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        棗癭蚊圖爾病毒(DjTV-2a)衣殼蛋白生物信息學(xué)分析及抗原表位預(yù)測(cè)

        2022-06-09 19:21:04張來斌馬光皇劉語涵賀鵬鵬肖海兵楊明祿
        江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2022年9期
        關(guān)鍵詞:生物信息學(xué)

        張來斌 馬光皇 劉語涵 賀鵬鵬 肖海兵 楊明祿

        摘要:分析棗癭蚊圖爾病毒(DjTV-2a)衣殼蛋白的理化性質(zhì)、蛋白結(jié)構(gòu)及抗原表位。從UniProt數(shù)據(jù)庫中得到DjTV-2a衣殼蛋白的氨基酸序列,利用Expasy、TMHMM、DNAStar、SignalP 5.0、TMHMM、NetPhos 3.1、NET CGlyc 1.0、SOPMA、SWISS-MODEL等生物信息學(xué)軟件,預(yù)測(cè)DjTV-2a衣殼蛋白的理化性質(zhì)、氨基酸組成、親疏水性、信號(hào)肽、跨膜結(jié)構(gòu)、磷酸化位點(diǎn)、糖基化位點(diǎn)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和抗原表位等。結(jié)果表明,DjTV-2a衣殼蛋白是由449個(gè)氨基酸構(gòu)成的親水蛋白,分子式為C 2 337H 3 607N 601O 689S 15,分子量為51.6 ku,理論等電點(diǎn)為5.98;主要二級(jí)結(jié)構(gòu)是無規(guī)則卷曲,存在82個(gè)磷酸化位點(diǎn)和1個(gè)糖基化位點(diǎn),無信號(hào)肽和跨膜結(jié)構(gòu);該蛋白有21個(gè)B細(xì)胞優(yōu)勢(shì)抗原表位和10個(gè)T細(xì)胞優(yōu)勢(shì)抗原表位。DjTV-2a衣殼蛋白屬親水蛋白,具有多個(gè)抗原表位,預(yù)測(cè)其具有免疫原性,是可用作建立血清學(xué)檢測(cè)技術(shù)的潛在抗原。

        關(guān)鍵詞:棗癭蚊;圖爾病毒;衣殼蛋白;生物信息學(xué);抗原表位

        中圖分類號(hào):S433.89;S186 ??文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A

        文章編號(hào):1002-1302(2022)09-0033-04

        棗癭蚊屬雙翅目癭蚊科,是棗樹等果樹的重要害蟲之一。棗樹在發(fā)芽過程中,棗癭蚊吸吮葉汁,破壞幼芽和新葉,最終導(dǎo)致果實(shí)產(chǎn)量減少[1-2]。隨著新疆大面積推廣和發(fā)展矮化密植棗園的生產(chǎn)方式以及不合理使用農(nóng)藥導(dǎo)致傳統(tǒng)棗園的生態(tài)條件發(fā)生了改變,致使棗癭蚊的危害日益加重。因此,必須對(duì)其進(jìn)行有效防治[3]。

        圖爾病毒屬是囊泡病毒科的第2個(gè)屬,目前僅記錄了2個(gè)毒株,美雙緣姬蜂圖爾病毒(Diadromus pulchellus toursvirus 1,DpTV-1a)和棗癭蚊圖爾病毒(Dasineura jujubifolia toursvirus 2,DjTV-2a)[4-5]。2018年,首次在棗癭蚊體內(nèi)發(fā)現(xiàn)圖爾病毒[6],這為棗癭蚊的防控提供了新思路。DjTV-2a 是大型的單鏈DNA病毒,這種病毒的衣殼是由病毒衣殼蛋白亞基形成的寡聚體,也稱殼體[6-7]。衣殼包裹著DjTV-2a的遺傳物質(zhì),具有免疫原性的作用,在DjTV-2a的侵染和運(yùn)動(dòng)中起著重要作用[7]。本研究對(duì)棗癭蚊圖爾病毒衣殼蛋白進(jìn)行生物信息學(xué)分析,以期為進(jìn)一步研究致病機(jī)制奠定基礎(chǔ),同時(shí)為開發(fā)DjTV-2a血清學(xué)檢測(cè)技術(shù)提供理論支撐。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        登錄UniProt(https://sparql.uniprot.org/)網(wǎng)站并查找DjTV-2a的登錄信息,得到該病毒衣殼蛋白氨基酸序列,登錄號(hào)為A0A6G6ZQ66。

