编码389个氨基酸,编码蛋白理化性质较稳定,无各种亚细胞定位序列,含有多个能被其他酶修饰的位点,该蛋白以无规则卷曲为主,大部分氨基酸残基包埋在分子内部,含5个跨膜区,3个亲水性较强的抗原表位。ompA基因生物信息学分析结果为ompA蛋白功能的深入研究和新型多价疫苗的开发提供了基础数据。     

圆弧青霉PG37脂肪酶的生物信息学分析

利用生物信息学软件对GenBank上登录的圆弧青霉PG37碱性脂肪酶(LipⅠ)进行预测和分析。结果表明,PG37LipⅠ全肽含多个疏水区域,无明显跨膜结构域,定位于胞外,N-末端20个氨基酸为信号肽;PG37LipⅠ成熟肽是等电点为6.16的疏水性稳定蛋白质,包含一个Lipase_3的结构域,属于α/β水解酶超家族,含磷酸化位点等多种功能性位点,具有脂肪酸代谢的功能;α-螺旋和不规则卷曲是其蛋白质二级结构的主要结构元件,在三级结构中,Ser132-Asp188-His2413个氨基酸残基组成酶活性中心。     

卷叶贝母法尼基焦磷酸合酶基因的克隆及表达分析

为了探究卷叶贝母(Fritillaria cirrhosa)法尼基焦磷酸合酶基因(FcFPPS)是否参与甾类生物碱合成、萜类合成等代谢过程,该研究基于转录组测序结果,通过PCR技术克隆卷叶贝母FPPS基因(FcFPPS)开放阅读框(Open Reading Frame,ORF)序列,运用生物信息学方法对该基因进行分析,预测其编码蛋白的结构与功能,并通过qRT-PCR检测FcFPPS基因在野生鳞茎和再生鳞茎(通过激素组合刺激获得的组织培养物)中的表达情况,以及利用煎煮法测定野生鳞茎和再生鳞茎的总生物碱含量。结果表明:获得了1 059bp的FcFPPS ORF片段,编码352个氨基酸,并与NCBI上公布的麝香百合、虎眼万年青、春兰等植物FPPS蛋白的相似性在85%以上;对FcFPPS蛋白的二级、三级结构预测发现FcFPPS蛋白主要由α螺旋构成;qRT-PCR与总生物碱含量测定结果显示FcFPPS基因的表达水平与总生物碱含量的变化趋势一致,都是再生鳞茎高于野生鳞茎。FcFPPS蛋白质特征区及同源性等生物信息学分析结合qRT-PCR的测定结果证明FcFPPS可能是一个有生物学功能的蛋白质,这为后续利用基因工程手段提高卷叶贝母中生物碱含量奠定了理论基础。