全 文 ：第 !" 卷 第 " 期
# $ % $ 年 " 月
林 业 科 学
&’()*+(, &(-.,) &(*(’,)
./01!"!*/1"
2345!# $ % $
植物 ’Bg% 转录因子的生物信息学分析!
蒋6瑶6 陈其兵
"四川农业大学林学院6雅安 "#<$%!$
摘6要!6利用生物信息学手段!对IM4BE4‘中 %9 种不同植物’Bg% 的氨基酸序列进行比对及系统发育树的构建!
并对其氨基酸的组成’等电点’亲水e疏水性’蛋白质的二级结构和三级结构及功能域进行分析预测% 结果表明& %9
种不同植物’Bg% 的*端存在富含精氨酸和赖氨酸残基的核定位信号"*-&$’与C*,结合的,d# 核心结构域以及
’端的酸性氨基酸% 构建’Bg% 进化树!并对其分子进化进行探讨% ’Bg% 的氨基酸主要是脂肪族类!都含有非极
性氨基酸,0E!其蛋白等电点多数为酸性!且为不稳定亲水性蛋白% ’A螺旋和无规则卷曲是 %9 种不同植物 ’Bg%
最大量的结构元件!而(A转角和延伸链则散布于整个蛋白质中% 不同植物 ’Bg% 蛋白的亚细胞定位存在一定的
差异% 三维结构检测表明此模型的结构符合立体化学规则%
关键词&6’Bg%# 生物信息学# 分子进化
中图分类号! &8%91!"666文献标识码!,666文章编号!%$$% A8!99"#$%$#$" A$$!= A$9
收稿日期& #$$7 A$< A%9%
基金项目& 国家科技支撑计划项目"#$$9B,C’#B$#$# 四川省)十一五*重点攻关项目"#$$"GfIIA%$ A$8$%
!陈其兵为通讯作者%
8,(,$)(1J#*,0=$#-/’,’()!86% 91#$’01,2*,($6#0*(1’)1(J*"&.-#$*’
2HE4FGE/6’LM4 JH^H4F
"1/’$%,’57/3$4$! >-().&+ 84’-(.3,.’&3J+-<$’%-,56c&g&+ "#<$%!$
=>’*1#0*&6Q30WH\0ME0HF4OM4W/TEOH4/EYHV KMR3M4YMK/T’N+]^H4VH4FTEYW/U% "’Bg%$ TU/O%9 VHTMUM4W\0E4WKZEK
Y/4V3YWMV E4V E\LX0/FM4MWHYWUMMZHWL WLMKM\U/WMH4KZEK^3H0W5(4 EVVHWH/4! WLMYLEUEYWMUK/TWLMEOH4/EYHV
Y/4KWHW3WH/4K! HK/M0MYWUHY\/H4W! LXVU/\LH0HYeLXVU/\L/^HY \U/\MUWHMK! KMY/4VEUXKWU3YW3UMK! WMUWHEUXKWU3YW3UMKE4V
T34YWH/4E0V/OEH4K/TWLMKM\U/WMH4KZMUME4E0XaMV ZHWL WLMW//0K/T^ H/H4T/UOEWHYKK/TWZEUM5+LMUMK30WKKL/ZMV WLEW
43Y0MEU0/YE0HaEWH/4 KHF4E0K"*-&$ ZMUMUHYL H4 ,UF4H4M",UF$ E4V -XKH4M"-XK$ UMKHV3MKEW*]WMUOH4E0/T’Bg% H4 %9
VHTMUM4W\0E4WK! ZLH0MY/4WEH4H4F,d# Y/UMV/OEH4KZLHYL ^H4V W/C*,E4V EYHVHYEOH4/EYHVKZMUM0/YEWMV H4 ’]
WMUOH4E05Q/0MY30EUM[/03WH/4 ZEKE4E0XaMV ^XY0EV/FUEOY/4KWU3YWH/4 /T’Bg%5,OH4/EYHVK/T’Bg% OEH40X^ M0/4FMV W/
E0H\LEWHYKMUHMK5,0’Bg%KH4 %9 VHTMUM4W\0E4WKY/4WEH4MV 4/4]\/0EUEOH4/EYHV ,0E! E4V O/KW/TWLMHK/M0MYWUHY\/H4WK
ZMUMEYHV! WLM\U/WMH4K/T’Bg% ZMUM34KWE^0ME4V LXVU/\LH0HY5’/4KWU3YWH/4K/T’]LM0H_KE4V UE4V/OY/H0KH4 ’Bg% ZMUM
V/OH4E4WM0MOM4WKTU/O%9 VHTMUM4W\0E4WK! (]W3U4KE4V M_WM4VMV KWUEH4KH4WMUK\MUKMV /[MUWLMZL/0M\U/WMH4K5&3^YM030EU
0/YE0HaEWH/4K/T’Bg% \U/WMH4 ZMUMVHTMUM4W5,WLUMM]VHOM4KH/4E0KWU3YW3UMWMKW[E0HVEWMV WLEWWLMO/VM0H4FEYY/UVMV ZHWL
WLMKWMUM/YLMOHKWUX5+LHKKW3VX\U/[HVMK^EKHYH4T/UOEWH/4 T/UWLMUMKMEUYL /TFM4MKWU3YW3UME4V ^H/0/FHYE0T34YWH/4! E4V
E0K/\U/[HVMKM[HVM4YMT/UWLME4E0XKHK/TWLMT34YWH/4 /TH4WMUEYWH/4 H4 VHTMUM4WKHF4E0\EWLZEXE4V UMF30EWH4FOMYLE4HKO5
?&/ @(14’&6’N+]^H4VH4FTEYW/U# ^H/H4T/UOEWHYK# O/0MY30EUM[/03WH/4
66’Bg"’N+]^H4VH4FTEYW/U$转录激活因子是一类
受低温特异诱导的反式作用因子!可以调控多个抗
寒基因启动子区上的顺式作用元件0’N+eCN)"’]
UM\MEWeVMLXVUEWH/4 UMK\/4KH[MM0MOM4W$1!促进启动
子中含有这一调控元件的多个冷诱导和脱水诱导基
因的表达!从而激活植物体内的多种耐逆机制%
’Bg能感受上游传递的低温信号并将信号向下游
传递!对于增强植物适应和抵御低温的能力具有重
要作用"曹云飞等!#$$8$% (’)% "H4V3YMU/T’Bg
M_\UMKKH/4 %$需要经过冷诱导的构型变化"可能是
磷酸化和去磷酸化作用$ 调节活性!从而激活下游
基因的表达"’LH443KEOX$,&35!#$$=$% 近来有研究
表明!% 个N#N= 类型的拟南芥"8’&;-6/E%-%,)&3-+&!