        1.2 試驗(yàn)方法

        1.2.1 理化性質(zhì)分析

        使用Expasy(https://www.expasy.org/)中的ProtParam預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì),如分子式、氨基酸數(shù)量、分子量、理論等電點(diǎn)和不穩(wěn)定系數(shù);使用Expasy(https://www.expasy.org/)中的ProtScale預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的親水性[8]。

        1.2.2 信號(hào)肽和跨膜結(jié)構(gòu)域分析

        使用SignalP 5.0軟件(http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的信號(hào)肽;使用TMHMM軟件(http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的跨膜結(jié)構(gòu)[9]。

        1.2.3 磷酸化位點(diǎn)和糖基化位點(diǎn)分析

        使用NetPhos 3.1軟件(http://www.cbs.dtu.dk/services/NetPhos/)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的磷酸化位點(diǎn);使用NET CGlyc 1.0軟件(http://www.cbs.dtu.dk/services/NetCGlyc/)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的糖基化位點(diǎn)[10]。

        1.2.4 二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)分析

        使用SOPMA軟件(https://npsa-prabi.ibcp.fr/cgi-bin)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu);使用SWISS-MODEL軟件(https://swissmodel.expasy.org)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)[11]。

        1.2.5 抗原表位預(yù)測(cè)

        使用DNAStar中的Protean軟件,利用Jameson-Wolf法和AMPHI法預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的B細(xì)胞抗原位點(diǎn)和T細(xì)胞抗原位點(diǎn)[12]。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 DjTV-2a衣殼蛋白理化性質(zhì)分析

        ProtParam軟件分析結(jié)果表明,DjTV-2a衣殼蛋白的分子量為51.6 ku,分子式為 C 2 337H 3 607N 601O 689S 15,原子總數(shù)為7 249,理論等電點(diǎn)(pI)為5.98,脂肪系數(shù)為85.66。DjTV-2a衣殼蛋白由449個(gè)氨基酸構(gòu)成(表1),其中帶負(fù)電荷的氨基酸殘基(Asp+Glu)有53個(gè),帶正電荷的氨基酸殘基(Arg+Lys)有49個(gè)。不穩(wěn)定指數(shù)為47.40,親水性平均系數(shù)為-0.319,屬不穩(wěn)定的親水蛋白(圖1)。

        2.2 DjTV-2a衣殼蛋白信號(hào)肽和跨膜結(jié)構(gòu)域分析

        使用SignalP 5.0軟件和TMHMM軟件對(duì)該蛋白進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)DjTV-2a衣殼蛋白無信號(hào)肽(圖2),無信號(hào)識(shí)別功能,且無跨膜結(jié)構(gòu)域(圖3),預(yù)測(cè)其為非分泌蛋白。

        2.3 DjTV-2a衣殼蛋白磷酸化位點(diǎn)和糖基化位點(diǎn)分析

        使用NetPhos 3.1軟件和NET CGlyc 1.0軟件對(duì)該蛋白進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)DjTV-2a衣殼蛋白具有33個(gè)絲氨酸磷酸化位點(diǎn),31個(gè)蘇氨酸磷酸化位點(diǎn),18個(gè)酪氨酸磷酸化位點(diǎn)(圖4),且在370位點(diǎn)存在1個(gè)糖基化位點(diǎn)。A994FED6-A6C1-432E-85EC-58668DDCE5D0

