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效淯强
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1 2218 中草药 h o b u 第 45 卷第 15 期 2014 年 8 月药材与资源 2-- 甲基 -- 赤藓糖 -4- 磷酸胞苷转移酶基因的生物信息学分析 1, 郑玉娟 2 1,, 陈容 2, 周文化 1, 2* 1 稻谷及副产物深加工国家工程实验室, 湖南长沙中南林业科技大学食品学院, 湖南长沙摘要 : 目的研究 cohz uoo 2-- 甲基 -- 赤藓糖 -4- 磷酸胞苷转移酶 () 基因特征并预测结构与功能位点方法以基因为研究对象, 利用 B 网站及生物信息学软件对其碱基分布氨基酸组成亲疏水性保守区及二级结构和三级结构进行预测和分析 ; 并对 9 个物种的基因进行多重比对与进化分析结果基因的序列长为 b(b J ), 编码由 399 个氨基酸组成的蛋白质, 该蛋白质相对分子质量为 , 其中量最高的为 (100%); 整个多肽中疏水性氨基酸占 595%, 平均疏水值为 0050; 与 ohz 氨基酸序列对比同源性最高, 达 99% 结论基因处于稳定状态, 编码的蛋白为疏水性蛋白, 在进化过程中是相对保守的, 获得的保守区段序列信息为其他物种基因的克隆奠定了基础关键词 :2-- 甲基 -- 赤藓糖 -4- 磷酸胞苷转移酶 ; ; ; 生物信息学 ; 蛋白质结构中图分类号 :28212 文献标志码 : 文章编号 : (2014) O: /j Bo-oc o 2--h--ho 4-hoh c cohz uoo Z u-ju 1, 2, o 1, 2, ZOU -hu 1, 2 1 o boo o c Bouc oc, hh , h 2 choo o oo cc, ouh U o o choo, hh , h bc: Objc o u h chcc o 2--h--ho 4-hoh c () o c h ucu uco o ho B o o cohz uoo, B wb bo-oc ow w u o c z h b buo, o c cooo, hohc o hohobc, co h- ucu o h-co o h u w co wh uc oh h c h ouo w oow u h uc o uoo w b (B: J ), co h o co 399 o c, h ocu o o w wh 100% ou; o, hohobc o c w 595% ou, h hohc w 0050; h hooo w ou hh 99% co wh ohz ocuo h uoo w u b h co o w hohobc, whch w u co ouo; h uc oo co o h o h b o co oo oh c wo: 2--h--ho 4-hoh c; cohz uoo ; ohz x Bu; bo-oc; o ucu cohz uoo 为玄参科胡黄连属的多年生草本植物, 分布区比较狭窄, 特产于横断山区和东喜马拉雅其具有保肝利胆抗菌消炎抗哮喘降血糖神经保护免疫调节等多种药理作用, 临床上应用非常广泛, 环烯醚萜苷类成分是其主要作用成分之一 [1-2] 近些年, 由于过度采挖, 野生资源濒临枯竭, 其作为国家二级保护植物, 已被列入中国珍稀濒危保护植物名收稿日期 : 作者简介 : 郑玉娟 (1990 ), 女, 山东东营人, 硕士, 研究方向为特色农林产品深加工 -: zhuju9003@163co * 通信作者周文化 (1969 ), 男, 湖南澧县人, 教授, 博士, 研究方向为特色农林产品深加工, 传统食品工业化研究 : (0731) : zhouwhu@126co

