石榴等觀賞植物DFR基因生物信息學分析

摘要：根據GenBank 中已登錄的紅花石榴、粉花石榴、姜荷花、芍藥、水母雪蓮、大麗花、瓜葉菊和蘭花等植物二氫黃酮醇 4-還原酶（DFR）基因的核苷酸序列和氨基酸序列，應用生物信息學軟件對其核苷酸序列的外顯子、氨基酸序列的理化性質、疏水性/親水性和跨膜結構等進行了預測。結果表明，這幾種植物DFR基因均存在1個外顯子，含量最豐富的氨基酸是Ala、Gly、Cys和Thr；除紅花石榴和粉花石榴DFR屬于不穩定蛋白外，其余植物均屬于穩定蛋白。這幾種植物DFR蛋白均為親水性蛋白，存在明顯的疏水區和親水區以及跨膜結構等。

關鍵詞：石榴；二氫黃酮醇 4-還原酶（DFR）；生物信息學；理化性質；跨膜結構

中圖分類號：Q811.4文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2013）04-0008-04

基于生物學試驗數據，由分子生物學和信息科學技術相結合的生物信息學已成為后基因組時代用于揭示和探索生命奧秘的重要方法[8，9]。本研究采用生物信息學的方法，以石榴為重點，對紅花石榴、粉花石榴、姜荷花、芍藥、水母雪蓮、大麗花、瓜葉菊和蘭花等植物DFR核苷酸及相應氨基酸序列的外顯子、理化特性、親水性/疏水性和跨膜結構等進行預測和推斷，以期為深入開展二氫黃酮醇4-還原酶的酶學特性、花色素苷生物合成的分子機制等提供理論依據。

1材料與方法

11數據

12方法

DFR基因核苷酸序列分析采用在線軟件 GENE SCAN 進行；DFR基因編碼蛋白的理化性質采用Protparam 預測；疏水性/親水性采用ProtScale進行預測；跨膜結構域采用 TMPred 預測。各分析軟件的網站見表 1。

2結果與分析

21核苷酸序列的外顯子分析

一般認為，P 值表示分析結果為外顯子的可能性，當 P>099 時為外顯子可能性極高；050

22氨基酸序列的理化性質分析

利用在線分析軟件Protparam分別對石榴、姜荷花、芍藥、水母雪蓮、大麗花、瓜葉菊和蘭花等植物DFR氨基酸序列的理化性質進行分析，結果（表3）表明，這幾種植物DFR氨基酸殘基數差異較大，分別編碼280～1 345個氨基酸殘基不等。幾種植物的分子量大小差異也較大，粉花石榴DFR分子量最小為36 2487 D，姜荷花DFR分子量最大為108 3167 D。等電點PI差異較小，均在5左右。幾種植物中，含量最豐富的氨基酸是Ala、Gly、Cys和Thr，帶正電荷和負電荷氨基酸數均為0。通常不穩定系數小于 40 時，預測對應蛋白質在試驗中比較穩定，反之則不穩定。因此，除粉花石榴和紅花石榴中DFR屬于不穩定蛋白質外，其余均屬于穩定蛋白。

23疏水性/親水性的預測與分析

利用在線分析軟件ProtScale的Kyte and Doolittle算法對二氫黃酮醇還原酶進行疏水/親水性分析（正值表示疏水性，負值表示親水性，介于+05～-05 之間主要為兩性氨基酸）。結果（表4）表明，紅花石榴（圖1，其它幾種植物的圖片分析結果未列出）和粉花石榴的DFR蛋白存在明顯的疏水區和親水區，其中第141位最低，為-0222，第216位最高，值為2022，為親水性蛋白。

3討論與結論

通過在線分析工具和生物軟件對紅花石榴、粉花石榴、姜荷花、芍藥、水母雪蓮、大麗花、瓜葉菊和蘭花等植物進行分析，結果表明這幾種植物的DFR基因都存在1個外顯子。氨基酸序列的理化性質分析表明，粉花石榴和紅花石榴的二氫黃酮醇還原酶蛋白屬于不穩定蛋白，其余幾種植物屬于穩定性蛋白。幾種觀賞植物DFR基因中，含量最豐富的氨基酸是Ala、Gly、Cys和Thr，這與陳大志等[8]在擬南芥等植物上得到的含量最豐富的氨基酸基本均為Ala、Glu、Leu、Lys和Val不一致，可能與物種自身的特性有關。除紅花石榴和粉花石榴外，其它植物的蛋白質均為穩定蛋白質。

疏水性是20種氨基酸都固有的特性，即氨基酸遠離周圍水分子，將自己包埋進蛋白質核心的相對趨勢，通過了解肽鏈中不同肽段的疏水性，可以對跨膜蛋白的跨膜結構域進行預測[11]。因此，疏水性/親水性的預測和分析，對蛋白二級結構的預測及功能結構域的分選提供了重要的參考依據。本試驗結果表明，幾種植物DFR蛋白中親水性氨基酸和疏水性氨基酸均勻分布在整條肽鏈中，親水性氨基酸多于疏水性氨基酸，均為親水性蛋白，存在疏水區和親水區，疏水位點和親水位點個數不同，這與肖繼坪等[12]在馬鈴薯上的研究結果一致。

跨膜結構是蛋白質通過與膜內在蛋白的靜電相互作用和氫鍵鍵合作用與膜結合的一段氨基酸片段，一般由 20 個左右的疏水性氨基酸殘基組成，主要形成α- 螺旋[13～14]。本試驗結果表明，幾種植物DFR蛋白存在強烈推薦和可選擇2種跨膜模型，存在不同數量的跨膜螺旋，這為正確認識和理解蛋白質的功能、結構、分類、方位及細胞中的作用部位等均有重要的意義。

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