        2.4 DjTV-2a衣殼蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)分析

        使用SOPMA軟件預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)DjTV-2a衣殼蛋白有100個(gè)α-螺旋(Hh),占22.27%;109個(gè)β-折疊(Ee),占24.28%;18個(gè) β-轉(zhuǎn)角(Tt),占4.01%;222個(gè)無規(guī)則卷曲(Cc),占49.44%(圖5)。使用SWISS-MODEL軟件建立DjTV-2a衣殼蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)模型,序列一致性為32.71%,全局模型質(zhì)量評(píng)估(GMQE)和QMEAN評(píng)分分別為0.65、0.63(圖6)。

        2.5 DjTV-2a衣殼蛋白抗原表位預(yù)測(cè)

        使用DNAStar中的Protean軟件預(yù)測(cè)DjTV-2a衣殼蛋白的抗原表位。以Jameson-Wolf法,結(jié)合親水性、柔韌性和可及性,綜合分析預(yù)測(cè)DjTV-2a衣殼蛋白的優(yōu)勢(shì)B細(xì)胞抗原表位有21個(gè),分別位于5~23、24~42、45~55、60~71、78~87、99~106、107~111、134~140、149~166、171~182、189~197、203~220、224~228、237~252、259~270、280~298、311~318、322~332、336~385、390~399、413~426位氨基酸殘基或附近;利用AMPHI法和Rothbard-Taylor法預(yù)測(cè)DjTV-2a衣殼蛋白的T細(xì)胞抗原表位有10個(gè),分別位于22~31、44~53、93~97、113~127、134~138、146~149、300~302、339~342、357~372、394~406位氨基酸殘基或附近(圖7)。綜合分析可知,DjTV-2a衣殼蛋白存在多個(gè)潛在的優(yōu)勢(shì)抗原表位。

        3 討論與結(jié)論

        生物信息學(xué)在生命科學(xué)研究中發(fā)揮了重要作用,被廣泛用于預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)、二級(jí)結(jié)構(gòu)和抗原表位等[13]。對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行生物信息學(xué)預(yù)測(cè)分析,可為蛋白質(zhì)的進(jìn)一步研究奠定基礎(chǔ)并提供理論支撐,減少試驗(yàn)的盲目性和失敗率。

        本研究利用生物信息軟件分析預(yù)測(cè)了DjTV-2a衣殼蛋白的理化性質(zhì)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)以及蛋白抗原表位。DjTV-2a衣殼蛋白由449個(gè)氨基酸構(gòu)成,理論等電點(diǎn)為5.98,不穩(wěn)定指數(shù)為47.40,是不穩(wěn)定的親水蛋白。DjTV-2a衣殼蛋白存在82個(gè)磷酸化位點(diǎn)和1個(gè)糖基化位點(diǎn),推測(cè)蛋白受磷酸化調(diào)控和糖基化修飾,有助于形成抗原。蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)和抗原表位有很大聯(lián)系,DjTV-2a衣殼蛋白主要二級(jí)結(jié)構(gòu)為無規(guī)則卷曲,其次為β-折疊和 α-螺旋,所以存在較多的抗原表位。因?yàn)榘被岬囊患?jí)結(jié)構(gòu)是DNAStar的分析根本, 所以對(duì)參數(shù)的分析結(jié)果并不完全準(zhǔn)確[14]。因此,必須與其他抗原性較大的蛋白進(jìn)行比較或合成表位多肽驗(yàn)證結(jié)果正確性[15-16]。綜合分析蛋白質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì),可以推測(cè)DjTV-2a衣殼蛋白有21個(gè)B細(xì)胞抗原表位、10個(gè)T細(xì)胞抗原表位,該蛋白是容易識(shí)別的潛在優(yōu)勢(shì)抗原,為后續(xù)基于血清學(xué)檢測(cè)DjTV-2a提供了理論依據(jù)。

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