錢葉雄， 徐士杰， 張亞男， 張夢(mèng)飛

安徽師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，安徽蕪湖241000

玉米精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶蛋白家族生物信息學(xué)分析

錢葉雄， 徐士杰， 張亞男， 張夢(mèng)飛

安徽師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，安徽蕪湖241000

蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（protein argininemethyltransferases，PRMTs）是真核生物基因組中重要的表觀遺傳調(diào)控因子之一，主要參與組蛋白精氨酸位點(diǎn)甲基化修飾，改變真核基因組的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，對(duì)基因的表達(dá)進(jìn)行調(diào)控。本研究鑒定了8個(gè)玉米的PRMT蛋白序列，通過與兩種模式植物（擬南芥和水稻）的全部PRMT蛋白序列的同源比對(duì)和系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系分析，確定玉米PRMT蛋白主要分布在3個(gè)不同的亞家族中。運(yùn)用生物信息學(xué)的方法和軟件預(yù)測(cè)和分析了全部玉米PRMT蛋白氨基酸序列的理化性質(zhì)、信號(hào)肽、跨膜結(jié)構(gòu)域、疏水性和親水性，以及蛋白質(zhì)二級(jí)及三級(jí)結(jié)構(gòu)等重要參數(shù)。這些數(shù)據(jù)對(duì)后續(xù)鑒定玉米PRMT蛋白的功能具有重要的意義。

玉米；組蛋白甲基化；PRMT結(jié)構(gòu)域

在真核生物基因組中，核 DNA與組蛋白（H1、H2A、H2B、H3和H4）纏繞形成核小體，然后DNA?蛋白質(zhì)復(fù)合物進(jìn)一步壓縮形成高一級(jí)的染色質(zhì)。核小體的核心通常是由八聚體核心組蛋白構(gòu)成，其尾部常發(fā)生甲基化、乙酰化、磷酸化、ADP核糖基化和泛素化等多種翻譯后修飾［1，2］，這些修飾共同組成了“組蛋白密碼”（histone code）。這些組蛋白修飾不僅可以影響和改變基因組染色質(zhì)的狀態(tài)，而且調(diào)控基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄過程［3］，因此，成為近年來表觀遺傳學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。

研究表明，組蛋白修飾具有重要的生理作用。其中，組蛋白甲基化修飾主要是通過不同的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶催化，將甲基添加在核心組蛋白H3和H4的賴氨酸和精氨酸殘基上。其中，精氨酸位點(diǎn)的甲基化主要發(fā)生在其尾部H3?R2／R17／R26和H4?R3等位點(diǎn)上，這些位點(diǎn)的修飾通常發(fā)生在靶基因的啟動(dòng)子區(qū)，對(duì)基因表達(dá)起激活作用［3］。精基酸甲基轉(zhuǎn)移酶屬于甲基轉(zhuǎn)移酶基因家族編碼的蛋白質(zhì)，利用S?腺苷?甲硫氨酸（Ado?MeT）作為甲基供體，在精氨酸側(cè)鏈的氮原子上發(fā)生甲基化修飾［4］。精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶依據(jù)生物化學(xué)特性不同通?？杀环譃?4類［5］：第一類PRMT蛋白修飾精氨酸側(cè)鏈的ω位點(diǎn)的N原子，通常形成單甲基（monomethy?larginine，MMA）和不對(duì)稱雙甲基 （asymmetric dimethylarginine，aDMA）兩種類型；第二類PRMT蛋白也可以修飾精氨酸側(cè)鏈的ω位點(diǎn)的N原子，通常形成單甲基和對(duì)稱型雙甲基（symmetric dimethylarginine，sDMA）；第三類PRMT蛋白僅能修飾精氨酸側(cè)鏈的ω?N形成單甲基；第四類PRMT蛋白通常修飾精氨酸側(cè)鏈的δ位點(diǎn)的N原子形成單甲基［6，7］。

