全 文 ：核 农 学 报 2015，29 ( 2 ) : 0278 ～ 0289
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
收稿日期: 2014-01-20 接受日期: 2014-09-20
基金项目:浙江省自然科学基金( LQ12C15004 ) ，国家自然科学基金资助项目( 31071800 ) ，浙江省农业新品种选育重大科技专项( 2012C12903 ) ，
农业部公益性行业 ( 农业 ) 科研专项经费 ( 201403032，201003065 ) ，国家科技支撑计划 ( 2012BAD02B02 ) ，农业部产业化项目( CAＲS-
25-G-16 )
作者简介:韦艳萍，女，主要从事番茄遗传育种研究。E-mail: weiyanping0415@ 163． com
通讯作者:万红建，男，副研究员，主要从事番茄遗传育种研究。E-mail: wanhongjian@ sina． com
文章编号: 1000-8551 ( 2015 ) 02-0278-12
菊分支 NCED酶分子特征及进化分析
韦艳萍1，2 刘云飞1 许桂梅3 万红建1 李志邈1 叶青静1 王荣青1
阮美颖1 姚祝平1 周国治1 杨悦俭1
( 1 浙江省农业科学院蔬菜研究所，浙江，杭州 310012 ; 2 南京农业大学，江苏，南京 210095 ; 3 上海华维节水灌溉有限公司，上海 201499 )
摘 要:为探究 9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶 ( NCED ) 基因家族进化特性，本文利用生物信息学方
法，对菊分支类群已完成测序的植物( 包括番茄、马铃薯、烟草、甜菜、猴面花) 基于全基因组进行 NCED
基因家族鉴定，并对其蛋白序列特征，保守基序，次级结构以及系统发育关系进行分析。结果表明，
NCED 酶是由小基因家族编码的酶，其成员为 2 ～ 4 个。蛋白质氨基酸大小在 505 ～ 652aa 之间，分子质
量为 56. 23 ～ 71. 42 kDa，除 SlNCED6 外，其余各蛋白的等电点均表现为酸性，保守基序分析发现各成员
均包含 10 个保守基序，其长度在 29 ～ 50 之间。此外，NCEDs 蛋白结构分析显示，一级结构氨基酸序列
N 端保守性较低，而次级结构均表现为高度保守。系统发育关系发现，来自番茄的 SlNCED5、SlNCED6
与来自马铃薯的 StNCED5、StNCED6 分别为直系同源蛋白，这与生物学上的亲缘关系一致。
关键词: 9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶 ;菊分支 ; 生物信息学 ; 进化
DOI: 10. 11869 / j． issn． 100-8551. 2015. 02． 0278
脱落酸( abscisic acid，ABA ) 是广泛存在于植物体
内具有倍半萜结构的植物激素，不仅在植物发育如胚
胎形成、种子休眠，果实成熟，茎和根的生长等过程中
具有重要生物功能［1 － 3］，而且在调控植物应对如干旱、
低温，盐渍、水涝等各种非生物胁迫中也发挥着重要作
用［4 － 7］。NCEDs( 9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶，9-
cis-epoxycarotenoid dioxygenases) 基因家族所编码的酶
可以在 11，12 ( 11，12 ) 双键位置特异性的剪切具有顺
式环氧结构的类胡萝卜素( 主要包括 9-顺式-紫黄质和
9-顺式-新黄质) ，形成脱落酸合成的直接前体物质—
黄质醛。而试验证明，9-顺手-环氧类胡萝卜素双加氧
酶催化形成黄质醛是调控 ABA 生物合成的限速步
骤［8 － 10］。Tan 等［11］1997 年通过转座子诱变，在突变
胎生玉米种子中第 1 次鉴定出涉及脱落酸生物合成的
类胡萝卜素裂解氧化酶基因—VP14。随后，基于同源
性分析，许多植物的 NCED 基因已经被克隆和鉴定，包
括豌豆［12］、豇豆［13］、小麦、玉米、水稻［14］、鳄梨［15］、柑
橘［16］、甜樱桃［17］、桃、葡萄［18］、草莓［19］、棉花［20］、甘
蔗［7］等。
NCEDs 基于全基因组的鉴定最初在拟南芥中完
成。Tan 等［21］鉴定出 5 个成员，采用 GUS 组织化学染
色法检测启动子驱动 NCEDs 基因在拟南芥转化植株
中的表达情况，结果发现、AtNCED5，AtNCED6 和
AtNCED9 调控发育的种子中 ABA 的合成，从而调控种
子胚胎成熟和休眠。AtNCED3 在叶中的表达受干旱
胁迫的诱导，大量形成 ABA 以响应水分胁迫［21］。
AtNCED2 和 AtNCED3 也在拟南芥的根中大量表达，形
成 ABA 以调控侧根的萌发和生长［21］。在番茄中，
