1、1黄瓜 DVR 基因的生物信息学分析摘 要：联乙烯还原酶（divinyl reductase，DVR）将各种叶绿素中间物质的 8-乙烯基转化为乙基，是生物合成叶绿素必不可少的一个关键酶。本文用生物信息分析方法对黄瓜 DVR 基因编码的氨基酸序列与组成、疏水性/亲水性、理化性质等进行分析与预测。结果表明 DVR 基因全长 1260 bp，编码 419 个氨基酸，推测为亲水性的非跨膜类蛋白。根据同源序列的遗传距离得知黄瓜 DVR 与黄瓜（JX239753.1）同源基因关系最近，其次为香瓜，与鹰嘴豆基因关系最远。 关键词：黄瓜；联乙烯还原酶；生物信息学分析 黄瓜（Cucumissativus L.
2、var.sativus）又称胡瓜，是葫芦科、甜瓜属植物，起源于喜马拉雅山南麓的热带雨林地区，是葫芦科甜瓜属一年生草本蔓生攀缘植物1。黄瓜雌雄同株，雄花：常数朵在叶腋簇生；花梗纤细；花冠黄白色，花冠裂片长圆状披针形。雌花：单生或簇生；花梗粗壮；子房粗糙。果实长圆形或圆柱形，熟时黄绿色，表面粗糙，花果期夏季2。黄瓜味甘性凉，具有清热利水，解毒的功效。黄瓜含水分为 98%，并含有少量的维生素 C、胡萝卜素、蛋白质、钙、磷、铁、维生素（VA、VB1、VB2、VC、VE）等人体必需的营养素3。食用方便，可生食或烹调用。现代药理学研究认为，黄瓜中含有的丙醇二酸能抑制糖类物质转化为脂肪，葫芦索 C 可抗癌，
3、黄瓜汁有美容功效4。 联乙烯还原酶5是一种膜结合蛋白，它嵌入质体和叶绿体膜中，催2化卟啉环上的 C-8 位乙烯基还原为乙基，是植物体内合成正常的 MV-Chl必不可少的一个关键酶。在高等植物中各种 DVR 的基因活性是由一个基因编码的具有广谱底物专化性的 DVR 蛋白所催化，来源于不同物种的 DVR蛋白的催化活性具有极显著的差异，并且即使是同一个 DVR 蛋白，对不同的联乙烯底物也可能具有显著不同的催化活性6。可见，对黄瓜联乙烯还原酶的结构和功能进行推断和预测具有一定的生物学意义，故本文将对黄瓜联乙烯还原酶的生物信息学进行分析。 1 材料与方法 1.1 实验材料 黄瓜 DVR 基因序列来源于实
4、验获得，从在美国国家生物技术信息中心（National Center for Biotechnology Information，NCBI）核酸及蛋白质数据库中检索得到。同时通过检索与黄瓜 DVR 基因具有较为相近同源序列的基因：黄瓜（登录号 JX239753.1） 、香瓜 Cucumismelo（登录号 XM_008440580.1） 、野草莓 Fragariavesca subsp. vesca（登录号XM_004296747.2） 、白梨 Pyrus xbretschneideri（登录号XM_009347536.1） 、白梨 Pyrusx bretschneideri（登录号XM_00
5、9347528.1） 、白梨 Pyrus x bretschneideri（登录号XM_009370831.1） 、白梨 Pyrus xbretschneideri（登录号XM_009353937.1） 、鹰嘴豆 Cicerarietinum（登录号 XM_004486002.2） 。 1.2 实验方法 通过软件 primer 5.0 获得相应的氨基酸序列7；MEGA3.1 软件采用Neighbor-Joining 的方法进行进化树分析 38；通过 npsa-prabi 在线工具（http：/npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl？page=npsa
6、_sopma.html）进行二级结构预测；通过Protscale（http：/expasy.org/tools/protscale.html）预测分析蛋白质功能和疏水性/亲水性9；利用 CBS 网站 TMHMM Serverv.2.0（http：/www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/）在线工具对氨基酸序列进行跨膜分析预测10。 2 结果与分析 2.1 黄瓜 DVR 基因序列的分析 根据 DNAMAN 软件分析可知，DVR 基因序列全长 1260pb，分别以 ATG和 TGA 为起始密码子和终止密码子，共编码 419 个残基（图 1） ，编码的蛋白质分子质量为 45516