2 中草药 h o b u 第 45 卷第 15 期 2014 年 8 月 2219 录 [3], 对其继续科学保护和合理利用已刻不容缓萜类化合物 (o) 又称类异戊二烯, 是自然界中分布最广泛结构最复杂的一类次生代谢化合物 [4-8] 其在植物生理过程中发挥着重要作用, 部分萜类化合物还具有重要的药用价值和较高的经济价值随着分子生物学和生物信息学等学科的发展, 萜类化合物的合成途径及合成过程中的关键酶成为植物次生代谢研究领域的热点之一绝大多数萜类化合物的合成前体是异戊烯基焦磷酸 (), 植物体内的生物合成主要存在 2 条不同的代谢途径 : 一是位于细胞质中的甲羟戊酸 () 途径, 另一条是位于质体中的 2- 甲基 -- 赤藓糖醇 -4- 磷酸 () 途径 [9] 2-- 甲基 -- 赤藓醇 -4- 磷酸胱氨酸转移酶 () 催化途径中的第 3 个反应, 即催化和在胞苷三磷酸 () 的参与下合成 -, 是合成的关键酶之一 [10-13] [14] ohch 等使用同位素标记法验证了在大肠杆菌萜类前体物质生物合成中的重要作用此外, 缺失型 co 菌株 33 人为添加, 可以在 B 平板上生长, 而缺失型不生长, 这说明了是生物合成所必需的 [15] 近年来, 相继有文献报道多个物种的基因得到解析, 但尚未有报道利用生物信息方法系统研究这些基因, 这制约其他物种中该基因的克隆与功能验证生物信息学是生命科学和信息科学的交叉学科, 是后基因组时代的重要研究工具之一本实验利用生物信息学的方法对基因以及 B 上已发表的其他植物基因进行序列分析和功能预测, 旨在为其他植物基因的克隆功能验证提供理论和实践参考依据 1 材料样品采自印度罗唐山隘和 u 研究所保护地收集, 经笔者鉴定为 cohz uoo 2 方法参照 B 数据中报道的 (J ) bo h u(_ ) ohz x Bu(J831096) cu cou J u(x_ ) oo J x u Z Zh ( ) uo c Bo ( JX ) ouu choc Joh o & (U ) b Joh ü o (B ) 和 o bob u ( ) 的基因的序列以及其编码的蛋白质序列基因序列由叶组织中提取获得的反转录合成 c 特异性扩增获得 [16-18] 利用 Bo 软件分析基因序列和氨基酸序列的相对分子质量碱基 ; 利用 B 网站的 O 程序 (h://wwwcb ho/ojc/o/oc) 预测开放阅读框 (O) 利用 Bo 软件对基因的氨基酸序列进行初步疏水性分析, 再通过 x 的 oc 程序 (h://xo/cb/ oc/), 使用 hob/ & oo 方法对其进行详细的疏水性分析, 并获得氨基酸组成碱基分布氨基酸比例等 ; 将获得的氨基酸序列利用 u X 软件进行氨基酸序列之间的多重比对分析 ; 利用软件对 9 种植物基因的氨基酸序列构建进化树 ; 在 B 中对蛋白的保守序列进行预测, 以及二级结构三级结构的预测分析 [19-22] 3 结果与分析 31 基因序列的分析通过 Bo 软件和 B 网站分析发现, 胡黄连基因序列长为 b, 其含有多个复制起始位点,O 在 148~1 083 b, 共编码 311 个氨基酸, 相对分子质量为从表 1 可以看出,+ 量较高为 6209%;+ 量较少为 3791% 32 基因编码的蛋白质氨基酸组成分析由表 2 可知, 基因编码的蛋白质中共有 20 种氨基酸, 共计 399 个氨基酸, 相对分子表 1 基因序列的碱基组成 b 1 B cooo o uc o uoo 碱基类型数目含量 / %

3 中草药 h o b u 第 45 卷第 15 期 2014 年 8 月 2220 质量为 , 其中量最高的为, 为 100%; u 也较多, 分别为 98% 80% 78% 73%; 而量最低的是, 为 05% 端第一个氨基酸为表 2 编码的蛋白质的氨基酸组成 b 2 ooo o o c o o uoo 氨基酸名称数目含量 / % u h u o h 基因编码的氨基酸序列疏水性分析组成蛋白质的氨基酸分子都具有一定的极性, 这些氨基酸分子的极性对蛋白质高级结构及功能性结构域的形成有重要的影响分析可知该蛋白为稳定蛋白从图 1 可知, 疏水值最大为 3167,375 b 处的疏水性最强, 疏水值最小为 2244,88 b 处亲水性最强整个多肽中含 595% 的疏水性氨基酸, 疏水性平均值为 0050, 推断该蛋白为疏水性蛋白图 1 基因编码氨基酸的疏水性预测 1 ohobc co o o c uc o uoo 34 氨基酸序列之间的多重比对分析对的氨基酸序列进行同源性分析 ( 图 2), 结果表明与具有较高同源性, 保守区主要集中在中部和尾部, 而端变异性比较大由于基因进化 ou c ou c ou c h w w h h ou 图 2 序列氨基酸的多重比对分析 2 u coo o o c o uc 位置 / b 疏水值