Alan 等［23］1999 年最先根据 VP14 同源性鉴定与分析
出 NCEDs 基因。随后，Thompson 等［24］研究发现番茄
叶和根中 LeNCED1 ( 登录号 : Z97215. 1，通过比对发现
在本文中的基因 ID 为 Solyc07g056570. 1. 1 ) 基因表达
受水分胁迫诱导，而 LeNCED1 的突变株系显示脱落酸
缺乏的表型。Lisette 等［25］发现 LeNCED1 直接影响番
872
2 期 菊分支 NCED 酶分子特征及进化分析
茄成熟子房脱落酸的合成。Sun 等［26］发现抑制番茄
果实中 LeNCED1 的表达，脱落酸累积和 LeNCED1 表
达水平分别下调 20%和 50%。
植物中编码 NCED 酶的基因由多个成员组成，其
在参与脱落酸形成中的重要作用被普遍重视。然而，
尽管近几年关于 NCEDs 的鉴定与表达分析报道很多，
但 NCEDs 基因家族之间命名以及功能注释比较混乱，
NCEDs 不同成员之间调控网络仍不清楚，且其基因家
族在不同植物中的进化机制还需进一步探索。菊分支
类群植物是核心真双子叶植物中重要的分支，其中包
含许多重要的经济作物，目前已经完成测序的物种包
括番 茄［27］、马 铃 薯［28］、甜 菜［5］、烟 草［29］、猴 面 花
( http: / /www． phytozome． net /mimulus_er． php#E ) 。本
研究对已经测序的菊分支类群中 NCEDs 基因家族基
于全基因组进行全面的鉴定与分析，并对其蛋白质结
构特征与系统发生关系进行阐述，以期为进一步明确
NCEDs 基因家族的进化起源以及探究其各成员之间
的调控网络奠定基础。
1 材料与方法
1. 1 材料
NCEDs 基因家族成员基于全基因组的鉴定分别
在以下数据库中完成，其中番茄，马铃薯，烟草来自于
茄科基因组数据库 ( http: / / solgenomics． net / ) ; 甜菜来
自于甜菜基因组数据库 ( https: / /melonomics． net / ) ; 猴
面 花 来 自 于 phytozome9. 1 数 据 库 ( http: / /www．
phytozome． net / search． php) 。
1. 2 试验方法
1. 2. 1 NCEDs 的鉴定及其理化特性分析 本文以已
经公布的 VP14 ( 登录号 : AAB62181. 2 ) 氨基酸序列为
种子序列，分别在茄科基因组数据库、甜菜基因组数据
库和 phytozome9. 1 数据库在线进行 BlastP 搜索 ( e 值
均设置为 1e-10 ) 。搜索的结果去除重复基因，然后通
过 PFAM ( http: / / pfam． janelia． org / ) 和 SMAＲT
( http: / / smart． embl-heidelberg． de / ) 网站进行鉴定，将
获得候选基因 FASTA 格式保存。推导蛋白的理化性
质分析利用 ExPASy 服务器 ProtParam 工具 ( http: / /
web． expasy． org / protparam / ) 在线完成，所得结果在表
1 中列出。
1. 2. 2 NCEDs 多序列比对及其蛋白结构分析 将所
获得的 NCEDs 氨基酸序列与来自玉米中的 VP14，拟
南芥中的 AtNCEDs ( AtNCED2，AtNCED3，AtNCED5，
AtNCED6，AtNCED9 ) 氨基酸序使用 Clustalx 程序进行
多序列比对，所得结果以 CLUSTAL 的 ALN 格式保存。
在 PDB 网站 ( http: / /www． rcsb． org / pdb / home /home．
do) 下载参考序列 PDB 文件。将* ． aln 文件和下载的
蛋白结构文件 ( * ． pdb 文件 ) 一起提交到 ESPript3. 0
( http: / / espript． ibcp． fr /ESPript /ESPript / ) 进行着色美
化。
将 NCEDs 蛋白序列提交在线工具 SWISS-MODEL
服务器( http: / / swissmodel． expasy． org / ) 利用同源建模
进行三级结构预测。所获得的结果应用序列结构比对
程序 ( SSAP，sequential structure alignment program )
( http: / / v3-4． cathdb． info / cgi-bin / SsapServer． pl ) 进行
在线评估。对进行比对的结构，SSAP 将得出一个结构
相似性得分( 范围为 0 ～ 100 ) ，当 SSAP 得分 ＞ 80，通常
认为结构高度相似。
1. 2. 3 保守基序分析 利用 MEME 4. 9. 1 在线工具
