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水稻
OsSsr1
基
因的生物信息学分析
摘要
:
OsSsr1 (GeneBank
登录号为
NM_001065574)
是
NJH12
表达谱中的一个表达量上调基
因
< br>,
为了进一步分析其序列特征、启动子序列、亚细胞定位及在水稻不同组织和各种
逆境胁
迫下的表达模式
,
通过生物信息
学手段对其进行分析。序列分析表明
OsSsr1
的开放阅读框
为
2004 bp,
编码一个由
667
个氨基酸组成并含有
5
个跨膜区的蛋白
,
该蛋白
N
端
含有一个信号肽。
OsSsr1
基因在氷稻不同不同组织中均有
表达
,
在叶部的表达量最高
,
其次为根
,
在幼穗中的表
达量最低
;
表达水平受干旱、高温、高盐、低温、机械伤害、
稻瘟病菌等的影响。
前言
:
水稻是中国也是全世界重要的粮食作物之一，
，盐害是水稻生产中最不利的限制因
素之一
[1-4]
。然而水稻在生长发育过程中常常受到干旱
,
< br>低温和高盐等非生物胁迫，严重影响
水稻的产量和品质。
因此，分离鉴定水稻耐逆相关基因，
培育耐逆品种，对水稻的高产稳产
< br>具有重要意义
[5]
。
当植物遭受非生物胁迫时
,
植物会发生一系列
形态、
生理、
化学和分子上的变化。
干
旱、
高温和土壤盐渍化是最常见的非生物胁迫。
全球农业用地大
约
22%
是盐碱地
[6]
,
并且由干旱而
造成的盐碱地也在逐年增加
[7]
。植物在逆境条件下对不同环境因子响应的方式通常会重叠。
尽管对麦类植物进行千旱和髙盐处理的基因表达谱显示
,
在不同的胁迫下响应的基因有所差
异
,
但是它们可能诱导相似的防御反应
[8]
。
一些研究结果表明，
来自水稻黄单胞菌的<
/p>
Harpin
蛋白质的编码基因
hrf1
转化水稻
，
能
够提高其对稻瘟病、水稻白叶枯病和干旱的抗性
[9-11]
。封伟等
[12]
< br>利用农杆菌介导法将
OsSsr1
基因转入烟草，
提高了烟草在盐胁迫下脯氨酸的积累水平和活性氧清除能力，
从而增
强了其
对
NaCl
的耐受能力。
虽然过量表达
OsSsr1
可显著提高转基
因植株的抗逆能力，
但其序列结
构特征、
表达模式仍不清楚。
常闪闪等
[5]
人为探明
OsSsr1
基因的亚细胞定位及在水稻不同组
织和各种逆境胁迫下的表达模式，
通过生物信息学手段、
洋葱表皮亚细胞定位、
RiceXPro
数
据库和
Real-time
PCR
对其进行相关的研究，得出其启动子序列包含
TGACG-motif
、
ABRE<
/p>
、
TCA-element
和
W box
等多个与逆境相关的顺式作用元件。
GFP
融合表达显示，
OsSSR1
蛋
白质定位于细胞膜。
RiceXPro
数据库中数据分析表明，
OsSsr1
基因在水稻不同发育期的不
同组织中均有表达，在叶中的表达量最高，胚中的表达量最
低。
Real-time
PCR
结果表明，
OsSsr1
表达水平受
干旱、高温、高盐、低温、机械伤害、稻瘟病菌、
MeJA
和
ABA
的诱导
上调。
方法
:
查找相关文献
,
找到
OsSsr1
的登录号
为
:
NM_001065574,
登录
NCBI,
输入
OsSsr1(O
ryza
sativa L. salt-sensitive related
gene 1,)
基因的登录号
,
搜索
OsSsr1
的序列。
1.
用
NC
BI
网站上的
BLAST-blastn(/
)
进行序列
比对分析。
2.
用
ORF Finder
（
/gorf/
）进行分析，并找到
序列的
ORF
区
(
开放读码框
架
)
，
3.
用
Ex
PASy
网站上的
ProtParam
（
/protparam/
）
进行预测
蛋
白质的分质量和等电点。
4.
用
Si
ngalP4.0
（
/services/SignalP-4
.0/
）
对
OsSsr1
进行信号
肽预测。
5.
使用
T
argetP
（
/services/TargetP/
）对
OsSsr1
进行亚细胞
定位分析。
6.
使用
PredictProtein
（
/
）
来进行
α
螺旋和
β
折叠的
含量分
析。
7.
使用
NNPP
（
/seq_tools
/
）程序预测分析
OsSsr1
启动子
元件。
8.