4 中草药 h o b u 第 45 卷第 15 期 2014 年 8 月 2221 等原因, 也存在较大差异的区段, 这些区段可能为基因进化理论研究提供一些参考依据 B 的结果表明属于糖基转移酶 (-) 家族 35 进化树的构建与分析由图 3 可知, 与亲缘关系最近, 属于同一目即唇形目, 与分支较近, 与 002 图 3 基因编码氨基酸序列进化树 3 ouo o o c uc o 较远 36 基因的保守区预测保守序列 (co uc) 对推测进化结果有特殊意义在 B 的蛋白保守结构域数据库 (co o b,) 中对进行蛋白保守区预测, 结果表明 ( 图 4) 与该基因匹配的蛋白为, 保守序列在中间和端, 这也印证了不同物种的氨基酸序列之间的多重比对分析结果 37 编码基因的二级结构分析与三级结构预测用 O 对二级结构分析表明 ( 表 3 和图 5), 该蛋白由 2058% 的 α- 螺旋 2926% 的延伸链 965% 的 β- 转角及 3051% 的无规则卷曲组成无规则卷曲是中最多的结构元件氨基酸的排列顺序即蛋白质的一级结构决定了蛋白质的高级结构, 而该蛋白的生物学功能由高级 u cc h u u-o 图 4 保守结构区域的预测 4 co o co o o o uoo 表 3 O 对二级结构分析 b 3 o co ucu o uoo b O 折叠方式数目比例 / % α- 螺旋 (h) 延长带 () β- 转角 () 无规则卷曲 (c) 结构所决定采用 w-o 得到蛋白的三级结构 ( 图 6), 结果表明包含 13 个 α- 螺旋和 20 个 β- 片层, 有助于理解蛋白质结构与功能之间的相关性所有已知植物中都具有 2 个保守的活性位点 :(1) 底物结合位点 ;(2) 依赖于 2+ 的底物结合位点, 不同植物来源的在端非催化区域的氨基酸序列差异很大, 在催化区域序列非常保守, 中, 结