,W$,WQGB%< 转录因子与(’)% 相互作用!在冷胁迫
条件下!负调控 7?1基因的表达 ",FEUZE0$,&35!
#$$<$% ’LH443KEOX等 "#$$8$认为在冷驯化状态
林 业 科 学 !" 卷6
下!通过泛素相关的蛋白水解对 ’Bg% 的诱导物
(’)% 负调控!而小泛素相关修饰物 )= 酶通过催化
正调控(’)%% 林茂等"#$$9$综述了植物 ’Bg转录
因子及其在基因工程中的应用!认为 ’Bg转录因子
的典型特征是&*端有核定位信号"43Y0MEU0/YEWH/4
KHF4E0!*-&$区!’端有酸性激活区!中间有与 C*,
结合的,d#",d)+,-,#$结构域% 钟克亚等"#$$"$
认为 ’Bg% 转录因子作用途径为 ’Bg转录因子)
’N+eCN)基序)7L#基因 "Y/0V]UMF30EWMV FM4M$表
达)植物抗寒性增加!并研究其抗寒的作用机制!为
提高植物的抗寒性’培育抗寒作物品种提供新方向%
张丽丽等"#$$9$认为 7L#基因编码的多肽具有两
亲性’A螺旋结构域!在低温诱导下使得磷脂双分
子层向内弯曲!来抵抗低温引起细胞脱水造成的膜
损 伤% 水 稻 " L’5N& %&,-<&! oK$ L%D#2?V?
"VMLXVUEWH/4 UMK\/4KH[MM0MOM4W^ H4VH4FTEYW/U$在烟
草"A-(/,-&+& ,&;&(.=! *W$中过表达能够提高转基
因植株的抗氧化性和抗冻性!组成型 L%D#2?V?可
诱导病原体相关的转基因植株表达"I3WLE$,&3"!
#$$9$%
已经从拟南芥"*/[H0/$,&35!#$$8$’玉米"M$&
=&5! fO$ "*F3XM4 $,&35! #$$7 $’油菜 "?’&%-(&
+&E.%!B4$"庄静等!#$$9$’小麦"I’-,-(.=&$%,-<.=!
+E$ "BEVEZH$,&35!#$$9$和水稻"(W/$,&35!#$$"$等
多种 植 物 中 分 离 得 到 相 关 的 7?1V! 其 中
&LELU/‘LE^EVH等"#$$9$利用 ’oC)Pod软件设计
相关引物!已鉴定出低温胁迫相关的小麦同源
D#2?基因!发现 CN)调控基因表达!能增强小麦
的抗冻性% fL3 等"#$$8$综述了在植物低温驯化
下!冷应答基因调控’代谢及 N*,剪切和二级结构
等方面的相互作用% 但目前对不同植物 ’Bg% 的生
物信息学分析未见报道!因此!利用一系列的生物信
息学软件分析了不同植物 ’Bg% 蛋白的性质!并对
其蛋白作对比!以期为进一步开展 ’Bg% 的基因功
能和蛋白质的特性研究提供一定的理论基础!也为
后期深入研究基因的结构与生物学功能提供参考!
