贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因的生物信息学分析

作者：宋东杰，杨平，李朝晖，陈全战，任源浩，秦春

【摘要】 　　目的用生物信息学软件分析贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因编码蛋白的多种蛋白质性质，获取该基因的相关因素。方法利用protparam，gor4，protscale，protfun和netphos软件预测和分析贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因编码蛋白的氨基酸组成、理论等电点、结构域、活性位点、卷曲螺旋、疏水性、糖基化位点、磷酸化位点及二级结构。结果推测贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因编码蛋白分子式为：c1910h3056n508o565s18，理论等电点pi 6.12；并含有一个查尔酮合成酶活性位点：156 – 172（ rlmmyqqgcfaggtvlr）。该蛋白含有163个α-螺旋，81个延伸链，145个无规则卷曲，1个n-糖基化位点，1个o-糖基化位点，17个磷酸化位点，包括8个丝氨酸磷酸化位点，8个苏氨酸磷酸化位点和1个酪氨酸磷酸化位点。结论该蛋白推测是一个疏水性稳定蛋白，属于连接酶。

【关键词】 贯叶金丝桃； 查尔酮合成酶基因； 生物信息学

　　abstract：objectiveto obtain information of chalcone synthase gene in hypericum perforatum, the character of this gene and its product protein were analyzed by a series of bioinformatics sthe character of chalcone synthase protein such as the constitution of amino acid, equipotential, domain, active site, coiled coil, hydrophobicity, glycogylation site, phosphorylation sites，second structure were analyzed by the protparam、gor4、protscale、protfun and netphos stheoretical pi of this protein was 6.12, and the formula was c1910h3056n508o565s18. this protein contained a chalcone and stilbene synthases active site from 156 to 172(rlmmyqqgcfaggtvlr). the results also showed that chalcone synthase protein had 163 α-helix, 81 extended strand, 145 random coil , 1 n-glycogylation sites, 1 o-glycogylation sites, 17 phosphorylation sites，8 serine phosphorylation sites, 8 threonine phosphorylation sites, 1 tyrosine phosphorylation sionit was a hydrophobic and stable protein，belonged to ligase enzyme.

　　key words：hypericum perforatum; chalcone synthase gene; bioinformatics

　　查尔酮合成酶(chalcone synthase, chs)是植物次生代谢途径中黄酮类物质合成的关键酶,仅分布于高等植物中［1］，查尔酮合成酶是所有黄酮类化合物合成的关键酶，它介导了此类化合物合成的第一步，催化3分子的丙二酞辅酶a与1分子对羟基苯丙烯酞辅酶a缩合成柚皮素查尔酮，然后再由查尔酮异构酶异构化成不同的黄酮类化合物［2］。黄酮类化合物系色原烷和色原酮的衍生物，是一类在高等植物中大量存在的重要的次生代谢产物，具有很多重要的功能，如参与花色的形成、uv防护、抵抗病原体等等。目前研究表明，它们还与人类的健康有着密切的关系，具有消除氧自由基、抗炎、抗癌、保护心脑血管系统等多种药理作用［3，4］。

　　贯叶金丝桃主要含有黄酮类、挥发油等多种成分［5］，本文利用生物信息学的方法研究贯叶金丝桃chs基因的一级、二级结构，从而对该基因的理化性质、结构特征和功能等进行预测和分析，以期为该基因的深入研究提供参考和理论依据。

　　1 材料与方法

　　数据资料来源于 national center for biotechnology information（ncbi）核酸及蛋白质数据库中已注册的贯叶金丝桃（hypericum perforatum, af461105）的核酸序列及其对应的氨基酸序列。利用生物信息学数据库和互联网上的软件进行分析，用protparam［6］分析atpase e基因编码蛋白的氨基酸序列组成、分子量、等电点等理化性质；在ncbi对其保守结构域分析；用gor4［7］预测其二级结构；用protfun［8，9］和netphos［10］分析蛋白质功能。

