摘要：根據(jù)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(yīng)用生物信息學(xué)軟件對(duì)其核苷酸序列的外顯子、氨基酸序列的理化性質(zhì)、疏水性/親水性和跨膜結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，這幾種植物DFR基因均存在1個(gè)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(wěn)定蛋白外，其余植物均屬于穩(wěn)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(qū)和親水區(qū)以及跨膜結(jié)構(gòu)等。

關(guān)鍵詞：石榴；二氫黃酮醇 4-還原酶（DFR）；生物信息學(xué)；理化性質(zhì)；跨膜結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：Q811.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2013）04-0008-04

基于生物學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，由分子生物學(xué)和信息科學(xué)技術(shù)相結(jié)合的生物信息學(xué)已成為后基因組時(shí)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(xué)的方法，以石榴為重點(diǎn)，對(duì)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(yīng)氨基酸序列的外顯子、理化特性、親水性/疏水性和跨膜結(jié)構(gòu)等進(jìn)行預(yù)測(cè)和推斷，以期為深入開展二氫黃酮醇4-還原酶的酶學(xué)特性、花色素苷生物合成的分子機(jī)制等提供理論依據(jù)。

1材料與方法

11數(shù)據(jù)

12方法

DFR基因核苷酸序列分析采用在線軟件 GENE SCAN 進(jìn)行；DFR基因編碼蛋白的理化性質(zhì)采用Protparam 預(yù)測(cè)；疏水性/親水性采用ProtScale進(jìn)行預(yù)測(cè)；跨膜結(jié)構(gòu)域采用 TMPred 預(yù)測(cè)。各分析軟件的網(wǎng)站見表 1。

2結(jié)果與分析

21核苷酸序列的外顯子分析

一般認(rèn)為，P 值表示分析結(jié)果為外顯子的可能性，當(dāng) P>099 時(shí)為外顯子可能性極高；050

22氨基酸序列的理化性質(zhì)分析

利用在線分析軟件Protparam分別對(duì)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(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果（表3）表明，這幾種植物DFR氨基酸殘基數(shù)差異較大，分別編碼280～1 345個(gè)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(diǎn)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(fù)電荷氨基酸數(shù)均為0。通常不穩(wěn)定系數(shù)小于 40 時(shí)，預(yù)測(cè)對(duì)應(yīng)蛋白質(zhì)在試驗(yàn)中比較穩(wěn)定，反之則不穩(wěn)定。因此，除粉花石榴和紅花石榴中DFR屬于不穩(wěn)定蛋白質(zhì)外，其余均屬于穩(wěn)定蛋白。

23疏水性/親水性的預(yù)測(cè)與分析

利用在線分析軟件ProtScale的Kyte and Doolittle算法對(duì)二氫黃酮醇還原酶進(jìn)行疏水/親水性分析（正值表示疏水性，負(fù)值表示親水性，介于+05～-05 之間主要為兩性氨基酸）。結(jié)果（表4）表明，紅花石榴（圖1，其它幾種植物的圖片分析結(jié)果未列出）和粉花石榴的DFR蛋白存在明顯的疏水區(qū)和親水區(qū)，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(jié)論

通過(guò)在線分析工具和生物軟件對(duì)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(jìn)行分析，結(jié)果表明這幾種植物的DFR基因都存在1個(gè)外顯子。氨基酸序列的理化性質(zhì)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(wěn)定蛋白，其余幾種植物屬于穩(wěn)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(guān)。除紅花石榴和粉花石榴外，其它植物的蛋白質(zhì)均為穩(wěn)定蛋白質(zhì)。

疏水性是20種氨基酸都固有的特性，即氨基酸遠(yuǎn)離周圍水分子，將自己包埋進(jìn)蛋白質(zhì)核心的相對(duì)趨勢(shì)，通過(guò)了解肽鏈中不同肽段的疏水性，可以對(duì)跨膜蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)域進(jìn)行預(yù)測(cè)[11]。因此，疏水性/親水性的預(yù)測(cè)和分析，對(duì)蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)及功能結(jié)構(gòu)域的分選提供了重要的參考依據(jù)。本試驗(yàn)結(jié)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(qū)和親水區(qū)，疏水位點(diǎn)和親水位點(diǎn)個(gè)數(shù)不同，這與肖繼坪等[12]在馬鈴薯上的研究結(jié)果一致。

跨膜結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)通過(guò)與膜內(nèi)在蛋白的靜電相互作用和氫鍵鍵合作用與膜結(jié)合的一段氨基酸片段，一般由 20 個(gè)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(yàn)結(jié)果表明，幾種植物DFR蛋白存在強(qiáng)烈推薦和可選擇2種跨膜模型，存在不同數(shù)量的跨膜螺旋，這為正確認(rèn)識(shí)和理解蛋白質(zhì)的功能、結(jié)構(gòu)、分類、方位及細(xì)胞中的作用部位等均有重要的意義。

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