为分析其在不同信号途径相互作用中的功能和调控
机制提供有力证据%
%6材料与方法
CBCD材D料
通过美国国立生物技术信息中心 "*EWH/4E0
’M4WMUT/UBH/WMYL4/0/FX(4T/UOEWH/4!*’B(& LW\&$
ZZZ54Y^H540O54HL5F/[e$的核酸和蛋白质数据库寻
找相应的数据资料!对已经克隆得到的 7?1基因完
整的YC*,"Y/O\0MOM4WE0C*,$序列和编码氨基酸
序列进行数据搜索% 收集得到的 7?1基因完整
YC*,和编码氨基酸序列各 %9 条!其中双子叶植物
%= 条!单子叶植物 < 条!单子叶植物全部为禾本科
植物"表 %$%
CBAD方D法
%1#1%67?1V 基因编码氨基酸序列的分析6采用
)_dE&X的 dU/KHWM数据库 "LW\&$ZZZ5M_\EKX5/UFe
\U/KHWMe$’ *’B(的 ’/4KMU[MV C/OEH4K数 据 库
"LW\&$ZZZ54Y^H540O54HL5F/[e&WU3YW3UMeYVVe
ZU\K^5YFH$"QEUYL0MU]BE3MU$,&35!#$$!$ 和 QMFE=5%
"D3OEU$,&35!#$$!$软件!对7?1V 基因编码氨基酸
序列进行氨基酸保守位点’可变位点’简约信息位点
和单一多态位点分析% 利用欧洲生物信息学研究所
")3U/\ME4 BH/H4T/UOEWHYK(4KWHW3WM! )B($ 在 线 的
’03KWE0S# "-EU‘H4 $,&35!#$$8$程序!进行氨基酸序
列的多重比对!寻找氨基酸保守区!并用 B/_KLEVM
对其保守区域进行标记%
%1#1#67?1V 基因系统发生树的构建6采用
QMFE=5% 软件内置的’03KWE0S程序进行蛋白序列多
重比对"比对采用程序默认的(mB记分矩阵$!采用
QMFE=5% 对’03KWE0S产生的多重比对结果构建系统
发生树% 参数设置&采取最大简约法 "OE_HO3O
\EUKHO/4X!Qd$构建系统树!采用随机逐步比较的方
式搜索最佳系统树!对生成的系统发生树进行
B//WKWUE\校正!最终生成系统发生树%
%1#1=6’Bg% 蛋白一级结构理化特性分析6利用
)_dE&X提供的 dU/W]dEUEO软件和 dU/W&YE0M软件分
别进行氨基酸残基组成’蛋白质分子质量和亲e疏水
性的在线分析# 最后利用 E4WLM\U/W软件" LW\&$
E4WLM\U/W]\^H05H^Y\5TUe$ "BEUE^EKH$,&35!#$$=$分析
理论等电点%
%1#1!6’Bg% 蛋白二级结构分析6利用 )_dE&X的
工具中的 &odQ,软件在线预测分析 ’A螺旋"’]
LM0H_!P$’(A转角"(]W3U4!+$’无规则卷曲"UE4V/O
Y/H0!’$以及延伸链"M_WM4VMV KWUE4V!)$!然后利用
网站)_dE&X工具中的d&oN+软件预测蛋白亚细胞
定位%
%1#1<6’Bg% 蛋白三级结构的分析6三级结构的预
测是蛋白质结构预测的重点!主要有以下几种方法&
同源模建’折叠识别和从头预测法 "BH/YEUWE!
#$$=$% 利用 )_dE&X工具中的 &ZHKK]Q/VM0程序进
行同源模建 "IUH0$,&35!%779# m\H4VMU$,&35!%777$%
它运用结构仿真模拟"dU/Q/V+程序$和能量最小
化分析 "INoQo&7" 程序$ 构建目标序列的结构%
!!
6第 " 期 蒋6瑶等& 植物’Bg% 转录因子的生物信息学分析
表 CD在不同植物中已克隆的!86C 转录因子家族成员
9#>ICD9"&0-($&4!86C )#J,-/ J&J>&1’,$*"&4,)&1&$*2-#$*’
植物种
d0E4WK\MYHMK
基因名称
*EOM/TFM4M
基因编码蛋白序列
)4Y/VMV \U/WMH4K
基因序列
IM4MKMR3M4YMK
拟南芥8’&;-6/E%-%,)&3-&+&",W$ 8,7?1V *ds<"88#% *Qs%%9"9%
芸苔?’&%-(& @.+($&"Bh$ ?@D#2?V; ,B@$$"=7 )m%="8=%
油菜?’&%-(& +&E.%"B4$ ?+D#2?V; ,,C!<"#= ,g$9!%9<
蓝桉2.(&35E,.%43/;.3.%")F$ 247?1V ,Bg8$#$8 CJ<#=9#7
草莓1’&4&’-&j&+&+&%&"gE$ 1&7?1V ,B."<7$8 )m%%8#%!
大豆K35(-+$=&G"IO$ K=7?1V ,’2=7#$9 g2=7=##$
巴西橡胶树H$<$& ;’&%-3-$+%-%"P^ $ H;7?1V ,,G!=#%= ,G7"$#%#
沙棘H-EE/E)&$’)&=+/-6$%"PU$ H’7?1V ,B&=$!#" )g<$#$!!
马蔺*’-%3&(,$& [EU"()-+$+%-%"(0$ *37?1V ,,f<8!=! CJ%=%!78
烟草A-(/,-&+& ,&;&(.="*W$ A,D#2?V; ,’)8="7= )m8#8%<<
无苞芥L3-=&’&;-6/E%-%E.=-3&"o\$ LE7?1V ,’28$%=! g2!7%#!!
甜樱桃!’.+.%&<-.="dE$ !&7?1V B,C#8%#= ,B%#%"8!
土豆 >/3&+.=,.;$’/%.="&W$ >,7?1V ,B(8!"8% CJ998<%<
大麦H/’6$.=<.34&’$"P[$ H<7?1V ,,-%9!%8$ ,g!%9#$!
黑麦草 :/3-.=E$’$++$"-\$ :E7?1 B,g="9!" ,B#<9!$%
水稻L’5N& %&,-<&"oK$ L%D#2?V; ,,@#97<9 ,G89<97!