　　2 结果

　　2.1 贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因氨基酸序列的分析

　　该cdna全长1510bp，包括1170bp的开放读码框（open reading frame, orf），134个碱基的5'非翻译区（5'-untranslated region or 5'-utr），206个碱基的3'非翻译区（3'-untranslated region or 3'-utr），编码一个389个氨基酸的多肽。在scanprosite对其结构域分析贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因含有一个查尔酮合成酶活性位点：156 - 172（ rlmmyqqgcfaggtvlr）。见图1。

　　2.2 贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因编码蛋白的理化性质

　　用protparam对查尔酮合成酶(chalcone synthase, chs)基因编码蛋白的理化性质预测，推测该蛋白的分子式为c1910h3056n508o565s18，分子量是42 753.4da，理论等电点pi 6.12；该基因含leu (l)最多，占10.0%；不含pyl (o)、sec (u)、asx (b)、glx (z)、xaa (x)。总的带正电残基(arg + lys)为45，负电残基(asp + glu)为49。总的亲水性平均系数（grand average of hydropathicity (gravy)）为-0.117，预测该蛋白属于疏水性蛋白。该基因预测不稳定指数是35.38，属于稳定蛋白。

　　2.3 贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因编码蛋白疏水性/ 亲水性的预测

　　利用protscale软件的kyte and doolittle算法对的查尔酮合成酶蛋白进行亲水/疏水性分析。正值越大表示越疏水，负值越大表示越亲水，介于+ 0.5到-0.5之间的主要为两性氨基酸，结果提示大约在贯叶金丝桃的查尔酮合成酶蛋白中339-346区域的疏水性最强，其次18-24，98-102，126-132，166-170，186-194，217-226，368-375,379-385区域具有较强的疏水性；348-360区域的亲水性最强，其次7-14，31-72，115-123，176-183，314-326区域具有较强的亲水性(见图2)。可见，贯叶金丝桃的查尔酮合成酶蛋白的疏水区域大于亲水区域。

　　2.4 贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因编码蛋白的二级结构预测应用

　　gor法分析查尔酮合成酶(chalcone synthase, chs)基因编码蛋白的二级结构，结果在该氨基酸序列中，共有α-螺旋（alpha helix）163处，占总二级结构的41.90%；延伸链（extended strand）81处，占总二级结构的20.82%；无规则卷曲（random coil）145处，占总二级结构的37.28%。见图3。

　　2.5 贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因编码蛋白质的结构分析和功能分类

　　protfun和netphos预测查尔酮合成酶(chalcone synthase, chs)基因编码的蛋白含有1个n-糖基化位点（336）；1个o-糖基化位点（3）；17磷酸化位点（63，133，153，250，282，318，332，353，3，24，44，132，197，204，245，360，40），包括8个丝氨酸磷酸化位点（63，133，153，250，282，318，332，353）, 8个苏氨酸磷酸化位点（3，24，44，132，197，204，245，360）和1个酪氨酸磷酸化位点（40），见图4。

　　protfun预测thhkt1蛋白的功能分类如图5箭头所示，推测该蛋白的功能可能是参与重要的中间代谢，这进一步预测该基因编码蛋白属于连接酶（ligase enzyme）。

　　3 结论

　　本文利用protparam对贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因编码蛋白的理化性质预测，推测该蛋白的分子式为c1910h3056n508o565s18，分子量是42753.4da，理论等电点pi 6.12。属于稳定蛋白，并含有一个查尔酮合成酶活性位点：156 - 172（ rlmmyqqgcfaggtvlr）；利用protscale软件的kyte and doolittle算法对查尔酮合成酶蛋白进行亲水/疏水性分析表明贯叶金丝桃的查尔酮合成酶蛋白的疏水区域大于亲水区域。

　　应用gor法分析贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因编码蛋白的二级结构表明，α-螺旋是该基因整体结构中的主要组成结构元件，延伸链和无规则卷曲散布于整个蛋白质中。protfun和netphos预测查尔酮合成酶(chalcone synthase, chs)基因编码的蛋白含有1个n-糖基化位点；1个o-糖基化位点；17磷酸化位点，推测该蛋白属于连接酶。

　　应用生物信息学方法对贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因编码蛋白进行比对、分析，从而对其结构和功能进行推断和预测，为开展实验研究前提供尽可能多的信息，能为选择合适的实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】
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