目前，關(guān)于植物精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶的研究報(bào)道 較 少。 擬 南 芥 中 對(duì) AtPRMT5［8～10］和AtPRMT10［11］的功能已有研究，它們對(duì)擬南芥開花時(shí)間有重要調(diào)控作用。AtPRMT5屬于第二類型精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶，體外可催化對(duì)稱型雙甲基化組蛋白H4R3（H4R3me2s）和非組蛋白 MBP（myelin basic protein）。對(duì)T?DNA插入突變體的分析結(jié)果顯示，AtPRMT5通過下調(diào)重要的MADS?Box開花抑制基因FLC（FLOWERING LOCUS C）的表達(dá)來促進(jìn)開花。AtPRMT10是一個(gè)第一類型蛋白精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶，體外主要催化非對(duì)稱型雙甲基化組蛋白H4R3（H4R3me2a）和非組蛋白MBP。另外，保守結(jié)構(gòu)域“double E”loop中的兩個(gè)Glu對(duì)AtPRMT10的甲基轉(zhuǎn)移酶活性是必需的。T?DNA插入突變體的表型分析發(fā)現(xiàn)，AtPRMT10主要通過抑制FLC的表達(dá)來促進(jìn)擬南芥開花，并且在抑制FLC表達(dá)上與AtPRMT5是各自獨(dú)立的。此外，在對(duì)擬南芥的研究中，還揭示了蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶SKB1在植物耐受鹽脅迫和生長(zhǎng)發(fā)育過程中起重要作用，SKB1的功能缺失導(dǎo)致擬南芥對(duì)鹽脅迫的超敏感、生長(zhǎng)遲緩及晚花等缺陷。SKB1的突變導(dǎo)致了植物喪失協(xié)調(diào)鹽脅迫耐受和生長(zhǎng)發(fā)育（比如開花時(shí)間）的能力，使植物一直處于脅迫響應(yīng)狀態(tài)而限制了植物的生長(zhǎng)過程。

玉米作為當(dāng)今世界的三大重要糧食作物之一，同時(shí)也是作為當(dāng)前植物功能基因組研究的重要單子葉模式植物之一，對(duì)植物分子生物學(xué)的研究有著重要的意義。然而，當(dāng)前關(guān)于玉米組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶的鑒定及其功能研究，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)尚少有報(bào)道。因此，在本研究中，我們通過對(duì)玉米最新測(cè)序的B73全基因組數(shù)據(jù)庫搜索，利用生物信息學(xué)的方法，對(duì)玉米精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶基因家族進(jìn)行了鑒定與比較分析，通過對(duì)玉米精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶基因家族成員的基本信息的分析，為后續(xù)揭示玉米組蛋白甲基化調(diào)控機(jī)制奠定了重要的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1．1 玉米PRMT蛋白家族成員的鑒定

分別從擬南芥基因組數(shù)據(jù)庫TAIR（http：／／www．a(chǎn)rabidopsis．org）和玉米基因組庫（http：／／www．maizesequence．org／index．html）中獲取擬南芥和玉米的全基因組序列。利用基于隱馬爾科夫模型的HMMER程序［12］搜索玉米中包含的PRMT結(jié)構(gòu)域的候選序列，首先從Sanger中心數(shù)據(jù)庫中選取PRMT結(jié)構(gòu)域的氨基酸序列（PF05185），再利用Blastp程序，P?value設(shè)為10－4，對(duì)玉米全基因組蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行搜索，尋找玉米基因組中所有的候選含PRMT蛋白。對(duì)搜索到的所有候選序列利用在線分析工具（http：／／Pfam．sanger．a(chǎn)c．uk）［13］進(jìn)行驗(yàn)證，把沒有顯示PRMT結(jié)構(gòu)域蛋白的序列刪除，同時(shí)獲取結(jié)構(gòu)域在染色體上的位置信息，刪除重復(fù)序列。

1．2 玉米PRMT蛋白一級(jí)結(jié)構(gòu)及其相關(guān)物理特性的預(yù)測(cè)與分析

從玉米 PRMT結(jié)構(gòu)域蛋白序列庫（Maize PRMT Domain Protein Sequence Database）中獲取玉米PRMT結(jié)構(gòu)域蛋白序列。利用在線工具（http：／／Pfam．sanger．a(chǎn)c．uk）確定各PRMT結(jié)構(gòu)域蛋白中所包含的結(jié)構(gòu)域類型。借助 Signal P Server v．4．1［14，15］和TMHMM Server v［16］軟件分別預(yù)測(cè)玉米PRMT蛋白的信號(hào)肽序列和跨膜結(jié)構(gòu)域，進(jìn)一步通過哈佛大學(xué)專業(yè)的蛋白質(zhì)定位在線分析工具EuK?mPLoc（http：／／www．csbio．sjtu．edu．cn／bioinf／euk?multi／）對(duì)獲得的8條候選蛋白序列進(jìn)行亞細(xì)胞定位分析，以此判斷出精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶大致的作用方式和作用途徑。然后，利用Prot Scale軟件［17］進(jìn)一步分析玉米PRMT蛋白氨基酸序列的疏水性／親水性，判斷出精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶在細(xì)胞內(nèi)的分布情況。