小麦I’-,-(.=&$%,-<.="+E$ I&7?1V ,,-=87!! ,g=8"%="
玉米M$& =&5"fO$ M=D#2?V; *ds$$%%!9#"= *Qs$$%%#6结果与分析
ABCD!86C 编码氨基酸的序列比对
利用)B(在线的 ’03KWE0S# 进行氨基酸序列多
重比对!结果如图 % 所示% 根据比对结果发现!这
%9 个 ’Bg% 转录因子在蛋白质氨基酸序列 *端保
守性较强!具有典型的’Bg% 转录因子结构特征!包
含有dDDeNd,IN@Dg@)+NPd和 g,C&,S特征序
列!可能起激活作用!而且推测这 # 个序列可能参与
’Bg蛋白的转运!前一个特征序列位于蛋白质 *
端!富含精氨酸"EUFH4H4M!N$和赖氨酸"0XKH4M!D$的
碱性结构!而后一个特征序列位于 ,d# 核心结合
域!属于N,GC基元的保守结构域% 因此!这 # 个特
征序列可能参与对 ’N+eCN)调控元件的识别!调
控下游基因表达%
保守结构域是蛋白质中能够折叠成特定三维结
构的一段区域!其结构亚单位称为基序"O/WHT$!组
成这些基序的氨基酸区段行使特异的功能!并蕴含
各自的遗传进化信息% ’Bg% 转录因子 *端含有高
度保守的,d# 结构域!从而构成了植物特异性转录
因子大家族% 在 )_dE&X的 &YE4dU/KHWM软件获得不
同植物保守结构域!但其 ,d# 核心结构域的位置存
在差异!以,W’Bg% 保守结构域"图 #$为例%
ABAD!86C 转录因子系统发育树的构建
利用QMFE=5% 软件构建’Bg% 转录因子的系统
发生树"图 =$% 由图 = 可知!系统发生树中的’Bg%
转录因子主要聚为 # 类&第 % 类包括 +E’Bg%!
-\’Bg!oK’Bg%!fOCN)B%^和P[’Bg% 单子叶植物
的 ’Bg% 转录因子!用*标记# 第 # 类 ,W’Bg%!
*WCN)B%^! &W’Bg% 和 IO’Bg% 等双子叶植物的
’Bg% 转录因子!用+标记% 由此可以看出!这与植
物中单子叶’双子叶植物的分类大体一致!表明基因
和植物的进化过程密切相关%
第 # 类又可分为 # 大类&第*大类由 IO’Bg%!
gE’Bg%!dE’Bg% 和 P^’Bg% 组成# 第+大类分为 !
个 小 类& B4CN)B%^! BhCN)B%^! PU’Bg% 和
*WCN)B%^为,类!,W’Bg%!o\’Bg% 和(0’Bg% 为B
类!)F’Bg% 为’类!&W’Bg% 为C类%
’Bg% 在植物中的进化优先于单’双子叶的分
化时间!这种分类上的冲突是在植物中普遍存在的%
有研究表明!基因的倍增和重组’水平的基因转移等
都是这种差异存在的原因%
ABED0<=> 基因编码氨基酸组成特性
通过’03KWE0S# 在线软件对 ’Bg% 基因编码氨
基酸序列多重比较!然后利用QMFE=1% 软件得到 %9
个7?1V 基因编码氨基酸的保守位点参数!其中保
守位点 !8 个!可变位点 #=< 个!简约信息位点 %个!单一多态位点 89 个% 所含氨基酸的种类主要是
脂肪族类!中性氨基酸占大部分!而可变区与保守区
的中性氨基酸的变化不具有方向性%
用dU/W\EUEO预测 ’Bg% 编码蛋白的理化性质!
图 # 为不同植物’Bg% 氨基酸的组成及理化特性的
比较!由此可以看出!不同植物 ’Bg% 的氨基酸分子
质量较为一致!其氨基酸序列中主要氨基酸均含有
林 业 科 学 !" 卷6
图 %6%9 种植物’Bg% 类转录因子氨基酸序列比对的结果
gHF5%6Q30WH\0ME0HF4OM4WUMK30W/T’Bg% WUE4KYUH\WH/4 TEYW/UKH4 %9 VHTMUM4W\0E4WK
相同和保守的氨基酸残基用黑色和灰色分别表示!,d#和*-&用上划线表示!,d#区中GNI和N,GC#个保守区分别用方框表示% ’端保守域用
最后=个方框表示% (VM4WHYE0E4V Y/4KMU[MV EOH4/EYHV UMKHV3MKEUMH4VHYEWMV H4 ^0EY‘ E4V FUEX!UMK\MYWH[M0X#WLM,d# V/OEH4 E4V *-& EUME0K/H4VHYEWMV5
+Z/^ /_MKKL/ZWLM0/YEWH/4 /TWLMGNIE4V N,GCM0MOM4WKH4 WLM,d# V/OEH4!UMK\MYWH[M0X5+LM0EKWWLUMM^/_MKEUMWLMY/4KMU[MV V/OEH4 H4 ’WMUOH4E05
"!