( http: / /meme． nbcr． net /meme / ) 对包括 VP14，拟南芥
AtNCEDs 以及本研究检索到 NCEDs 在内的蛋白序列
进行保守基序鉴定，参数设置如下 : 保守基序最佳匹配
长度为 6 ～ 50，其它参数为默认设置。
1. 2. 4 NCEDs 系统发育树的构建 将 VP14，拟南芥
AtNCEDs 以及本研究中基于全基因组 BlastP 搜索所
获得的 NCEDs 氨基酸序列使用 ClustalX 1. 83 程序对
其进行多重比对，参数设为默认值。比对结果导入到
MEGA 5. 0 软件使用邻接法 ( Neighbor-Joining，NJ ) 构
建系统发育树，并利用 Bootstrapping 方法( 1 000 次) 对
进化树进行评估。
2 结果与分析
2. 1 NCEDs 的鉴定及理化特征分析
通过 BlastP 同源性比对，番茄、马铃薯、甜菜、烟
草、猴面花基因组数据库检索到的 NCEDs 基因根据与
拟南芥的聚类命名。使用 ExPASy 服务器 ProtParam
程序分析推导蛋白的理化性质。基因名称、基因 ID，
以及 ProtParam 程序分析结果表 1 见。结果显示，
NCEDs 是由小基因家族编码的酶，在菊分支类群中其
成员有 2 ～ 4 个，猴面花包含的成员最多，有 4 个，而马
铃薯成员较少，有 2 个。番茄、甜菜、烟草均由 3 个成
员组成。蛋白氨基酸大小变化为 505 ～ 652aa，其中
NtNCED6 所含的氨基酸个数最小，为 505aa，BvNCED6
所含的氨基酸个数最大，为 652aa。NCEDs 酶氨基酸
脂溶指数变化为 75. 55 ～ 86. 79，均小于 100，表明它们
为疏水性脂溶蛋白。不稳定指数变化范围为 29. 96 ～
47. 67，其中 SlNCED6、BvNCED2、MgNCED3、MgNCED5-I、
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核 农 学 报 29 卷
表 1 菊分支类群中 NCEDs 基因的鉴定及其推导蛋白的特征分析
Table 1 The identification of NCED genes family and characteristic analysis of their putative protein in the asterid clade
物种
Species
名称
Name
基因 ID
Gene ID
蛋白质 Putative protein
大小
Size / aa
脂溶指数
Aliphatic index
不稳定指数
Instability index
分子质量
Molecular weight / kDa
等电点
pI
番茄 SlNCED3 Solyc08g016720． 1． 1 581 82． 17 38． 82 64． 83 6． 07
Solanum lycopersicum SlNCED5 Solyc07g056570． 1． 1 605 76． 38 37． 50 67． 32 6． 25
SlNCED6 Solyc05g053530． 1． 1 583 85． 92 40． 29 64． 96 8． 21
马铃薯 StNCED5 PGSC0003DMP400048044 506 79． 74 32． 24 56． 49 5． 48
Solanum tuberosum StNCED6 PGSC0003DMP400033290 509 84． 81 33． 76 56． 99 5． 96
甜菜 BvNCED2 Bv_24660_xzzo． t1 602 77． 76 45． 01 67． 15 6． 27
Beta vulgaris BvNCED5 Bv_01350_texx． t1 598 80． 20 39． 49 66． 70 6． 12
BvNCED6 Bv9_207820_sxfy． t1 652 77． 07 39． 55 71． 42 5． 64
烟草 NtNCED5 NbS00036582g0002． 1 506 79． 94 32． 70 56． 52 5． 89
Nicotiana tabacum L． NtNCED5 － I NbS00058546g0003． 1 508 80． 59 29． 96 56． 46 6． 09
NtNCED6 NbS00007558g0002． 1 505 86． 79 36． 53 56． 23 5． 84
猴面花 MgNCED3 mgv1a003582m 577 77． 34 44． 61 64． 25 5． 74
Mimulus guttatus MgNCED5 mgv1a003133m 606 77． 70 35． 90 66． 72 6． 09
MgNCED5 － I mgv1a025212m 580 78． 71 43． 32 64． 13 5． 84