1．3 玉米PRMT蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)與三級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)與分析

利用SOPMA軟件對(duì)玉米PRMT蛋白的二維結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)與分析［18］，分析總結(jié)PRMT中含有的二級(jí)結(jié)構(gòu)種類和各自所占比例。利用同源建模工具 SWISS?MODEL（http：／／swissmodel．expasy．org／）完成蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)和分析工作，再用SWISS?PdbViewer工具顯示玉米PRMT結(jié)構(gòu)域的3D結(jié)構(gòu)［19～21］。

1．4 玉米PRMT基因在染色體上的定位

利用MAP［22］染色體定位軟件，對(duì)整理出來的染色體信息進(jìn)行處理，獲得PRMT結(jié)構(gòu)域基因在染色體上的定位圖。

1．5 玉米PRMT蛋白系統(tǒng)發(fā)生分析

利用ClustalW［23］對(duì)預(yù)測(cè)出的PRMT蛋白序列集進(jìn)行多序列比對(duì)分析。利用MEGA（版本5．0）［24］生成擬南芥與玉米中PRMT的無根系統(tǒng)進(jìn)化樹。

2 結(jié)果與分析

2．1 玉米PRM T蛋白家族成員的鑒定

利用玉米的基因庫得到玉米的全基因組序列，通過刪選，篩除不具有PRMT結(jié)構(gòu)域的蛋白。最終得到8條玉米PRMT氨基酸序列，以PRMT結(jié)構(gòu)域在染色體上的位置命名（表 1）。玉米PRMT中有1個(gè)氨基酸序列的等電點(diǎn)較高（占12．5%），在家族Ⅱ中。大部分的PRMT結(jié)構(gòu)域位于PRMT結(jié)構(gòu)域蛋白的前端，少數(shù)位于后部。玉米PRMT蛋白中最長(zhǎng)的氨基酸殘基數(shù)有653個(gè)，最短的氨基酸殘基數(shù)有306個(gè)。其中，PRMT結(jié)構(gòu)域能夠表現(xiàn)出精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶的功能。

表1 玉米ZmPRMTs蛋白家族的基本信息Table 1 Basic information about ZmPRMTs in maize．

2．2 玉米PRMT蛋白一級(jí)結(jié)構(gòu)域分析

通過在線工具（http：／／pfam．janelia．org／search／sequence）確定了8個(gè)PRMT蛋白中所包含的結(jié)構(gòu)域類型和各種結(jié)構(gòu)域在PRMT各蛋白家族亞族中的分布（圖1）。家族Ⅰ中，保守結(jié)構(gòu)域只有PRMT5結(jié)構(gòu)域；家族Ⅱ的保守結(jié)構(gòu)域只有甲基轉(zhuǎn)移酶（methyltransferase）結(jié)構(gòu)域；家族Ⅲ中的保守結(jié)構(gòu)域只有PRMT5，但其位置靠前，且根據(jù)后來的分析結(jié)果將其分在一類。PRMT5結(jié)構(gòu)域是PRMT蛋白中的特征結(jié)構(gòu)域，與組蛋白的精氨酸作用位點(diǎn)結(jié)合催化組蛋白的甲基化過程。

2．3 玉米PRMT蛋白物理特性分析

通過SignalP Server v．4．1軟件預(yù)測(cè)了8個(gè)玉米PRMT蛋白的信號(hào)肽序列，結(jié)果表明，全部PRMT蛋白的信號(hào)肽原始剪切位點(diǎn)的最高得分值（Y?score maximum）均偏低，S平均值（mean S?score）小于0．5，位于0．1～0．2之間，表明玉米PRMT蛋白可能不屬于分泌類型蛋白，不具有信號(hào)肽酶切位點(diǎn)以及信號(hào)肽序列。因此，推測(cè)該蛋白在細(xì)胞內(nèi)不進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，可能直接錨定細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中發(fā)揮催化甲基化轉(zhuǎn)移的功能。