6第 " 期 蒋6瑶等& 植物’Bg% 转录因子的生物信息学分析
图 #6,W’Bg% 保守域
gHF5#6,W’Bg% Y/4KMU[MV V/OEH4 H4 8’&;-6/E%-%,)&3-&+&
图 =6%9 种植物’Bg% 类转录因子的系统发生树
gHF5=6dLX0/FM4MWHYWUMM/T’Bg% WUE4KYUH\WH/4
TEYW/UKH4 %9 VHTMUM4W\0E4WK
非极性氨基酸+++丙氨酸"E0E4H4M!,0E$!且含量较
高% 酸性e碱性氨基酸比例也有所不同!双子叶植物
中)F!gE和 IO酸性e碱性氨基酸比例小于 %!说明
这=种植物的碱性氨基酸占主导地位!其余双子叶
植物则是酸性氨基酸占主导地位!其比值大于 %# 单
子叶植物唯有大麦碱性氨基酸比例较高!比值小于
%!其他单子叶植物氨基酸则是酸性氨基酸较高% 通
过dU/W\EUEO软件分析不同植物蛋白!发现其蛋白均
属于不稳定类蛋白%
ABOD!86C 蛋白等电点的预测及对比
利用分析软件 E4WLM\U/!由氨基酸序列预测不
同植物’Bg% 蛋白的等电点% 大部分植物 ’Bg% 蛋
白都属于酸性等电点!其中酸性最强的是 &W!最弱的
是fO% 唯有-\是中性等电点!而 +E和 gE是碱性
等电点%
ABPD!86C 蛋白的亲水]疏水性分析
氨基酸序列决定蛋白质的功能!组成蛋白质的
#$ 种氨基酸各具特殊的侧链!当它们按照不同的序
列关系组合时!就可形成多种多样的空间结构!使其
具有不同生物学活性% 疏水性是 #$ 种氨基酸都固
有的特性!是影响蛋白质构象的重要因素!因此蛋白
质疏水性e亲水性的预测和分析!对预测蛋白质生物
学功能具有重要意义% 用 dU/W&YE0M的 DXWME4V
C//0HW0M算法对不同植物 ’Bg% 氨基酸序列的疏水
性e亲水性进行预测"图 ! 为 ,W’Bg% 的预测结果$!
并对特征基序采用 E4WLM\U/软件表示亲水e疏水性
"图 <为,W’Bg%特征基序的预测结果$!正值越大表
示越疏水!负值越大表示越亲水!介于l$1< ;A$1<
表 AD不同植物0<=> 基因的氨基酸序列的组成成分及理化性质!
9#>IAD!(J2#1,’($()0(J2(’,*,($#$42"/’,0#-#$40"&J,0#-0"#1#0*&1’()#J,$( #0,4’&S7&$0&
()0<=> #J($% *"&4,)&1&$*2-#$*’
基因名称
*EOM/TFM4M
分子质量
Q/0MY30EU
ZMHFLWe3
主要氨基酸含量
’/4WM4W/TOEh/UEOH4/EYHVK
酸性e碱性
氨基酸
,YHVHYeE0‘E0H4M
EOH4/EYHVK
蛋白质不
稳定指数
(4KWE^H0HWXH4VM_
8,7?1V #= 9#75" ,0E"%$59:$6I03"95<:$6+LU"85<:$6I0X"85$:$ %!5"e%#5# !75$$ (
?@D#2?V; #= 9=<5$ ,0E"%%58:$6I03"759:$6-M3"857:$6&MU"85$:$ %!5?+D#2?V; #= 9!95$ ,0E"%%58:$6I03"759:$6-M3"857:$6&MU"85$:$ %!5247?1V #! "$95" ,0E"%#5%:$6&MU"%$58:$6-M3"759:$6I03"85%:$ %=59e%!5= <$5"= (
1&7?1V #= !#85< ,0E"%$5!:$6,UF"%$5$:$6I03"95%:$6I0X"95%:$ %<58e%85% K=7?1V #" #!95< ,0E"%=58:$6I03"75$:$6,UF"95<:$6.E0"858:$ %!5"e%<5! "$5!! (
H;7?1V #< <$%58 ,0E"%#5":$6&MU"%$5!:$6I03"75%:$6-M3"859:$ %!5=e%=57 "<5"= (
H’7?1V #= "7!5$ ,0E"%%59:$6I03"75$:$6,UF"85":$6dU/"85":$ %!5#e%"5" <=5!% (
*37?1V #= 9%95$ ,0E"%$59:$6I03"95<:$6+LU"85<:$6I0X"85$:$ %!5%e%#5# !95<8 (
A,D#2?V; #= 7"#57 ,0E"%#5%:$6I03"%$5#:$6&MU"85$:$6,UF""5$:$ %"5#e%=5! !75=7 (
LE7?1V #= 9#75" ,0E"%$59:$6I03"95<:$6+LU"85<:$6I0X"85$:$ %!5"e%#5# !75$$ (
!&7?1V #" 98"5! &MU"%$59:$6,0E"75#:$6,UF"75#:$6-M3"857:$ %!5#e%"5= >,7?1V #< %##5$ &MU"%=5=:$6,0E"%%5%:$6I03"%%5%:$6,UF""5#:$ %<5%e%%5% "75<% (
H<7?1V #= %=859 ,0E"%!58:$6I0X"%$5%:$6dU/"959:$6,UF"95=:$ %#57e%#5$ "$5$% (
:E7?1 ## <="5< ,0E"%<58:$6.E0"95":$6,UF"95%:$6&MU"95%:$ %$5$e%=5= !8577 (
L%D#2?V; #= #=857 ,0E"#$5":$6,UF"%$5%:$6I0X"%$5%:$6I03"859:$ %=59e%#5! <75=% (
I&7?1V #= =="5$ ,0E"%#58:$6,UF"%$5!:$6&MU"75!:$6-M3"95$:$ %%59e%!58 !85#! (
M=D#2?V; #8 7"!5$ ,0E"%<58:$6dU/"%%5#:$6I0X"%$57:$6,UF"758:$ %%5"e%=5% 8%577 (
66! ,0E& 丙氨酸 ,0E4H4M# I03& 谷氨酸 I03WEOHYEYHV# +LU& 苏氨酸 +LUM/4H4M# I0X& 甘氨酸 I0XYH4M# -M3& 亮氨酸 -M3YH4M# &MU& 丝氨酸
&MUH4M# .E0& 缬氨酸 .E0H4M# ,UF& 精氨酸 ,UFH4H4M# dU/& 脯氨酸 dU/0H4M5(& 不稳定 (4KWE^H0HWX5
8!
