水稻中与拟南芥CYP704B1基因同源序列的查找及序列分析

3

BIOTECHWORLD 生物技术世界1 综述

生物信息学(Bioinformatics )是一门综合性的前沿科学,是信息科学的迅速发展在生物学和计算机科学的综合性应用[1]。它是一门与信息科学、计算机科学、数学、物理学和生物学等学科相互渗透

的交叉学科[2]

。生物信息学的研究重点由一般的计算生物学逐步渗入基因组学(Genomics)和蛋白组学(Proteomics)两方面, 即从核酸和蛋白质序列出发, 分析序列中表达的结构与功能的生物信息[3]。

拟南芥属于被子植物门,双子叶植物纲。拟南芥的优点是植株小,结子多,拟南芥的基因组是目前已知植物基因组中最小的而水稻是属于被子植物门,单子叶植物纲[4]。水稻所结子实即稻谷,去壳后称为大米。属于直接经济作物,世界近一半的人口以大米为主食,大米是人类重要的主食之一。

在被子植物中,花粉壁是雄性配子体表面包裹的一层致密物质。在抵御各种环境压力或微生物的侵袭以及授粉时细胞的识别等方面具有重要作用。花粉壁由花粉内壁和花粉外壁所组成[5]。近年来在模式植物拟南芥中,人们克隆了许多与花粉外壁形成相关的基因,这些基因的突变往往会导致植株雄性不育的表型。这些基因涉及到绒毡层发育的调控、孢粉素的生物合成与运输,以及胼胝质壁和初生外壁的形成[6]。

拟南芥CYP704B1基因是植物细胞色素P450基因家族中的成员之一[7]。拟南芥CYP704B1基因是合成催化中长链脂肪酸的—羟基化的酶它参与花粉外壁的合成有利于花粉的育性[8]。

目前有关于拟南芥CYP704B1基因的研究有国外的Anna等人2009年的研究揭示了CYP704B1基因在拟南芥花粉形成中的作用,介绍了该基因的功能。CYP704B1属于植物细胞色素P450蛋白,在花粉外壁长链脂肪酸合成过程中起还原酶的作用,该基因在在花药发育过程中表达强烈,该基因突变体表现为花粉外壁的破坏,造成花粉不育,所说该基因是花粉外壁发育过程中不可缺少的功能基因。

除了Anna等人研究CYP704B1基因外,还有Lih等人也在2010年进一步研究CYP704B1基因功能阐明了CYP704B1突变后突变体表皮蜡质层发育不完全,几乎观察不到角质基质的存在。角质层中16-羟基脂肪酸、18-羟基硬脂酸及它们的前体和衍生物含量剧减,角质基质的缺乏使蜡质无法正常与表皮骨架结合。表皮层变光滑同

时不正常的油脂代谢影响了绒毡层、小孢子母细胞及花粉壁的合

成,导致花粉败育。

水稻作为重要的粮食作物,也是单子叶植物研究的模式生物。花粉的正常发育直接关系到水稻的结实率和产量,任何影响孢原细胞分化、减数分裂、小孢子的有丝分裂、 花粉成熟或开花等过程基因的突变, 均能导致花粉败育。近二十多年来, 科学家们应用突变体表达差异分析、比较基因组学等研究手段,已鉴定及克隆了一些与水稻花粉发育相关的基因通过在水稻中查找与拟南芥CYP704B1基因同源的基因分析其基因蛋白质序列为以后克隆该基因提供理论意义和做铺垫。

本文主要是对水稻中与拟南芥CYP704B1基因同源基因的核酸序列进行基本分析,通过对酶切位点的分析,我们可以对本条核酸序列酶切及体外扩增,用于分子实验。对氨基酸序列的分析,我们可以找到其磷酸化的位置,有无信号肽,及其二级结构等,在此基础上,来分析预测结构和功能的关系。对该同源基因的生物信息学分析,通过比较相同基因和不同基因的等位基因,有助于研究不同基因间的进化关系。

2 材料、方法与工具

2.1 材料

本文研究所用的材料是水稻中与拟南芥CYP704B1基因同源的序列名字为Os04g0573900。

2.2 方法

用计算机和生物信息分析软件对同源的序列Os04g0573900的序列基本结构和功能及进化地位进行了研究。

3 研究步骤和过程

3.1 数据库搜索

(1)首先在NCBI数据库中搜索查找拟南芥CYP704B1基因的蛋白质序列然后下载并且保存为F A S T A 的格式,命名为拟南芥CYP704B1基因氨基酸序列。(2)在 NCBI的BLAST程序中进行同源蛋白质的blast,blast的对象为rice,进行blast完后找到相似度最高的水稻蛋白质序列,点击保存为FASTA格式,命名为Os04g0573900[Oryza sativa Japonica Group]氨基酸序列。(3)最后在NCBI数据

水稻中与拟南芥

CYP704B1基因同源序列的查找及序列分析

邢维锋

(重庆市江津区第五中学校 重庆 402260)

摘要:本文运用了生物信息学方法对在水稻中与拟南芥CYP704B1同源序列的查找及对该条序列进行核酸一级结构和其表达产物的一级结构、二级结构以及三级结构进行初步分析。通过分析我们得出,该条序列长度为1903bp,有多种酶的限制性酶切位点,与其Sorghum bicolor hypothetical protein 基因相似性很高,本条序列共编码506个氨基酸。预测的相对分子质量为58164.91ku,理论的PI为8.56。氨基酸总体来说疏水性不强,属于亲水性氨基酸。有22个磷酸化位点。该蛋白质有信号肽,有一个跨膜区,该氨基酸序列二级结构的分析结果显示,a 螺旋占52.96%;延伸链占11.26%,无规卷曲所占的比例为35.77%,并且分布不连续。该序列编码的蛋白质含有一个跨膜结构域并且重叠了一个低度复杂结构域。通过SwissModel 全自动模式对该蛋白三级结构预测与分析,该蛋白最佳匹配的模板是3mzs.1.A.最佳比对区域位于其该蛋白序列的第28-506位氨基酸残基,序列一致性达21.19%,GMQE值为0.55。通过对其系统发生树的建立,由两种方法N-J法和M-P法构建的系统树,可以看出该同源序列与Aegilops tauschii节节麦和Zea mays玉米同源相似性较近。

关键词:CYP704B1同源序列基因 生物信息学 系统进化树中图分类号:S43文献标识码:A 文章编号:1674-2060(2015)06-0003-02

作者简介:邢维锋(1991—),男,海南乐东人,本科,二级教师,研究方向:拟南芥细胞色素P450基因家族。

相关主题
相关文档
最新文档