MgNCED6 mgv1a026010m 609 75． 55 47． 67 67． 81 6． 46
图 1 NCEDs 蛋白的基序分配扩增
Fig． 1 Distribution of conserved motifs of NCEDs proteins
MgNCED6 不稳定指数大于 40，表现为不稳定。分子
质量在 56. 23 到 71. 42 kDa 之间，最小的是 NtNCED6，
为 56. 23kDa，最大的是 BvNCED，为 671. 42 kDa。等
电点在 5. 48 ～ 8. 21 之间，StNCED5 最小，为 5. 48，而
SlNCED6 最 大，为 8. 21。在 所 有 的 等 电 点 中，除
SlNCED6 值为碱性，其它所有的值均表现为弱酸性。
2. 2 NCEDs 蛋白保守基序分析
为了探究 NCEDs 基因之间结构的多样性，本研究
利用 MEME 4. 9. 1 在线工具对包含 VP14、拟南芥
AtNCEDs 以及 BlastP 搜索结果在内共计 21 条氨基酸
序列进行保守基序鉴定，基序分布结果如图 1 所示。
NCEDs 蛋白均含有 10 个保守基序，这些保守基序的
长度在 29 ～ 50 个氨基酸之间，其中 6 个保守基序都包
含 50 个氨基酸，分别是 Motif 1、2、3、7、8 和 9，含有氨
基酸数目最少的为 Motif 4、5 和 10，有 29 个氨基酸。
而基序多序列比对结果表明，尽管 NCEDs 中具有相同
的基序排列模式，但基序中不同 NCED 成员之间序列
的保守性相对较低( 表 2 ) 。
082
2 期 菊分支 NCED 酶分子特征及进化分析 182
核 农 学 报 29 卷282
2 期 菊分支 NCED 酶分子特征及进化分析
注 : 红色背景为高度保守的氨基酸残基，灰色的三角符号表示与亚铁离子结合的四个高度保守的组氨酸位点，绿色数字 1 表示二硫键，T 代表转角。
比对用 ClustalW 和 ESPript 软件完成。
Note: Ｒed background shows sequence identity，gray triangular symbols represents the four highly conserved His residues coordinating the catalytic iron． The
green number 1 under C410 and C430 indicates a disulfide bond，and T represents turns． The alignment was done with ClustalW and the figure with ESPript
software．
图 2 NCEDs 蛋白多重序列比对及其二级结构预测
Fig． 2 Multiple sequence alignment and secondary structure prediction of NCEDs protein sequences
注 : A 为 SlNCED3，B 为 SlNCED5，C 为 SlNCED6。
Note: A，B and C represents SlNCED3，SlNCED5 and SlNCED6 respectively．
图 3 使用 SWISS-MODEL 工具所获得的番茄 SlNCEDs 蛋白三维结构
Fig． 3 The 3D structure of SlNCEDs in tomato obtained by using SWISS-MODEL program
2. 3 NCEDs 多序列比对及其蛋白结构分析
为了揭示 NCEDs 基因家族成员之间序列保守性
及其二级结构特征，本文将 VP14、拟南芥 AtNCEDs 与
获得的 15 条 NCEDs 氨基酸序列使用 ClustalW 程序进
行多序列比对，所获得的结果以 PDB 数据库 3NPE 为
二级结构模板通过 ESPript 渲染( 图 2 ) 。结果发现，在
所有参与比对的蛋白序列中，不同物种和成员之间
NCEDs 在 N 端氨基酸序列差异较大，而在中、后部二
级结构形成的区域具有相对较高的保守性。此外，比
对结果显示，结合亚铁 ( Fe2 + ) 的 4 个组氨酸位点在所
有的 NCEDs 中高度保守。蛋白质的空间结构对其功
能的发挥具有重要的作用。目前，蛋白质三维结构预
测方法主要包括同源模建、折叠识别和从头预测。而
同源模建，也叫比较建模，是目前应用广泛，准确度好
的三维结构预测方法之一。已知蛋白质结构数据库中
NCEDs 的同源蛋白质有来自玉米 VP14 ( PDB ID:
3NPE) ［30］和集胞藻 ( synechocystis PCC6803 ) 与 APCO
( PDB ID: 2BIW ) ［31］，故本研究采用同源模建预测