利用TMHMM Server v．軟件預(yù)測(cè)了全部8個(gè)玉米ZmPRMT蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)域，結(jié)果表明，玉米ZmPRMT蛋白均無跨膜區(qū)域，與水稻中報(bào)道的OsMET1蛋白研究結(jié)果相一致［16］，這一結(jié)果與上述玉米PRMT蛋白無信號(hào)肽的預(yù)測(cè)結(jié)果相吻合。

進(jìn)一步通過專業(yè)的蛋白質(zhì)定位軟件 Euk?mPLoc對(duì)8條候選序列進(jìn)行亞細(xì)胞定位分析發(fā)現(xiàn)，除了ZmPRMT8可能為分泌性蛋白之外，其余7條蛋白均分布于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)或一些亞細(xì)胞器內(nèi)蛋白。因此，可以推測(cè)在玉米細(xì)胞之中合成的PRMT蛋白一般不進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，不離開細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，以錨定細(xì)胞骨架的形式或暫時(shí)性儲(chǔ)藏在一些亞細(xì)胞器當(dāng)中行使催化功能。

圖1 玉米ZmPRMTs蛋白結(jié)構(gòu)域分布圖Fig．1 Structuremap of ZmPRMTs domain inmaize．

2．4 玉米PRM T疏水性／親水性的預(yù)測(cè)和分析

通過Prot Scale軟件對(duì)玉米PRMT蛋白氨基酸序列的疏水性／親水性進(jìn)行了預(yù)測(cè)和分析，其中較高正值的氨基酸具有較強(qiáng)的疏水性，而較低負(fù)值的氨基酸則具有較強(qiáng)的親水性［25］。結(jié)果如圖2所示，玉米ZmPRMT1多肽鏈中氨基酸多小于零，親水性最強(qiáng)的氨基酸為第10位的賴氨酸（Lys），其分值最低（－2．522）；疏水性最強(qiáng)的氨基酸為第36纈氨酸（Val），其分值最高（2．067），整個(gè)多肽鏈大多數(shù)氨基酸均表現(xiàn)為親水性，只有少數(shù)氨基酸表現(xiàn)為疏水性。其余7條ZmPRMT蛋白序列的預(yù)測(cè)結(jié)果與ZmPRMT1相似，這一結(jié)果進(jìn)一步證明了玉米ZmPRMT蛋白缺乏疏水性的跨膜結(jié)構(gòu)域而不具有跨膜功能。

圖2 玉米ZmPRMT1蛋白家族的疏水性／親水性的預(yù)測(cè)圖Fig．2 Hydrophobic and hydrophilic prediction map of ZmPRMT1 inmaize．

2．5 玉米PRMT蛋白二級(jí)與三級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)與分析

利用SOPMA軟件對(duì)玉米PRMT蛋白的氨基酸序列的二維結(jié)構(gòu)進(jìn)行了預(yù)測(cè)與分析，結(jié)果見表2。表2中列出了玉米PRMT的整體二級(jí)結(jié)構(gòu)由螺旋、折疊、轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲四種成分構(gòu)成，其中螺旋和無規(guī)卷曲所占比例最大，折疊所占比例較小，轉(zhuǎn)角所占比例最小。由此可以推斷，α?螺旋和無規(guī)卷曲是植物PRMT蛋白整體結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)元件，β?折疊和轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)零星分布在整個(gè)蛋白質(zhì)中。

表2 玉米ZmPRMTs蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)信息Table 2 Secondary structure information of ZmPRMTs in maize．

在預(yù)測(cè)了玉米PRMT二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用同源建模工具SWISS?MODEL將8條候選蛋白序列分別與PDB數(shù)據(jù)庫中已知的PRMT蛋白序列進(jìn)行比對(duì)分析，再通過SWISS?Pdb Viewer工具對(duì)待測(cè)蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析。候選蛋白ZmPRMT1的模型評(píng)估分析圖（圖3，彩圖見封三圖版）表明，綠色合適區(qū)域較多，說明了模建的空間結(jié)構(gòu)合適，模建的正確性較高。其余7條蛋白序列的模建評(píng)估分析結(jié)果與ZmPRMT1基本一致。對(duì)玉米PRMT蛋白結(jié)構(gòu)域（2～593）以來自人類精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶5（4gqbA）為模板建模，三維結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)結(jié)果見圖4（彩圖見封三圖版）。模建的玉米PRMT1與模板4gqbA之間拓?fù)涞葍r(jià)殘基的Cα距離均方根差（RMS）為2．06?，結(jié)構(gòu)總能量為－13 680．44 kJ／mol，表明模建形成的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)處于能量最低，結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定狀態(tài)，說明模建的PRMT結(jié)構(gòu)域三維結(jié)構(gòu)合理。由此推斷，植物PRMT蛋白是一個(gè)在組蛋白甲基化中起作用的功能蛋白。