7、 Da。 2.2 黄瓜 DVR 及其同源序列的分析进化树 根据 MEGA 软件分析，将进化树分为五段，分别是四种白梨、野草莓、香瓜、两种黄瓜和鹰嘴豆（图 2） 。黄瓜 DVR 与黄瓜（JX239753.1）的同源基因关系最为接近，几乎完全相同，其次为香瓜，测得黄瓜与香瓜的同源距离约为 0.029，与鹰嘴豆基因关系最远，测得它们之间的距离达到0.357。 2.3 黄瓜 DVR 蛋白二级结构预测 通过 sopma 在线软件预测可知，该蛋白由 419 个氨基酸组成，其中 螺旋和无规则卷曲所占比例最高， 螺旋有 146 个，占总数的34.84%，无规则卷曲有 140 个，占总数的 33.41%。 折叠
8、数量略少于无4规则卷曲，但远多于 转角（图 3） 。 2.4 黄瓜 DVR 蛋白跨膜结构分析 跨膜结构域一般富含疏水性氨基酸残基，起着固系于细胞膜中的“抛锚”作用，具有跨膜结构域的蛋白属于跨膜蛋白类。通过 TMHMM 在线软件预测可知，横坐标表示氨基酸残基位置，纵坐标表示残基具有相应结构的可能性， 结果显示，联乙烯还原酶蛋白没有检测到跨膜区，可能不是跨膜蛋白，联乙烯还原酶蛋白极可能为覆盖蛋白（图 4） 。 2.5 黄瓜 DVR 蛋白的亲疏水性预测 用 protscale 软件分析可知，图中大于零的氨基酸为疏水性氨基酸，小于零的氨基酸为亲水性的氨基酸。通过预测可知，组成联乙烯还原酶蛋白的氨基酸中
9、高亲水性的氨基酸的位点有两个（图 5） ，分别是 57 和58，分值都是-2.667；组成联乙烯还原酶蛋白的氨基酸中高疏水性的氨基酸的位点 206，分值是 2.978。 3 讨论 本实验预测得黄瓜联乙烯还原酶蛋白为亲水性的非跨膜类蛋白，通过对蛋白质二级结构的预测可知，黄瓜联乙烯还原酶蛋白二级结构以 螺旋和无规则卷曲为主；根据同源序列的遗传距离得知黄瓜 DVR 与黄瓜（JX239753.1）同源基因关系最近，与鹰嘴豆基因关系最远。 绝大多数绿色植物进行光合作用离不开叶绿体的存在11，而联乙烯还原酶是生物合成叶绿素必不可少的一个关键酶，迄今已在高等植物中检测到 5 种 DVR 活性12。联乙烯还原
10、酶具有活性，对叶绿素的生物合成途径具有十分重要的意义 13。联乙烯蛋白酶基因的突变可能会引起联乙烯还原酶失活，对5植物的生存、生长和繁殖造成较大的影响 15。应用生物信息学方法对已知黄瓜 DVR 序列进行比对、分析，从而对其结构和功能进行推断和预测，这可以为我们在开展试验研究前提供尽可能多的信息，从而为选择合适的试验方法提供理论参考，为进一步对该基因的功能研究提供线索。 参考文献 1闫世江， 张继宁， 刘洁. 低温对黄瓜伤害的研究进展J. 蔬菜， 2010， 5（10）：31-34. 2 陈惠明， 刘晓虹. 黄瓜性型遗传规律的研究J. 湖南农业大学学报：自然科学版， 1999， 25（1）：4
11、0-43. 3 孙洪涛. 黄瓜果实横径遗传分析及分子标记D. 哈尔滨： 东北农业大学， 2010. 4 曾维华. “黄瓜”始名考J. 上海师范大学学报：哲学社会科学版， 2000， 29（4）： 313-315. 5 Nielsen J G， Newman M， Nielsen H. Control and testing of a dynamic voltage restorer （DVR） at medium voltage level J. IEEE Transactions on Power Electronics， 2004， 19（3）：806-813. 6 王平荣， 邓晓建. 高
12、等植物叶绿素生物合成的联乙烯还原酶及编码基因研究进展 J. 西北植物学报， 2013， 33（4）：843-849. 7 王江波. 中国水仙 LTR 反转录转座子研究及 IRAP、REMAP 分子标记的开发 D. 福州： 福建农林大学， 2012. 68 李凤梅， 盖雪梅. 半胱氨酸蛋白酶抑制剂的系统发生分析（英文） J. 农业科学与技术， 2010， 14（2）： 44-54. 9 廖文彬， 崔百明， 温玮. 赤霉素负调控因子 GhRGL（RGL-LIKE）基因序列与功能预测分析 J. 热带作物学报， 2009， 30（2）：773-781. 10 张繁. 结核分枝杆菌哺乳动物细胞入侵因子 mce 家族 Rv0590A基因的性质及功能研究 D. 重庆： 西南大学， 2011. 11 兰金苹， 李莉云， 贾霖， 曹英豪， 白辉. 叶绿体基因编码蛋白质在水稻叶片生长过程中的表达研究D. 保定： 河北农业大学， 2011. 12 王平荣. 水稻 824ys 黄绿叶突变基因的图位克隆及功能分析D.雅安： 四川农业大学， 2010. 13 王平荣， 马晓智， 李春梅， 孙昌辉， 邓晓建. 三个水稻联乙烯还原酶基因突变体的比较研究 J. 中国农业科学， 2013， 46（7）：1305-1313. （作者单位：台州学院 英语系，浙江 临海 317000）
