莜麥AnHRGP基因的生物信息學分析

劉文英 田宏先 王潤梅 周鳳 劉建霞 劉麗珍

摘要：以AnHRGP基因編碼的富含羥基脯氨酸糖蛋白（AnHRGP）為研究對象，用生物信息學方法對該蛋白質的一級結構及理化性質、跨膜區、親疏水性、二級結構及功能位點、三級結構特點等進行分析。應用ExPASy在線分析AnHRGP的氨基酸組成及理化性質，通過SOMPA在線預測AnHRGP的二級結構，應用TMHMM Server v. 2.0對AnHRGP進行跨膜結構分析，采用Phyre2對蛋白質的三級結構進行建模。結果表明，該蛋白基因的開放閱讀框（openreadingframe，簡稱ORF）可以編碼202個氨基酸，是一種無信號肽、無跨膜結構、無卷曲螺旋結構、定位于葉綠體和線粒體基質空間的不溶性疏水蛋白。無規則卷曲為AnHRGP中成分最多的二級結構。通過Phyre2工具模擬出了該蛋白質的三級結構模型。

關鍵詞：莜麥;富含羥基脯氨酸糖蛋白;生物信息學方法;基因序列;氨基酸序列;微觀分析;立體結構;基因功能

中圖分類號： S512.601文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）18-0075-04

收稿日期：2018-06-09

基金項目：山西省基礎研究項目（編號：2015021149）;山西省高校科技創新項目（編號：2013142）;山西省大同市農業重點研究項目（編號：2017082）。

作者簡介：劉文英（1981—），女，山西大同人，博士，副教授，主要從事植物分子生物學研究。E-mail：15035246759@163.com。

富含羥基脯氨酸糖蛋白（hydroxyproline-rich glycoprotein，簡稱HRGP）大約由300個氨基酸殘基組成，羥脯氨酸是其蛋白質氨基酸的主要成分，此外其還含有大量的絲氨酸等[1]。富含羥基脯氨酸糖蛋白是一種重要的結構蛋白，在許多植物細胞壁中已被發現，聚集為伸展蛋白的形態[2]。莜麥在我國主要分布于華北、西北等高寒地區[3]，這些地區的溫度很容易降低到普通植物難以承受的范圍，當溫度發生劇烈變化或達到一定程度時，周圍環境所發生的變化會對莜麥造成強烈的損傷，而由HRGP聚集而成的伸展蛋白的結構特性可為其抵抗逆變功能提供幫助，該蛋白是對植物起保護作用的關鍵因素，能增強植物抗機械損傷、抗寒、抗病變的能力[4]。

莜麥為禾本科燕麥屬植物，具有與燕麥極度相似的生長要求。在莜麥的生長過程中，HRGP發揮著重要作用。HRGP會定位在細胞組織特定位點，從而發揮一定的功能。目前研究顯示，小麥和燕麥是HRGP基因表達較為廣泛的2類單子葉植物[5]。本研究應用生物信息學方法并對AnHRGP（莜麥HRGP）基因序列進行微觀分析，并對AnHRGP肽鏈中的氨基酸序列及立體結構等進行預測分析，以期為更深層次研究AnHRGP的功能奠定基礎。

1?材料與方法

AnHRGP基因序列如圖1所示。通過NCBI-ORF、Protparam、SOMPA、Phyre2等在線分析網站（表1），預測分析AnHRGP基因的一級結構及理化性質、亞細胞定位、二級結構、超二級結構及三級結構等。本研究于2017年在山西大同大學生命科學學院實驗室完成。具體分析方法：利用NCBI-ORF finder分析AnHRGP基因序列，并得到相應的蛋白質序列，應用Protparam工具分析AnHRGP的氨基酸組成及理化性質[6];利用SignalP 4.1 Server預測該蛋白質是否含有信號肽，進而確定其是否為分泌型蛋白[7];應用TMHMM Server v. 2.0對AnHRGP進行跨膜結構分析，若無跨膜螺旋結構且氨基酸序列總體在膜外則說明該蛋白質為非跨膜蛋白[8];利用PSORT對AnHRGP進行細胞內定位，測定該蛋白質在細胞中的分布[9];通過SOMPA在線預測程序對AnHRGP進行二級結構預測，并確定構成其二級結構的主要元件[10];運用PROSITE進行蛋白質功能位點分析;通過ExPASy COILS程序在線分析預測AnHRGP的卷曲螺旋域，以確定其是否具有卷曲螺旋域[11];通過CD search工具對蛋白質保守結構域進行預測;應用相應的蛋白質三級建模方法對蛋白質進行建模[12]。

2?結果與分析

2.1?AnHRGP的一級結構及理化性質分析

通過NCBI-ORF finder分析AnHRGP基因序列，得到相蛋白質氨基酸序列（圖2），共包含13個可能的開放閱讀框（openreadingframe，簡稱ORF），其中表達最為完整的ORF對應的氨基酸序列即為AnHRGP基因序列編碼的蛋白質序列。運用Protparam工具分析AnHRGP的氨基酸組成及理化性質得到，AnHRGP由202個氨基酸組成（表2），其中占比例最多的是Pro（19.8%），最少的是Lys（0.5%）;蛋白質分子式為C956H1 514N292O262S21，總原子數為3 045，相對分子質量為21 963.60;負電荷氨基酸殘基（Asp+Glu）總數為6個，正電荷氨基酸殘基（Arg+Lys）總數為25個，理論等電點（pI）為9.85，為堿性;在280 nm波長處，AnHRGP的消光系數為18 085 L/（mol·cm）（假設所有半胱氨酸均來自胱氨酸）或16 960 L/（mol·cm）（假設無半胱氨酸殘基存在）;不穩定系數為94.75（>40），預測為AnHRGP為不穩定蛋白;脂肪系數為55.15;總平均親水性為0.307（>0），預測顯示，AnHRGP為疏水蛋白。

2.2?AnHRGP的信號肽、跨膜結構域預測及亞細胞定位

SignalP 4.1 server是一個信號肽預測的在線軟件，主要用于預測給定氨基酸中是否含有信號肽。用SignalP 4.1 server信號肽預測工具對AnHRGP進行在線預測，結果（圖3）顯示，原始剪切位點分值（C-score）和被結合剪切位點分值（Y-score）均為0.118，信號肽分值（S-score）為0.190，所有分值都不超過0.2，表明AnHRGP不含信號肽，屬于非分泌型蛋白，并且可以推測在細胞內該蛋白不進行跨膜運輸。

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