NCEDs 蛋白三维结构。SWISS-MODEL 服务器预测结
果显示，NCEDs 蛋白三级结构是基于 3NPE 原子结构
A 链建模，与 VP14 序列的同源性为 50% ～ 69%，
SSAP 在线评估结果显示，得分在 81. 42 ～ 97. 85 之间，
均大于 80，表明所获得的模型结构 VP14 高度相似( 表
3) 。Bertoni［30］和 Messing 等［ 32］对玉米 VP14 的三级结
构预测结果显示，其空间结构折叠形成具有 7 个叶片
的 β-螺旋桨域和顶部 4 个插入的 α-螺旋形成 α-螺旋
域。对菊分支类群 NCEDs 蛋白三维结构观察发现，所
有成员都具有 β-螺旋桨域和 α-螺旋域 ( 图 3 为番茄
SlNCEDs 3 个成员的空间结构 ) ，表明植物中不同
NCEDs 成员之间空间结构相同。
2. 4 NCEDs 系统发育关系分析
为了揭示 NCEDs 在进化过程中的同源关系，将
VP14、拟南芥 AtNCEDs 与 BlastP 搜索所获得的氨基酸
序列进行聚类分析( 图 4 ) 。聚类结果分为 NCEDs 和
CCDs 2 类，CCDs 根据又可分为 CCD1、CCD4、CCD7、
CCD8、CCD-like 5 个亚类。其中，CCDs 分类中，CCD1，
CCD4，CCD7 和 CCD8 已经证明在植物体内类胡萝卜
素裂解过程具有不同的生物功能［33 － 36］。而 CCD-like
作为一个新的分支类群出现在聚类中，这种现象在
Vallabhaneni 等［14］对禾本科植物玉米、水稻、高粱全基
因组的鉴定中也存在，其生物功能仍需进一步探究。
在 NCEDs 分类中，来自番茄的 SlNCED5、SlNCED6 与
来自马铃薯的 StNCED5、SlNCED6 具有很高的同源性
而聚在一起，这与生物学上的亲缘关系一致。而来自
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核 农 学 报 29 卷
表 2 菊分支类群中 NCEDs 蛋白的基序组成
Table 2 Motif alignment of NCEDs putative protein in the asterid clade
基序
Motif
宽度
Wide
图标
Logo
Motif 1 50
Motif 2 50
Motif 3 50
Motif 4 29
Motif 5 29
Motif 6 30
Motif 7 50
Motif 8 50
Motif 9 50
Motif10 29
482
2 期 菊分支 NCED 酶分子特征及进化分析
图 4 番茄、马铃薯、烟草、甜菜、猴面花、拟南芥 NCEDs 氨基酸序列系统发育关系
Fig． 4 The phylogenetic relationships of NCEDs amino acid sequences from tomato，
potato，tobacco，sugar beet，monkey flower and Arabidopsis．
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核 农 学 报 29 卷
表 3 基于 SPSS 对 SWISS-MODEL
所建模型的评估结果
Table 3 The evaluation results based on SPSS
program for protein models that predicted by
SWISS-MODEL server
名称
Name
折叠
Overlap /%
序列一致性
Seq． Id /%
得分
Score( 0 ～ 100 )
AtNCED2 98 65 97. 51
AtNCED3 98 69 97. 50
AtNCED5 98 67 97. 37
AtNCED6 98 58 97. 27
AtNCED9 98 69 97. 50
SlNCED3 98 69 97. 34
SlNCED5 98 68 97. 48
SlNCED6 98 58 97. 42
StNCED5 96 69 97. 06
StNCED6 95 60 96. 89
BvNCED2 99 68 97. 73
BvNCED5 98 66 97. 80
BvNCED6 89 50 81. 42
NtNCED5 96 70 97. 13
NtNCED5-I 97 69 97. 06
NtNCED6 95 61 96. 99
MgNCED3 99 68 97. 85
MgNCED5 98 67 97. 72
MgNCED5-I 99 66 97. 68
MgNCED6 98 57 97. 20
猴面花的 MgNCED5 与 MgNCED5-I 为旁系同源蛋白而
聚集在一起。
3 讨论