林 业 科 学 !" 卷6
之间的主要为两性氨基酸% 结果表明!不同植物
’Bg% 蛋白的氨基酸序列中亲水性’疏水性氨基酸都
均匀分布在整个肽链中!亲水性氨基酸多于疏水性
氨基酸!并且没有明显的疏水区域!因此可认为这些
蛋白是亲水性蛋白% 结果提示!大约在 ,W中 "8 A
"9 区域具有很强的亲水性!7% 区域具有较强的疏水
性"图 !$!并预测其他植物可知!不同植物的 ’Bg
蛋白亲水e疏水性有一定差异!是由于植物行使生理
功能存在差异%
亲水性 PXVU/\LH0HYHWX66 疏水性 PXVU/\L/^HYHWX66 其他 oWLMU
图 <6,W’Bg% 特征基序的亲水e疏水性图谱
gHF5<6dUMVHYWMV LXVU/\LH0HYHWXeLXVU/\L/^HYHWXFUE\L T/UK\MYHTHYO/WHTK/T’Bg% H4 8’&;-6/E%-%,)&3-&+&
图 !6,W’Bg% 全序列亲水e疏水性图谱
gHF5!6dUMVHYWMV LXVU/\LH0HYHWXeLXVU/\L/^HYHWXFUE\L
T/U’Bg% H4 8’&;-6/E%-%,)&3-&+&
ABUD0<=> 基因编码氨基酸的二级结构及亚细胞
定位分析
蛋白质的二级结构是多肽链中相邻多个氨基酸
残基形成的局部肽链空间结构!由 P"’]LM0H_$’+
"(]W3U4$’)"M_WM4VMV KWUE4V$和无规则 ’"UE4V/O
Y/H0$等几种二级结构元件组成!具有特定的生物学
活性% 当H>!<:!2?<:时为E0]E0\LE型# 当H?
<:!2>!<:时为E0]^MWE型# 当H>=$:!2>#$:
时为E0\LE]^MWE型% 用 &odQ,预测不同植物 ’Bg%
氨基酸序列的二级结构!其中显示 ’A螺旋和无规
则卷曲是不同植物 ’Bg% 最大量的结构元件!而
(A转角和延伸链则散布于整个蛋白质中% 统计表
明!,W’Bg% 由 #=1$$:的 ’A螺旋’%<1!7:的延伸
链’#1=<:的 (A转角和 <71%<:的无规则卷曲组
成!而oKCN)B%^由 =<189:的’A螺旋’%#19!:的
延伸链’#18<:的(A转角和 !91"#:的无规则卷曲
组成% 由此可以看出!不同植物间的二级结构在空
间上发生了一定的变异%
用d&oN+分析不同植物 ’Bg% 编码蛋白的亚
细胞定位% 由图 8 可知!,W’Bg% 蛋白最终定位于细
胞质的可能性为 !<1$:!定位于微体"过氧化物酶
体$的可能性为 =<1=:!从而推断该蛋白可能定位
于细胞质内% 通过d&oN+预测可知!大多数植物的
蛋白亚细胞定位于细胞核中!少数植物的蛋白亚细
胞定位于细胞质中!唯有少数蛋白定位于微体中!如
oKCN)B%^ 蛋白% 由此可以看出!不同植物蛋白的
亚细胞定位存在差异!是由于植物合成部位及行使
生理功能所需的反应环境存在差异!也是由于其蛋
白的结构’理化性质和功能不同所造成的差异!为
此!探讨这些植物蛋白的亚细胞定位具有重大的
意义%
ABVD0<=> 基因编码氨基酸的三维结构分析
蛋白质的三维结构!除了共价的肽键和二硫键!
还靠大量的极其复杂的弱次级键共同作用!实际上
折叠过程是一个正确途径和错误途径相互竞争的过
程% 利用 &ZHKK]O/VM0建模服务器进行’Bg% 结构的
三维建模!预测不同植物 ’Bg% 蛋白的三维结构%
图 9 为,W’Bg% 的三级结构预测结果!可看到’A螺
旋’(A转角和(A折叠片!由此可看到其蛋白折叠
空间结构构象的变化%
=6结论与讨论
利用生物信息学方法指导试验工作的设计!可
9!
