兰花?eIF5A?基因家族鉴定与生物信息学分析

　　摘要：为了系统分析兰花真核翻译起始因子5A（Eukaryotictranslationinitiationfactor5A，eIF5A）基因家族在兰花中如何发挥作用，利用兰花基因组数据库，通过生物信息学的方法，鉴定兰花eIF5A基因家族的基因结构、编码蛋白和磷酸化位点预测，通过序列比对进行进化分析。结果表明，兰花eIF5A基因家族含有eIF5A1和eIF5A2两个基因，分别含有5个和6个外显子。MEME保守基序分析显示，兰花eIF5A1和eIF5A2蛋白均含有1个保守的DNA结合寡核苷酸结合结构域（PF01287）。磷酸化位点预测分析表明兰花eIF5A1和eIF5A2蛋白均含有大量的潜在磷酸化位点。以上结果将为今后揭示兰花eIF5A1和eIF5A2蛋白的功能提供重要的线索。

　　关键词：兰花；eIF5A；基因家族；进化分析

　　中图分类号：S682文献标识码：A文章编号：1008-0384（2017）11-1218-06

　　真核翻译起始因子5A（Eukaryotictranslationinitiationfactor5A，eIF5A）是一类普遍存在于真核生物细胞中、分子质量为16～18kDa的高度保守小分子蛋白质；是迄今为止发现的唯一含有羧腐胺赖氨酸（Hypusine）残基的蛋白质[1-2]。Hypusine是由eIF5A蛋白翻译后特定位置的赖氨酸在脱氧羧腐胺赖氨酸合酶（DHS）和脱氧羧腐胺赖氨酸羟化酶（DOHH）的作用下形成的。eIF5A前体没有活性，每个成熟eIF5A仅含有1个Hypusine残基，该残基是eIF5A行使生物学功能所必需的[3]。

　　1976年，Kemper等从兔子内质网膜上分离出eIF5A[4]，生化分析表明eIF5A主要功能是促进第一步甲硫氨酸的合成，故此认为eIF5A在蛋白翻译起始阶段起重要作用[5]。植物eIF5A的研究起步较晚，2004年，Thompson等从模式植物拟南芥中分离出3个AteIF5A基因[6]。后续的研究表明AteIF5A1参与次生木质部的形成，超量表达AteIF5A1的转基因拟南芥木质部增大[6-7]。AteIF5A2主要在拟南芥受机械损伤的组织中高水平表达，其能够抑制由伏马毒素B1和黑暗引起的細胞凋亡[6，8]。AteIF5A3主要在拟南芥种子中表达，超量表达AteIF5A3的转基因拟南芥的叶子变为并生叶、种子变大、同时能够响应高盐、干旱以及渗透等多种胁迫[6，9]。

　　2014年11月24日小兰屿蝴蝶兰Phalaenopsisequestris（Schauer）Rchb.f.的全基因组以封面文章的形式在NatureGenetics杂志公开发表[10]，为后续通过生物信息学挖掘、鉴定和分析兰花基因组奠定了相关基础。本研究从兰花基因组数据库出发，重点分析兰花eIF5A基因家族基因结构、编码蛋白的保守基序和潜在的磷酸化位点等，为进一步研究兰花eIF5A蛋白的生物学功能以及其磷酸化修饰提供重要信息。

　　1材料与方法

　　11兰花eIF5A基因家族基因组、cDNA和蛋白序列的获得

　　拟南芥Arabidopsisthaliana的eIF5A基因及其推导的蛋白序列来自TAIR数据库（http：//www.arabidopsis.org）；毛果杨Populustrichocarpa的eIF5A基因及其推导的蛋白序列下载自phytozome数据库（https：//phytozome.jgi.doe.gov/pz/portal.html#！info？alias=Org_Ptrichocarpa）；美洲黑杨Populusdavidiana和小麦Triticumaestivum的eIF5A蛋白序列来自NCBI数据库（https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/）。