圖3 玉米ZmPRMT1蛋白模型評(píng)估分析圖Fig．3 Model assessmentmap of ZmPRMT1 in maize．

2．6 玉米PRM T系統(tǒng)發(fā)生分析

通過利用MEGA5．0對(duì)搜索到的蛋白質(zhì)全序列進(jìn)行多序列比對(duì)，用鄰接法構(gòu)建無根系統(tǒng)進(jìn)化樹（圖5），其中包括7條擬南芥PRMT（AtPRMT）的氨基酸序列、5條水稻PRMT（OsPRMT）的氨基酸序列和8條玉米PRMT（ZmPRMT）氨基酸序列。根據(jù)擬南芥、水稻和玉米PRMT結(jié)構(gòu)域差異性和系統(tǒng)進(jìn)化的比對(duì)分析，發(fā)現(xiàn) ZmPRMT1、ZmPRMT2與AtPRMT5和OsPRMT708的同源性較高，三者屬于同源基因；ZmPRMT3、ZmPRMT4與AtPRMT13、AtPRMT14和OsPRMT702保持相對(duì)較高的同源性；ZmPRMT5、ZmPRMT6、ZmPRMT7和ZmPRMT8進(jìn)化上歸為一個(gè)亞類，其中 ZmPRMT5和 ZmPRMT6與 AtPRMT17和 OsPRMT710在進(jìn)化上很相似，屬于同源基因，ZmPRMT8和 OsPRMT703是同源基因，且與AtPRMT11和AtPRMT12同源性較高。

圖4 玉米ZmPRMTs蛋白三維預(yù)測(cè)圖Fig．4 Three?dimensional predictionmap of ZmPRMTs in maize．

圖5 擬南芥、水稻和玉米PRMT的鄰接法系統(tǒng)發(fā)生樹Fig．5 Neighbor?joining phylogenetic tree of PRMT in Arabidopsis，rice and maize．

2．7 玉米PRMT基因在染色體上的分布

根據(jù)玉米PRMT基因家族成員的位置信息，將8個(gè)PRMT基因在染色體上標(biāo)示出來，見圖6。玉米PRMT結(jié)構(gòu)域并不是均勻分布在染色體上的，第7條染色體上最多，有3個(gè)PRMT結(jié)構(gòu)域；第1、第2、第4、第5、第6和第10條染色體上有2個(gè)PRMT結(jié)構(gòu)域；第3、第8和第9條染色體上都只有1個(gè)PRMT結(jié)構(gòu)域。PRMT結(jié)構(gòu)域在每條染色體上的分布也不是均勻的。

圖6 玉米ZmPRMTs結(jié)構(gòu)域的染色體定位圖Fig．6 Chromosome location map of ZmPRMTs domain in maize．