使用
Swiss-model
（
/interactive
）进行同源建
模预
测三维结构预测和分析。
9.
使用
MEGA4.0
软件中的
Neibor-
joining
算法构建系统发育树。
10.
使
用
TMHMM Server v2
.0
（
/services/TMHMM/
）
检测蛋白
质的潜在跨膜区。
11.
使用
plantCARE
（
/webtools/plantcar
e/html/
）在线
分析
OsSsr
1
的启动子序列
结果与分析
1.
在
NC
BI
上输入登录号为
NM_001065574
时，得到
OsSsr1
基因的
FASTA
序列为下
：
如图
1
图
1
2.
使用
BLAST-
blastn
进行序列比对的结果如图
2
图
2
如上图，
根据颜色比例尺，
hit
的得分区间，
与之比对结果相对较好的也
就只有这
4
条，
由于
< br>blast
是区段比对，对于给定的序列，
blast<
/p>
会把具有相识性的片段
(hit)
找出来
，显示的
是
hit
的信息，所以要判断
两个序列的相似性，单看
hit
值是不够的。在
Descriptions
图中看
出
< br>E
value
都是为
0
，而
Oryza
sativa
Japonica
Group
cDNA
clone:J013001G11,
full
insert
seque
nce
的
score
值相对来说是最大
的，而
Score
值表示两序列的同源性，分值越高表明它
们之间相似的程度越大，所以他们两个的相似程度是最大的。
3.
序列的
ORF
区分析，得到的结果如下。
序列分析表明，
OsSsr1
完整的开放阅读框为
2
004
bp
，编码一个由
667
个氨基酸组
成的蛋白质。
4.
蛋白
质的分质量和等电点分析如图
3
、图
4
.
由分析结果可知：预测此蛋白质的分子量（
Molecular
weight
）是
199973.6
，
理论上
的等电点
（
Theoretic
al pI
）
为
4.85
，
氨基酸的组合大概有
Ala24.8%
、
Cys21.6%
、
G
ly26%
、
Thr27.6%
。不稳
定指数（Ⅱ）计算为
42.68
，所以这种蛋白质是不稳定的。
脂肪指数为
24.80
，
GRAVY<
/p>
的总平均为
0.69
。此外该蛋白质不包
含任何
Trp
残基，这可能导致在所计
算的消光系数超过
10
％的误差。考虑的序列的
N
末端为
T
（苏氨酸）估计半
衰期是
7.2
小时（哺乳动物网状细胞，在体外）
，大于
20
小时（酵母，体内）
，
大于
10
小时（大肠
杆菌，体内）
。
5.
对
Os
Ssr1
进行信号肽预测分析。
如下
图
5
、图
6
所
示，输入基因的
FASTA
序列，得到如下的结果
.
如上图，
S
值表示每个
氨基酸对应
1
个
S
值，在结果显示的图表中有一个曲线显示
S
值
的变化趋势，
（在
full
模式中可以看见具体数值）
，信号肽区域的
S
< br>值较高。
C
值表示剪切位点值
。每个氨基酸会有一个
C
值，在剪切位点处
C
值是最高的。
Y
值表示
Y-max
综合考虑
S
值和
C
值的一个参数，其比单独考虑
C
值要更精确。因为
在一条系列中
C
值可能有不止一个较高的位点，但是剪切位点只有一个；此时的剪
切位
点就由
Y-max
值来推测的，为
S
值是陡峭的位置和具有高
C
值的位点。
在上图中
position
为
23
和
24
时，
C
值是最大的，
Y
值也达到了最高峰，
所以此点为信<
/p>
号肽的剪切位点。
表
< br>1
：信号肽分析结果文本
Table 1: Signal peptide analysis text
Measure
max. C
max. Y
max. S
mean S
S
Position
24
24
8
1-23
1-23
Value
0.291
0.502
0.972
0.870
0.701
Cutoff
0.450
signal peptide?
YES
由表
1
可以看出
1-23
有信号肽，
CTA-CC D=0.701
，
D-cutoff=0.450
而
23
或者
24
为信<
/p>
号肽的剪切位点。
6.
对
Os
Ssr1
进行亚细胞定位分析。如图
7
结果所示
由图
7
中的
sequence
预测可能
的值是叶绿体，
即序列包含
CTP
，<
/p>
叶绿体转运肽
;
线粒体，
即序列包含
MTP
，靶向肽线粒体
;
分泌途径，即该序列含有
SP
信
号肽
;
7.
α
螺旋
和
β
折叠的含量分析。结果如图
8.<
/p>
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