　　分别以拟南芥AteIF5A1（AT1G13950）、AteIF5A2（AT1G26630）、AteIF5A3（AT1G69410）、小麦TaeIF5A1（AAZ95171）、TaeIF5A2（AAZ95172）和TaeIF5A3（AAZ95173）蛋白序列为参比序列，利用OrchidBase数据库中Blast程序进行BlastP检索，检索结果的全序列E值大于e50的舍去，再利用美国国家生物技术信息中心提供的在线CDS（Conserveddomainsearch）程序（http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/cdd）预测这些蛋白有无DNA结合寡核苷酸结合结构域，同时具有这2个特征的蛋白序列属于eIF5A基因家族。

　　12兰花eIF5A基因家族基因结构分析

　　利用OrchidBase数据库，获取兰花P.equestris中eIF5A基因家族成员基因注释，根据各成员的内含子和外显子的大小和数目，用手绘制其各自基因结构示意图。

　　13

　　兰花eIF5A基因家族二级结构及跨膜区结构预测

　　利用在线ClustalOmega（http：//www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalo/）对eIF5A基因家族各成员编码蛋白的氨基酸相似性进行分析[11]，利用在线二级结构预测软件SOPMA（https：//npsaprabi.ibcp.fr/cgibin/npsa_automat.pl？page=npsa_sopma.html）对兰花P.equestriseIF5A蛋白的α螺旋、β折叠、β转角和无规则卷曲等二级结构进行分析[12]。利用在线软件TMHMMServerv.20（http：//www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM20/）对兰花（P.equestris）eIF5A蛋白的跨膜区结构进行预测分析[13]。

　　14兰花eIF5A基因家族保守基序分析

　　应用在线软件MEME（http：//meme.nbcr.net/meme/cgibin/meme.cgi），对小麦、拟南芥、美洲黑杨、毛果杨和兰花eIF5A蛋白的保守基序进行分析[14]。

　　15兰花eIF5A蛋白三级结构预测

　　应用在线三级结构预测软件SwissModel（https：//swissmodel.expasy.org/），选取其自动建模功能对兰花P.equestriseIF5A蛋白质的空间结构模型进行同源建模分析[15]。

　　16兰花eIF5A蛋白系统进化树的构建

　　利用ClustalX（20）[16]软件对鉴定出所有兰花eIF5A蛋白、3个拟南芥eIF5A蛋白[6]、4个毛果杨eIF5A蛋白[17]、4个美洲黑杨eIF5A蛋白[9]和3个小麦eIF5A蛋白[18]进行多重序列比对，使用MEGA60[19]软件，采用邻接（neighborjoining，NJ）算法构建系统进化树，进行1000次Bootstrap抽样。

　　17兰花eIF5A基因家族编码蛋白磷酸化位点预测

　　利用NetPhos31Server在线软件[20]（http：//www.cbs.dtu.dk）对鉴定出所有兰花eIF5A蛋白序列进行磷酸化位点预测，所有参数都选用程序默认值。

　　2结果与分析

　　21兰花eIF5A基因家族的鉴定和命名

　　分别以3个拟南芥eIF5A蛋白和3个小麦eIF5A蛋白序列为参比序列，利用OrchidBase数据库提供的BlastP程序进行检索，共得到了3个兰花候选eIF5A基因。利用CDS程序验证特异性保守结构域（PLN03107）的存在，初步确定了2个兰花eIF5A基因。根据通用植物基因的命名方法，对鉴定到的2条eIF5A基因进行了命名，并统计了它们对应的定位名称、基因长度、位置以及对应的推导蛋白长度和外显子个数等，他们推导的蛋白质长度分别为159个氨基酸和201个氨基酸（表1）。兰花eIF5A基因家族成员分别含有4个和5个内含子，且内含子的长度远大于外显子的长度（图1）。

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说教育类兰花?eIF5A?基因家族鉴定与生物信息学分析在线全文阅读。