3 討論

在已報(bào)道的擬南芥PRMT蛋白中，很多基因的功能已經(jīng)被確定?；诼?lián)配好的蛋白質(zhì)序列，利用MEGA5．0［24］生成的擬南芥和玉米的系統(tǒng)發(fā)育樹中，顯示出擬南芥與玉米的PRMT在進(jìn)化過程中存在很多同源基因。譬如，PRMT蛋白亞族Ⅰ中ZmPRMT1、ZmPRMT2，與AtPRMT5具有較高的同源性。研究結(jié)果表明，AtPRMT5的缺失會(huì)導(dǎo)致大量的mRNA前體的拼接出現(xiàn)異常，而這些mRNA參與植物生長(zhǎng)發(fā)育的多個(gè)過程，如非生物刺激響應(yīng)、光合作用和溫度響應(yīng)等［9，10］。以開花時(shí)間調(diào)節(jié)為例，在atprmt5突變體中，開花調(diào)節(jié)基因FLK的異常拼接會(huì)導(dǎo)致其正常功能轉(zhuǎn)錄本的減少和蛋白質(zhì)水平的下降，從而造成FLC的上調(diào)以及晚花的表型。由此可知，AtPRMT5通過調(diào)控植物生命周期各個(gè)階段中mRNA前體的正確加工，保證了植物正常的生長(zhǎng)發(fā)育過程。玉米的PRMT中存在很多與擬南芥PRMT的同源基因。由于結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的特點(diǎn)，不難看出，玉米和擬南芥中PRMT中存在的同源基因很可能具有相同或相似的生理功能。但在進(jìn)化的過程中，由于遺傳、環(huán)境因素、人為因素的差異導(dǎo)致基因在進(jìn)化過程中具有不定向性。進(jìn)一步通過序列比對(duì)分析發(fā)現(xiàn)，有些被鑒定的玉米的PRMT蛋白成員無法在擬南芥中找到其同源的基因。此外，在擬南芥中有的PRMT成員目前分類尚未明確，其功能也尚未得到驗(yàn)證，因此，與其同源的部分玉米PRMT基因的功能目前也無法通過序列比對(duì)來預(yù)測(cè)。同時(shí)，由于我們?cè)趯?duì)玉米PRMT序列搜索時(shí)可能不夠全面或者在刪除重復(fù)序列時(shí)判斷標(biāo)準(zhǔn)有爭(zhēng)議，導(dǎo)致可能有些玉米PRMT未被列入，有待進(jìn)一步地研究。

植物表觀遺傳調(diào)控因子的發(fā)掘?qū)沂局参锉碛^遺傳調(diào)控機(jī)理的研究有著重要的意義，也是當(dāng)前植物表觀遺傳學(xué)研究的重要熱點(diǎn)之一。在本研究中，通過對(duì)玉米最新測(cè)序的B73全基因組數(shù)據(jù)庫搜索，利用生物信息學(xué)的方法，鑒定和比較分析了玉米精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（PRMT）蛋白家族，獲得了玉米PRMT蛋白成員的一些重要的基本信息，掌握了玉米PRMT蛋白的一些重要的結(jié)構(gòu)特征，為后續(xù)進(jìn)一步地研究其功能提供了重要的理論依據(jù)。與此同時(shí)，隨著一些重要的植物表觀遺傳調(diào)控因子的相繼發(fā)掘和功能驗(yàn)證，將為后續(xù)進(jìn)一步地揭示植物表觀遺傳調(diào)控機(jī)理提供了重要的理論基礎(chǔ)。

［1］ Holliday R．DNA methylation and epigenetic defects in carcinogenesis［J］．Mutat．Res．，1987，181（2）：215－217．

［2］ Egger G，Liang G，Aparicio A，et al．．Epigenetics in human disease and prospects for epigenetic therapy［J］．Nature，2004，429（6990）：457－463．

［3］ 謝萍，田春艷，張令強(qiáng)，等．組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶的研究進(jìn)展［J］．遺傳，2007，29（9）：1035－1041．

［4］ Turner B M．Cellularmemory and the histone code［J］．Cell，2002，111（3）：285－291．

［5］ Peterson C L，Laniel M A．Histones and histone modifications［J］．Curr．Biol．，2004，14（14）：546－551．

［6］ Margueron R，Trojer P，Reinberg D．The key to development：interpreting the histone code［J］．Curr．Opin．Genet．，2005，15（2）：163－176．

［7］ Metivier R．Estrogen receptor?alpha directs ordered，cyclinal and combinatorial recruitment of cofactor on a natural target promoter［J］．Cell，2003，115（2）：751－763．

［8］ Niewmierzycka A，Clarke S．S?Adenosylmethionine?dependent methylation in Saccharomycescerevisiae．Identification of a novel protein argininemethyltransferase［J］．J．Biol．Chem．，1999，274：814－824．

［9］ Pei Y，Niu L，Lu F，et al．．Mutations in the TypeⅡ protein arginine methyltransferase AtPRMT5 result in pleiotropic developmental defects in Arabidopsis［J］．Plant Physiol．，2007，144：1913－1923．

［10］ Wang X，Zhang Y，Ma Q，et al．．SKB1?mediated symmetric dimethylation of histone H4R3 controls flowering time in Arabidopsis［J］．The EMBO J．，2007，26：1934－1941．

［11］ Niu L，Lu F，Pei Y，Liu C，et al．．Regulation of flowering time by the protein argininemethyltransferase ATPRMT1O［J］．EMBO Rep．，2007，8（12）：1190－1195．

