煙草COMT蛋白序列的分析

吳杰　楊昭明　李振　楊志孝　楊繼祥　蘇家恩

摘 要：為分析煙草COMT蛋白序列，采用Prabi、Swissmodel和Protscale分析煙草COMT的二級結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)和疏水性的分析。結(jié)果表明，NtCOMT1、NtCOMT2和NtCOMT3的二級結(jié)構(gòu)均以α-螺旋為主，分別為43.84%、44.78%和43.96%；煙草COMT空間結(jié)構(gòu)由兩條多肽鏈組成，呈中心對稱，β-折疊主要空間結(jié)構(gòu)的上下端；NtCOMT1和NtCOMT2為親水性蛋白，NtCOMT3為疏水性蛋白。

關(guān)鍵詞：煙草；COMT；蛋白序列

中圖分類號：S572 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）04-0017-03

Abstract： To analyze the COMT protein sequence of tobacco， Prabi， Swissmodel and Protscale were used to analyze the secondary structure， spatial structure and hydrophobicity of tobacco COMT. The results showed that the secondary structures of NtCOMT1， NtCOMT2 and NtCOMT3 were mainly α-helix， which were 43.84%， 44.78% and 43.96% respectively. The spatial structure of tobacco COMT consisted of two polypeptide chains， which were centrally symmetric and β-fold is mainly in the upper and lower ends of the spatial structure； NtCOMT1 and NtCOMT2 are hydrophilic proteins， and NtCOMT3 is a hydrophobic protein.

Keywords： tobacco； COMT； protein sequence

引言

煙草從鮮煙葉到成品煙，需要經(jīng)歷多個加工階段，其中包括調(diào)制，然而通過調(diào)制過程改變煙葉狀態(tài)的其中一個指標(biāo)為煙葉水分[1]，煙葉在調(diào)制過程中的水分變化程度與煙葉的自身狀態(tài)存在一定的相關(guān)性[2]，其中煙葉組織中木質(zhì)素的含量可影響煙葉組織水分的變化，甚至造成煙葉霉變[3]，而木質(zhì)素的形成需經(jīng)過一系列的物質(zhì)代謝，并需要相關(guān)的酶進(jìn)行催化，其中咖啡酸3-O-甲基轉(zhuǎn)移酶（COMT）是作為催化木質(zhì)素合成的相關(guān)[4]，為此，筆者對煙草COMT蛋白序列進(jìn)行研究，為進(jìn)一步明確煙草COMT作用機(jī)制提供一定的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 煙草COMT蛋白序列的獲取

利用數(shù)據(jù)庫NCBI[5]，提取登錄序列號依次為NP_001312531、AAL91506和NP_001312378的草煙COMT的蛋白序列，并次對其命名NtCOMT1、NtCOMT2和NtCOMT3[6]。

1.2 方法

采用Prabi、Swissmodel和Protscale工具，對煙草COMT蛋白序列進(jìn)行二級結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)和疏水性的分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙草COMT蛋白序列的二級結(jié)構(gòu)

煙草COMT蛋白序列的二級結(jié)構(gòu)為其三維結(jié)構(gòu)的折疊奠定基礎(chǔ)，因此，研究煙草COMT蛋白序列二級結(jié)構(gòu)的類型、數(shù)量和分布，從而對煙草COMT進(jìn)行深入地了解，結(jié)果如表1所示。NtCOMT1的二級結(jié)構(gòu)，以α-螺旋所占比例最多，為43.84%，共有160個，并集中分布在序列的N端，中間區(qū)域和C端，以β-轉(zhuǎn)角所占比例最少，為8.49%，共有31個，主要集中中間區(qū)域和C端，無規(guī)則卷曲所占比例是β-折疊所占比例的兩倍左右，分別為32.05%（117）和15.62%（57），其中無規(guī)則卷曲分布無明顯規(guī)律，而β-折疊主要分布在中間區(qū)域和C端；NtCOMT2二級結(jié)構(gòu)的各類型和分布與NtCOMT1較為相似，各類型所占比重和數(shù)量分別為α-螺旋44.78%，共163個，β-轉(zhuǎn)角所占比例為6.87%，共有25個，無規(guī)則卷曲所占比例為32.97%，共有120個，β-折疊所占比例為15.38%，共有56個；NtCOMT3的二級結(jié)構(gòu)和規(guī)律與NtCOMT1較為相似，二級結(jié)構(gòu)所占比例由大到小依次為α-螺旋、無規(guī)則卷曲、β-折疊和β-轉(zhuǎn)角，其所占比例和個數(shù)依次為43.96%（160）、35.44%（129）、14.29%（52）和6.32%（23），含α-螺旋最多的成員為NtCOMT2，含無規(guī)則卷曲最多的成員為NtCOMT3，含β-折疊和β-轉(zhuǎn)角最多的成員為NtCOMT1。

2.2 煙草COMT蛋白序列的空間結(jié)構(gòu)

