甜菜GGPPS基因的生物信息學分析

劉 媛

(唐山市植物保護檢疫站,河北 唐山 063000）

甜菜（Beta vulgaris）是二年生草本塊根植物，具有喜溫涼、耐寒等生物特性[1]。目前是我國重要的糖料作物和經濟作物之一，其生物產量高，需水量大，主要分布在我國東北、西北和華北地區[2-3]。牻牛兒基焦磷酸合酶 (Geranylgeranyl pyropbosphate svnthase簡稱GGPPS，催化法尼基焦磷酸和異物烯基焦磷酸縮合生成香葉基香葉基焦磷酸，而后參與類胡蘿卜素等物質的合成[4]。本研究采用生物信息學軟件對甜菜GGPPS基因進行分析，為甜菜GGPPS基因的后續功能研究奠定基礎。

1 材料與方法

從NCBI網下載甜菜GGPPS基因的序列，之后通過ExPASy和NCBI方法研究GGPPS基因相關特性和保守結構域的預測。通過DNAStar分析BvGGPPS的二級結構。從NCBI下載來自8個其他物種的GGPPS的氨基酸序列，并使用DNAMAN進行多序列比對。

2 結果與討論

從NCBI下載了甜菜GGPPS基因的序列，基因編號為XM_010682603.2。序列分析表明，BvGGPPS基因含1，170bp的開放閱讀框，蛋白質氨基酸編碼389個，等電點（pI）值5.91。GGPPS基因的氨基酸類型和比例如圖1所示，最高氨基酸數是亮氨酸（Leu），而最低數量是半胱氨酸（Cys）和酪氨酸（Tyr）。其預測公式為C1840H2979N503O572S16。其總平均親水指數為-0.116，脂溶性指數為91.54，溶液中的不穩定指數為45.91。

圖1 甜菜GGPPS基因的氨基酸類型和比例

使用保守結構域數據庫 （CDD）的分析證明，BvGGPPS蛋白的氨基酸序列具有一個異戊二烯甾體生物C1超家族。而蛋白質二級結構分析結果表明，GGPPS含有14個α-螺旋，12個β-折疊，20個β-轉角，而大多數氨基酸是親水性氨基酸，見圖2。

圖2 甜菜GGPPS蛋白質二級結構分析

同源性分析表明，BvGGPPS蛋白的氨基酸序列與其他高等植物物種的氨基酸序列具有高度同源性。表1顯示BvGGPPS與藜科的幾種GGPPS蛋白具有最高的同一性（如菠菜、藜麥），并且同一性水平分別為87%和84%。有趣的是，BvGGPPS與我們研究中引用的其他物種表現出＞68%的同一性，表明GGPPS蛋白在不同物種中高度保守。

表1 其他高等植物物種與甜菜GGPPS蛋白氨基酸序列的同源性

3 結論

在本研究中，我們對甜菜BvGGPPS基因的序列進行了分析，發現該基因編碼區全長1，170bp，編碼389個氨基酸，等電點（pI）為5.91，其總平均親水指數為-0.116，脂溶性指數為91.54。系統進化樹顯示與藜科波菜親緣關系最近，同源性最高，同時結果表明GGPPS蛋白在不同物種中高度保守。本研究為進一步探究甜菜該基因功能奠定基礎。