［12］ Eddy SR．Profile hidden Markov models［J］．Bioinformatics，1998，14（9）：755－763．

［13］ Finn R D，Mistry J，Schuster?Bockler B，et al．Pfam：clans，web tools and services［J］．Nucleic Acids Res．，2006，34：D247－251．

［14］ Nielsen H，Engelbrencht J，Brunak S，et al．．Identification of prokaryotic and eukaryotic signal peptides and prediction of their cleavage site［J］．Protein Eng．，1997，10（1）：1－6．

［15］ Bentsen JD，Nielsen H，von Heijine G，et al．．Prediction of signal peptides：SignalP 3．0［J］．J．Mol．Biol．，2004，340：783－795．

［16］ Yamauchi T， Moritoh S， Johzuka?Hisatomi Y， et al．．Alternative splicing of the rice OsMET1 genes encoding maintenance DNA methyltransferase［J］．J．Plant Physiol．，2008，165（17）：1774－1782．

［17］ Kyte J，Doolittle R F．A simple method for displaying the hydropathic character of a protein［J］．J．Mol．Biol．，1982，157（6）：105－132．

［18］ Geourjon C，Deleage G．SOPMA：significant improvement in protein secondary structure prediction by consensus prediction from multiple alignments［J］．Comput．Appl．Biosci．，1995，11（6）：681－684．

［19］ Arnold K，Bordoli L，Kopp J，et al．．The SWISS?MODEL Workspace：a web?based environment for protein structure homologymodeling［J］．Bioinformatics，2006，22：195－201．

［20］ Schwede T，Kopp J，Guex N，et al．SWISS?MODEL：an automated protein homology?modeling server［J］．Nucleic Acids Res．，2003，31：3381－3385．

［21］ Guex N，Peitsch M C．SWISS?MODEL and the Swiss?PdbViewer：an environment for comparative protein modelling［J］．Electrophoresis，1997，18：2714－2723．

［22］ 郭安源，朱其慧，陳 新，等．GSDS：基因結(jié)構(gòu)顯示系統(tǒng)［J］．遺傳，2007，29（8）：1023－1026．

［23］ Larkin M A，Blackshields G，Brown N P，et al．．ClustalW and Clustal X version 2．0［J］．Bioinformatics，2007，23（21）：2947－2948．

［24］ Tamura K， Peterson D， Peterson N， et al．MEGA5：molecular evolutionary genetics analysis using maximum likelihood，evolutionary distance，and maximum parsimony methods［J］．Mol．Biol．Evol．，2011，28：2731－2739．

［25］ 吳春太，李維國(guó)，高新生，等．植物DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的生物信息學(xué)分析［J］．西南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，32（4）：83－89．

Bioinformatics Analysis of PRMT Protein Fam ily in M aize

QIAN Ye?xiong，XU Shi?jie，ZHANG Ya?nan，ZHANG Meng?fei
College of Life Sciences，Anhui Normal University，AnhuiWuhu 241000，China

Protein arginine methyltransferases，PRMTs，are one of important epigenetic regulating factors，which are involved in modifying histone arginine methylation，changing chromatin structure and regulating gene expression in eukaryotic genome．In this study，a complete set of 8 PRMT proteins were identified in maize genome．By contrasting with the PRMT protein sequences in Arabidopsis and rice，all 8 ZmPRMT proteins were categorized into three classes based on phylogeny in maize．By using bioinformatics methods and softwares，physical and chemical of amino acid sequence of allmaize PRMT proteinswere analyzed，and their signal peptide，transmembrane domain，hydrophobic and hydrophilic structure，protein secondary and tertiary structure were also determined in this study．These results revealed a comprehensive overview of the maize PRMT protein family and provided a great significance on subsequent functional research of PRMT proteins in maize．

maize；histonemethylation；PRMT domain

10．3969／j．issn．2095?2341．2014．01．05

2013?09?13；接受日期：2013?11?04

中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目（2012M521212）；安徽省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（1308085MC44）；安徽省高校省級(jí)自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目（KJ2013A132）資助。

錢葉雄，副教授，博士，研究方向?yàn)橛衩妆碛^遺傳學(xué)與生物信息學(xué)。E?mail：qyx2011＠m(xù)ail．a(chǎn)hnu．edu．cn