通過分析煙草COMT蛋白序列的空間結(jié)構(gòu)，可以更加直觀的觀測該序列的二級結(jié)構(gòu)折疊后的分布情況，以及功能域可能分布的情況，結(jié)果如圖1所示。圖1-A的NtCOMT1序列經(jīng)過多次比對，獲得匹配程度較高的五個序列模板分別為5cvj.1.A、1fpq.1.A、2zbp.1.A、2nxe.1.A和3cjq.1.A，煙草COMT以上五個模板序列的相似性分別為46%、42%、28%、28%和28%，NtCOMT1的空間結(jié)構(gòu)由66個β-轉(zhuǎn)角、39個α-螺旋和28個β-折疊的二級結(jié)構(gòu)組成，該空間結(jié)構(gòu)由兩條肽鏈組成，并且呈現(xiàn)中心對稱的原則進(jìn)行排布，其中β-折疊主要分布在空間結(jié)構(gòu)的上下端，而左右兩端存在部分β-折疊，其功能域可能位于中間；圖1-B的NtCOMT2空間結(jié)構(gòu)的序列模板與NtCOMT1，其中前兩位模板的相似性分別為46%和41%，其余三位模板的相似性均為27%，NtCOMT2空間結(jié)構(gòu)的β-轉(zhuǎn)角和β-折疊的二級結(jié)構(gòu)數(shù)目與NtCOMT1相同，而α-螺旋為37個，其空間的排布和功能域與NtCOMT1相同；圖1-C的NtCOMT3空間結(jié)構(gòu)與NtCOMT1和NtCOMT2有明顯的差異，該序列具有四個匹配程度較高的模板，分別為1kyz.1.B（55%）、3egv.1.A（28%）、2zbp.1.A（28%）和2nxe.1.A（28%），NtCOMT3的空間結(jié)構(gòu)由66個β-轉(zhuǎn)角、38個α-螺旋和18個β-折疊的二級結(jié)構(gòu)組成，其空間的排布和功能域與NtCOMT1相同。

2.3 煙草COMT蛋白序列的疏水性

通過對煙草COMT的疏水性的分析，圖2-A顯示，NtCOMT1以第299（谷氨酸）和300（丙氨酸）位的氨酸具有最強(qiáng)的疏水性，其值均為2.456，其次為第352位的異亮氨酸（2.256），第298位的纈氨酸（2.200）等共188個疏水氨基酸，以第101位的甘氨酸（-2.967），其次為第100和99位的天冬氨酸（-2.811和-2.856）等共含有177個親水性氨基酸，NtCOMT1的疏/親值為 -0.069，表說該序列為親水性蛋白；圖2-B顯示，NtCOMT2前四位的疏水性氨基酸類型和分值均與NtCOMT1相同，但位置不同，分別為第298、299、351和297位，該序列共含有182個疏水性氨基酸，同時含有182個親水性氨，其中前三位的疏水性氨基酸類型和位置均與NtCOMT1相同，但分值不同，分別為-3.011、-2.9和-2.856，整體疏/親的值為-0.083，表說NtCOMT2為親水性蛋白；圖2-C顯示，NtCOMT3的疏/親水性與NtCOMT1和NtCOMT2有一定的差異，以第126位的脯氨酸具有最強(qiáng)的疏水性，其值為2.344，其次為第297位的谷氨酸（2.444），第125位的異亮氨酸（2.089）等共含有191個疏水氨基酸，以第330位的精氨酸（-2.7），其次為第332（-2.689）和329（-2.489）位的谷氨酸等共含有173個親水性氨基酸，整體疏/親的值為0.016，表說NtCOMT3為疏水性蛋白。

3 結(jié)論與討論

煙草COMT的二級結(jié)構(gòu)以α-螺旋為主，而α-螺旋有利于序列空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，因此說明煙草COMT不易于受到環(huán)境的影響而破壞其功能，由于各成員中各類型的二級結(jié)構(gòu)含量不同，以α-螺旋含量為依據(jù)，其穩(wěn)定性由大致小應(yīng)依次為NtCOMT2、NtCOMT3和NtCOMT1，此外，NtCOMT1和NtCOMT2二級結(jié)構(gòu)相似，而NtCOMT3的二級結(jié)構(gòu)存在一定的差異，說明煙草COMT功能的多樣性[7]；煙草COMT的空間結(jié)構(gòu)是兩條肽鏈組成，且具有中心對稱的性質(zhì)，由此推測煙草COMT的功能域可能位于COMT的空間結(jié)構(gòu)的中心位置[8]，由于NtCOMT1和NtCOMT2空間結(jié)構(gòu)均與5cvj.1.A相似，NtCOMT3的空間結(jié)構(gòu)與1kyz.1.B，表明NtCOMT3的功能與NtCOMT1和NtCOMT2存在差異；NtCOMT1和NtCOMT2為親水性蛋白，而NtCOMT3為疏水性蛋白，表明NtCOMT3執(zhí)行功能的位置可能與NtCOMT1和NtCOMT2具有互補(bǔ)性[9]。

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