文档介绍：沙棘CAT家族基因的生物信息学分析
摘 要:CAT (Cationic amino acid transporters)是植物体内参与氨基酸的吸收与转运的一类跨膜转运蛋白。为探究CAT 家族基因及其所编码蛋白的结构特征nsporters)属于后者。目前,对于CAT的研究主要集中在拟南芥[3]、杨树[4]和番茄[5]等少数植物,有关沙棘果实CAT家族基因方面研究尚未见报道。
沙棘 (Hippophae rhamnoides L.) 是一种落叶性灌木,耐旱抗风沙,生命力极强,在我国分布广泛,常应用于水土保持。其果实含有丰富的营养物质和生物活性物质,如必需氨基酸、维生素C、维生素E、类胡萝卜素、不饱和脂肪酸等,广泛应用于食品、医药、化妆品和保健品等领域,具有很高的经济价值[6-7]。沙棘果肉中的氨基酸具有种类多和必需氨基酸较高等特点,是良好的植物蛋白来源[8]。因此,开展沙棘果实发育过程中氨基酸转运蛋白的功能研究,为将来果实中功能蛋白的开发具有重要意义。
本研究以前期获得的不同发育期沙棘果实的转录组数据为基础,挖掘CAT 家族基因成员并进行生物信息学分析,对沙棘果肉中HrCAT蛋白的结构特征和功能进行预测,研究结果可为探索沙棘果实不同发育时期CAT蛋白的累积规律及调控机理研究奠定理论基础。 1 材料和方法
蛋白累积相关基因的筛选
对前期所获得的不同发育时期沙棘果实转录组测序数据进行基因注释、GO分析、KEGG代谢通路分析等一系列后续分析,筛选出样品间差异表达的基因,基于这些差异表达基因进行GO功能显著性富集分析和Pathway显著性富集分析,最后筛选出蛋白质累积途径中的CAT家族基因序列。
生物信息分析
利用各类生物信息在线工具和软件对目的基因的测序结果进行分析。筛选出HrCAT家族的核酸序列,用NCBI网站的在线工具ORF finder确定其开放阅读框,使用DNASTAR软件将核苷酸序列转换成氨基酸序列。之后利用ExPASy网站的ProtParam和ProtScale工具分析HrCAT家族基因编码蛋白的理化特性。ProtScale在线分析中,对蛋白质的氨基酸序列及其折叠后的空间结构进行分析测算,结果为负值说明该蛋白为亲水性蛋白,反之为疏水性蛋白。~,窗口大小推荐设定为7,9,11(通常为单数)。使用SignalP[9]和TMHMM Server[10]对蛋白中的信号肽序列和跨膜区进行预测。利用SOPMA和Phyre2[11]预测HrCAT蛋白的二级结构并进行三级结构的建模。
2 结果与分析
HrCAT家族基因的注释及生物信息学分析
对沙棘转录组测序得到的数据进行注释与筛选,获得了CAT家族基因中的3个成员,分别命名为HrCAT 1、HrCAT 2和HrCAT 3。通过NCBI网站上的 ORF finder 工具,分析3种 HrCAT 基因的核酸序列。結果表明,3种HrCAT 基因分别具有长度为3 646,1 373,2 387 bp的完整开放阅读框(open reading frame, ORF),分别编码 540,353,648个氨基酸,表明3种 HrCAT 基因均具有编码完整基因