6第 " 期 蒋6瑶等& 植物’Bg% 转录因子的生物信息学分析
6’A螺旋 ’]LM0H_6 6延伸链 )_WM4VMV KWUE4V6 6(A转角 (]W3U46 6不规则卷曲 NE4V/OY/H0
图 "6,W’Bg%"E$和oKCN)B%^"^$二级结构的预测结果
gHF5"6dUMVHYWMV KMY/4VEUXKWU3YW3UMT/U’Bg% H4 8’&;-6/E%-%,)&3-&+& "E$ E4V oKCN)B%^ H4 L’5N& %&,-<& "^$
图 86拟南芥’Bg% 的亚细胞定位结果
gHF586&3^YM030EU0/YE0HaEWH/4 \UMVHYWH/4 /T’Bg% \U/WMH4 H4 8’&;-6/E%-%,)&3-&+&
图 96拟南芥’Bg% 的三维结构
gHF596+MUWHEUXKWU3YW3UM/T’Bg%
H4 8’&;-6/E%-%,)&3-&+&
避免试验的盲目性和不必要的重复% 在基因研究的
相关文献报道中!利用生物信息学进行前期或后续
分析越来越普遍%
’Bg% 转录因子是属于 ,d# 转录因子家族!是
植物中广泛存在的一类转录因子!这类转录因子主
要参与植物的细胞周期’生长发育以及生物和非生
物胁迫相关基因的表达调控!它们都含有非常保守
的C*,结合区% ’Bg转录因子能够识别’N+eCN)
元件!调控多个与同类性状有关的基因表达!在提高
植物对环境胁迫耐性的分子育种中!改良或增强一
个关键转录因子的调控能力!可使植物的耐逆性得
到较为综合的改良"张晗等! #$$"$% 本研究对 %9
种不同植物 ’Bg% 的生物信息学分析预测可得!
’Bg% 转录因子主要由 C*,结合域’*-&’转录调控
结构域 = 个功能域组成!在植物体内起着激活或抑
制基因表达的功能!符合 ’Bg% 的基本结构特征%
’Bg% 结构域有 GNI和 N,GC# 个保守的结构域%
在’端存在 % 个可能起激活作用的酸性结构域!在
*端有 % 个可能作为 *-& 的富含 N和 D的碱性结
构域!提高植物对非生物胁迫的抵抗能力%
唐宁等"#$$9$利用一系列生物信息学软件分
析盐芥"I)$3.+4-$3& %&3%.4-+$&!+L$+LPD+% 的一级
和二级结构!并与拟南芥 I)H9IV 基因序列进行比
对!从而对该基因的理化性质’结构特征和功能等进
行预测和分析!研究结果表明!其基因编码蛋白分子
式为&’#"=%P!$"!*"="o8$8&#%!属于稳定蛋白# 二级结构
主要是以无规则卷曲为主% 本研究结果表明!%9 种
不同植物 ’Bg% 蛋白为不稳定蛋白!其中 ’A螺旋
和无规则卷曲成为最大量的结构元件!而 (A转角
和延伸链则散布于整个蛋白质中%
结构决定功能!仅通过对基因和氨基酸序列的
了解并不能充分反映蛋白质的功能!故蛋白质空间
结构的研究越来越得到重视" &MUFHX$,&35!#$$!$%
本研究分析得知!,W’Bg% 三维空间结构的构象具有
一定的特点!其中该区有 % 个 ’A螺旋’= 个反向平
行的(A折叠和 # 个 (A转角% ’Bg% 的氨基酸主
要是脂肪族类!都含有非极性氨基酸 ,0E!其蛋白等
电点多数为酸性% 因此!应用生物信息学方法对已
知序列进行比对’分析!推断和预测其结构和功能!
为选择合适的试验方法提供理论参考!为这些基因
的功能研究提供更全面的理论依据%
参 考 文 献
曹云飞! 张海娜! 肖6凯5#$$85’Bg转录因子介导的植物低温信
号转导研究进展5棉花学报! %7"!$& =$! A=%%5
7!
林 业 科 学 !" 卷6
林6茂!闫海霞!眭顺照!等5#$$95植物’Bg转录因子及其在基因
工程中的应用5广西农业科学! =7"%$& #% A#<5
唐6宁! 杨6平5#$$95盐芥I)H9IV 基因的生物信息学分析5药物
生物技术! %<""$& !!7 A!<#5
张6晗! 信月芝! 郭惠明! 等5#$$"5’Bg转录因子及其在植物抗冷
反应中的作用5核农学报! #$"<$& !$" A!$75
张丽丽! 李景富! 王傲雪5#$$95转录激活因子 ’Bg基因在植物抗
冷分子机制中的作用5园艺学报! =< "<$& 8"< A88%5
钟克亚!叶妙水!胡新文!等5#$$"5转录因子’Bg在植物抗寒中的
重要作用5遗传! #9"#$& #!7 A#<"5
庄6静! 周熙荣! 孙超才! 等5#$$95油菜沪油 %< 中,d#e)NgAB=
亚族转录因子的克隆和生物信息学分析5分子细胞生物学报!