5 2222 中草药 h o b u 第 45 卷第 15 期 2014 年 8 月蓝色代表 h, 红色代表, 绿色代表, 橙色代表 c Bu o h, o, o, O o c 图 5 二级结构预测 5 co ucu co o uoo 图 6 三级结构预测 6 co o h- ucu o uoo 合位点由组成, 结合位点是 , 由此可以推测结合位点和结合位点分别由和组成, 和结合位点在一级结构上距离较远, 由于全酶结构是一个二聚体, 所以 2 个酶活性中心在一级结构是可能存在距离的 [20-26] 4 讨论通过 B 网站和生物信息学软件研究胡黄连基因的碱基分布氨基酸组成, 结果发现, 该基因中 + 的碱基量约为 3791%, 低于 50%, 表明发生错配的概率较低, 核苷酸处于稳定状态通过 u X 等生物信息学软件将胡黄连与其他物种基因序列进行多重性比对和进化分析, 序列同源性较高, 部分区段同源性达 100%, 说明其在进化中是十分保守的, 也有助于其他物种基因的克隆与分离这些保守区基因信息为其他物种中该基因的克隆提供了十分有价值的序列信息, 为加快基因克隆及基因的分子调控研究奠定基础较大差异的基因区段可能与基因的进化与变异相关, 这些仍待确定通过 B 对该基因的蛋白质进行二级和三级结构预测, 也有助于未来该基因在生物体内的调控研究参考文献 [1] 何希瑞, 李倩, 张春玲, 等化学成分及单体化合物药理活性研究新进展 [J] 环球中医药, 2012, 5(9): [2] u, h B, ucu o o c o o chch co 2--h--ho 4-hoh c [J] Bo o, 2003, 59: [3] 国家环境保护局中国珍稀濒危保护植物名录 ( 第 1 册 ) [] 北京 : 科学出版社, 1987 [4], u, u B, o-w co chczo o o o o boh ohz [J] J x Bo, 2012, 63(7): [5] u,, J, Booc o 4-hox-3-h-2-bu1 hoh h () ouu choc [J] c c cho, 2012, 13(1): [6] 黄瑛, 曾庆平萜类生物合成的基因操作 [J] 中国生物工程杂志, 2006, 26(1): [7] 刘娟, 刘斌, 折改梅, 等单萜苷类化合物及其药理活性研究进展 [J] 现代药物与临床, 2010, 25(2): [8] 郭建华, 田成旺, 刘晓, 等中药环烯醚萜类化合物研究进展 [J] 药物评价研究, 2011, 34(4): [9] 马靓, 丁鹏, 杨广笑, 等植物类萜生物合成途径及关键酶的研究进展 [J] 生物技术通报, 2006(1): [10] 李莉, 高凌云, 董越, 等植物类异戊二烯生物合成相关酶基因研究进展 [J] 浙江师范大学学报 : 自然科学版, 2008, 31(4): [11] 郑月基因的克隆与遗传转化体系的建立 [] 重庆 : 西南大学, 2011 [12] 张长波, 孙红霞, 巩中军, 等植物萜类化合物的天然合成途径及其相关合酶 [J] 植物生理学通报, 2007, 43(4): [13] 汪婉宜, 申业, 黄璐琦, 等萜类合成甲羟戊酸途径的关键基因的克隆及表达分析 [J] 中国食物与营养, 2011, 17(9): 24-28

6 中草药 h o b u 第 45 卷第 15 期 2014 年 8 月 2223 [14] ohch, uwu J,, 5 -hoh- boh o oo: b o o chch co cz h oo o 4-hohoc-2--hho [J] oc c c U, 1999, 96(21): [15], uzu, h J, o uco chczo o 2--h--ho 4-hoh c (b) o o bob [J] hoch, 2006, 67(14): [16] h, h, h, oo uc chczo o cohz uoo co wo u how jo co ju [J] B oc, 2012, 13(1): 1-21 [17] h, h, u o xo o oc wh co boh cohz uoo [J], 2013, 515(2): [18] woo, h, u, h u u boh: hooc oo co ccuuo cohz uoo [J] Juc c, 2010, 10(3): [19] 张慧敏, 李剑芳, 邬敏辰圆弧青霉脂肪酶基因序列的生物信息学分析 [J] 食品与生物技术学报, 2010, 29(4): [20] 张文红, 刘新平, 王琰, 等 2 基因及 2 蛋白的生物信息学分析 [J] 第四军医大学学报, 2003, 24(17): [21] 石鸥燕, 李艳云, 蔡春泉, 等 Z6 基因及其蛋白的生物信息学分析 [J] 现代生物医学进展, 2010, 10(6): [22] 侯琳, 钱敏平, 朱云平, 等转录因子结合位点生物信息学研究进展 [J] 遗传, 2009, 31: [23], ou oo bo xo o o (O uo ) u [J] Bo, 2012, 146: [24] o, O ochc oco o z c o c -cob h o (O uo ) [J] c, 2012, 197: [25] 刘亮伟, 秦天苍, 王宝, 等木聚糖酶的分子进化 [J] 食品与生物技术学报, 2007, 26(6): [26] b, J, ohch, h c ucu o 2-h--ho 4-hoh c xhb c u ucu co o bc hooou ob o bc uo o c oohoh [J] B J, 2006, 273(5):

何秋琳张立春视觉学习研究进展视觉注意视觉感知

何秋琳张立春视觉学习研究进展视觉注意视觉感知第卷第期年月开放教育研究何秋琳张立春华南师范大学未来教育研究中心广东广州随着图像化技术和电子媒体的发展视觉学习也逐步发展为学习科学的一个研究分支得到研究人员和教育工作者的广泛关注基于此作者试图对视觉学习