9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶，其功能是在
11，12 共轭双键位置裂解 9-顺式-新黄质和 9-顺式-紫
黄质形成黄质醛，进而参与 ABA 的生物合成。在模式
植物拟南芥中，AtNCEDs 定位于细胞质体内，各个成
员对内囊体膜的结合活性不同，并且在拟南芥各个组
织中，不同成员表达量表现出差异性［21］。近期，
Fabiana 等［37］在百脉根中发现通过腐胺可以促进其
NCEDs 的表达，在转录水平调控 ABA 的合成，从而调
控脱落酸的含量以应对干旱胁迫。因此，研究 NCEDs
基因家族的生物学特征及其进化关系，对揭示 NCEDs
基因家族与 ABA 合成过程中的作用机制及其调控网
络以及与 ABA 相关生物功能的应用和研究具有重要
的实践意义。
迄今为止，菊分支已经完成测序的植物包括番茄、
马铃薯、甜菜、烟草和猴面花。本研究基于基因组信息
对 NCED 基因家族进行全面的鉴定与分析。结果显
示，菊分支类群 NCEDs 酶由小基因家族编码，成员为
2 ～ 4 个。Vallabhaneni 等［14］对单子叶植物禾本科中
玉米、高粱和水稻全基因组 NCEDs 基因家族的鉴定发
现，它们分别包含的成员个数为 4，3 和 3。相比较于
拟南芥，禾本科和菊分支类群所包含的 NCEDs 成员偏
少。在已报道的 NCEDs 基因家族的同源关系聚类中，
本研究发现拟南芥中至少有 1 对 AtNCEDs 聚集在一
起，表现为旁系同源基因［7，21，25］。因此，在拟南芥中，
NCEDs 基因可能在基因组内部有过扩增事件。此外，
Cui 等［38］在对单细胞和丝状蓝藻类胡萝卜素裂解双加
氧酶的全基因组分析时发现，除红海束毛藻处
( Trichodesminum erythraeum ISM101 ) ，所有测序的蓝
藻中均没有发现 NCED 同源基因。因此，在这些藻类
中，可能缺乏 ABA 的合成。而 Pryce［39］证实，在藻类
和苔类中，植物激素 ABA 的生物功能为半月苔酸所替
代。以上结果表明，NCEDs 基因家族可能起源于藻类
植物，而主要存在有 ABA 形成的高等植物中。
蛋白质的结构特征对其功能的执行与发挥具有重
要作用。多序列比对分析表明，NCEDs 氨基酸序列 N
端保守性较低，但其二级结构形成区域保守性相对较
高。SMAＲT 域及保守基序分析结果显示，全部 NCEDs
蛋白属于 Pfam: ＲPE65 ( 登录号 : PF03055 ) ，都包含 10
个保守基序，且具有相同的分布模式。基于同源模型
对所获得 NCEDs 进行三维结构预测，预测模型评估结
果均显示与已经报道的 VP14 高度相似。此外，对三
维结果观察可知，所有成员均包含由 7 个叶片形成的
β 螺旋域与 4 个 a-螺旋组成的 a-螺旋域。因此，局分
支类群的 NCEDs 不同成员之间尽管在氨基酸序列上
表现出差异性，但其次级结构均高度保守。
NCEDs 是由小基因家族编码的氧化酶，目前对 9-
顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶的研究多集中在不同
植物或胁迫处理中 NCEDs 克隆和表达［7，26，37，40 － 42］。
本研究利用生物信息学方法，对菊分支类群中已经完
成测序的植物基于全基因进行全面鉴定，并对其蛋白
质理化特性，结构特征以及系统发育关系进行分析，以
期为探明 NCED 基因家族的调控网络和进化起源奠定
基础。
682
2 期 菊分支 NCED 酶分子特征及进化分析
4 结论
本研究对编码 9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶
基因 NCEDs 在菊分支类群已完成测序的植物中基于
全基因进行鉴定，并对其蛋白序列保守基序，序列特
征，次级结构及系统发育关系进行分析。结果表明，
NCED 酶是由小基因家族编码的酶，其成员为 2 ～ 4
个。蛋白氨基酸大小在 505 ～ 652aa 之间，分子质量
为 56． 23 ～ 71． 42 kDa，除 SlNCED6 外，其余蛋白的等
电点均表现为酸性。保守基序分析发现，NCEDs 均包
含 10 个保守基序，其氨基酸长度在 29 ～ 50 之间。此
外，对 NCEDs 蛋白结构分析显示，一级结构氨基酸序
列 N 端保守性较低，而次级结构均表现为高度保守。
系统发育关系发现，来自番茄的 SlNCED5、SlNCED6 与
来自马铃薯的 StNCED5、StNCED6 分别为直系同源蛋
白，这与生物学上的亲缘关系一致。本文基于生物信
息学的方法，对编码 9 － 顺式 － 环氧双加氧酶基因家
族进行了初步的鉴定和分析，以期为全面了解 NCEDs
之间不同成员的调控网络及进化关系奠定有益基础。