!%"=$& %7# A#$"5
,FEUZE0Q! PE/G! DE\//U,! $,&35#$$<5, N#N= WX\MQGB
WUE4KYUH\WH/4 TEYW/UHKH4[/0[MV H4 WLMY/0V UMF30EWH/4 /T’BgFM4M
E4V H4 EYR3HUMV TUMMaH4FW/0MUE4YM5’3UM4Wo\H4H/4 H4 d0E4W
BH/0/FX! %$& #7$ A#7<5
BEVEZHC! NMVVXG.! ,FLEU^^ E/3Hf! $,&35#$$95&WU3YW3UME4V
T34YWH/4E0E4E0XKHK/TZLMEW(’) "H4V3YMU/T’BgM_\UMKKH/4 $
FM4MK5d0E4W’M0dLXKH/0/FX! !7"9$& %#=8 A%#!75
BEUE^EKH,-! B/4E^ME3 )5#$$=5&YE0M]TUMM4MWZ/U‘5&YH,O! <& <$5
BH/YEUWE5#$$=5’LEUWH4F\EWLZEXK/T0HTM0)Beo-150#$$= A%# A%#15
LW\& $ZZZ5^H/YEUWE5Y/OeFM4Me’M0&HF4E0H4F5EK\5
’LH443KEOX.! oLWEQ! DE4UEU&! $,&35#$$= 5(’)%& EUMF30EW/U/T
Y/0V]H4V3YMV WUE4KYUH\W/OME4V TUMMaH4FW/0MUE4YMH4 8’&;-6/E%-%5
IM4MKCM[! %8 "9$& %$!= A%$’LH443KEOX.! fL3 2P! fL3 2D5#$$85’/0V KWUMKKUMF30EWH/4 /TFM4M
M_\MUMKKH/4 H4 \0E4WK5+UM4VKH4 d0E4W&YHM4YM! %# "%$ $& %="$
A%=9<5
IUH0)! PHOOM0^EYL ,5%7795,B, KHF4E0WUE4KV3YWH/45’3UM4W
o\H4H/4 H4 d0E4WBH/0/FX! !%#"%$& !%95
I3WLE-N! NMVVX,N5#$$95NHYMCN)B%B\U/O/WMUKL/ZKVHKWH4YW
KWUMKK]K\MYHTHYUMK\/4KMK!E4V WLM/[MUM_\UMKKH/4 /TYC*,H4 W/^EYY/
Y/4TMUKHO\U/[MV E^H/WHYE4V ^H/WHYKWUMKKW/0MUE4YM5d0E4WQ/0MY30EU
BH/0/FX! "9& <== A<<<5
(W/G! DEWK3UED! QEU3XEOED!$,&35#$$"5g34YWH/4E0E4E0XKHK/TUHYM
CN)B%e’Bg]WX\MWUE4KYUH\WH/4 TEYW/UKH4[/0[MV H4 Y/0V]UMK\/4KH[M
FM4MM_\UMKKH/4 H4 WUE4KFM4HYUHYM5d0E4WE4V ’M0dLXKH/0/FX! !8
"%$& %!% A%<=5
D3OEU&! +EO3UED! *MHQ5#$$!5Q)I,=& (4WMFUEWMV K/TWZEUMT/U
O/0MY30EUM[/03WH/4EUXFM4MWHYKE4E0XKHKE4V KMR3M4YME0HF4OM4W5
BUHMTH4FKH4 BH/H4T/UOEWHYK! <& %<$ A%"=5
-EU‘H4 Q,! B0EY‘KLHM0VKI! BU/Z4 *d! $,&35#$$85’03KWE0S E4V
’03KWE0@[MUKH/4 #5BH/H4T/UOEWHYK! #="#%$& #7!8 A#7!95
QEUYL0MU]BE3MU,! BUXE4W& P5#$$!5’C]&MEUYL& \U/WMH4 V/OEH4
E44/WEWH/4K/4 WLMT0X5*3Y0MHY,YHVKNMK! =#"SM^ &MU[MU(KK3M$&
=#8 A==%5
*F3XM4 P+!-MH\4MU2! &WEO\ d!$,&35#$$75-/ZWMO\MUEW3UMKWUMKKH4
OEHaM"M$& =&5%-5$ H4V3YMKFM4MKH4[/0[MV H4 \L/W/KX4WLMKHKE4V
KHF4E0 WUE4KV3YWH/4 EK KW3VHMV ^X K3\\UMKKH/4 K3^WUEYWH[M
LX^UHVHaEWH/45d0E4WdLXKH/0/FXE4V BH/YLMOHKWUX! !8 " % $& %%"
A%##5
*/[H0/g! QMVH4E2! &E0H4EK25#$$858’&;-6/E%-%’Bg% E4V ’Bg= LE[M
EVHTMUM4WT34YWH/4 WLE4 ’Bg# H4 Y/0V EYY0HOEWH/4 E4V VMTH4M
VHTMUM4WFM4MY0EKKMKH4 WLM’BgUMF30/45d*,&! %$!"<#$& #%$$#
A#%$$85
&MUFHXoI! QHYLEH0G-! o_E4E.I5#$$!5+/^MT/0VMV /UW/^M
34T/0VMV25dU/WMH4 &YH! %=& #98% A#9885
&LELU/‘LE^EVHD!,TKLEUHN+!,0HaEVMP!$,&35#$$95(VM4WHTHYEWH/4 /T
CN)BL/O/0/F/3KFM4MKH4 ^UMEV ZLMEW[HE’oC)Podd’N\UHOMU
VMKHF45dE‘HKWE4 2/3U4E0/TBH/0/FHYE0&YHM4YM! %% " %" $& %787
A%79"5
m\H4VMU&! B^E0Em &! (XM4FEUN5%7775)OMUFM4W\U/\MUWHMK/T
4MWZ/U‘K/T^H/0/FHYE0KHF4E0H4F\EWLZEXK5 &YHM4YM! #9=& =9%
A=985
fL3 2P! C/4F’P! fL3 2D5#$$85(4WMU\0EX^ MWZMM4 Y/0V]UMK\/4KH[M
FM4MUMF30EWH/4! OMWE^/0HKOE4V N*,\U/YMKKH4FV3UH4F\0E4WY/0V
EYY0HOEWH/45’3UM4Wo\H4H/4 H4 d0E4WBH/0/FX! %$& #7$ A#7<5
!责任编辑6徐6红"
$<