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The Molecular Characteristics and Phylogenetic Analysis of
NCED Enzymes in the Asterid Clade
WEI Yanping1，2 LIU Yunfei1，2 XU Guimei3 WAN Hongjian1 LI Zhimiao1
YE Qingjing1 WANG Ｒongqing1 Ｒuan Meiying1 YAO Zhuping1 ZHOU Guozhi1 YANG Yuejian1
( 1 Institute of Vegetables，Zhejiang Academy of Agricultural Sciences，Hangzhou，Zhejiang 310021 ;
2 College of Horticulture，Nanjing Agricultural University，Nanjing，Jiangsu 210095 ;
3 Shanghai Huawei Water-saving Irrigation co．，LTD，Shanghai 201499 )
Abstract: To investigate the genetic evolution characteristics of 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenases family ( NCEDs) ，in
the present paper，a genome-wide identification were performed for the NCED genes family in asterid clade ( including
tomato，potato，tobacco，sugar beet and monkey flower) with bioinformatics methods． And then，the sequence features，
conserved motifs，secondary structure，and phylogenetic relationships were analyzed in the putative proteins of NCED
genes family． The results show that，the enzymes of NCEDs encoded by a small gene family in these plants，and the
members of NCEDs ranging from 2 to 4． The lengths of the amino acid sequences of putative proteins were different，
varing from 505 to 652aa，with a molecular weight varying from 56. 23 to 71. 42 kDa． In addithon，the analysis of
isoelectric point showed that，except for SlNCED6，pI of all members have a characteristic of acid． For the analysis of
conserved motif，10 conserved motifs were identified in NCEDs with length of amino acids varing from 29 to 50． the
protein structure analysis of NCEDs showed that lower conserved appear in N-terminal of NCEDs amino acid sequence
and the secondary structure were highly conserved． Phylogenetic relationships found that，SlNCED5 and SlNCED6 from
tomatoes were orthologous proteins with StNCED5，StNCED6 from potato，respectively，which is consistent with the
relationship of biology．
Keywords: 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase，asterid clade，bioinformatics，evolution
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