甘蓝型油菜PDF1基因的生物信息学分析

甘蓝型油菜PDF1基因的生物信息学分析BioinformaticAnalysisofBrassicanapusPDF1gene报告人：桑世飞组长：周梦妍组员：周梦妍桑世飞马小艮朱晓凤内容•一、PDF1基因的基本信息关于PDF1基因的相关介绍。•二、PDF1同源基因的寻找根据拟南芥PDF1基因通过序列比对相似性获得。•三、甘蓝型油菜PDF1基因的生物信息学分析a、同源序列比对b、基因结构的分析c、PDF1蛋白多肽序列的获取d、PDF1蛋白疏水性分析e、PDF1TMHMM程序进行跨膜分析f、PDF1TargetP程序做亚细胞定位g、SOPMA对其编码蛋白的二级结构进行预测一、PDF1基因的基本信息•研究结果表明，拟南芥PDF1的甘蓝型油菜同源基因BnPDF1在油菜可育株和不育株中的表达具有显著差异。通过荧光定量PCR的方法，对该油菜基因在根、茎、叶、花、雌蕊、雄蕊、角果中的表达模式进行了分析，显示它是一个可育株雄蕊高量表达基因。BnPDF1在油菜雄蕊中的表达和花药育性显著相关。•PDF1，一个PCD抑制因子，在植株生长、发育中起到重要调控作用。通过对转基因拟南芥进行了深入的细胞学分析，发现PDF1基因是一个细胞程序性死亡的抑制因子，它通过抑制PCD的异常启动来确保细胞分化、分裂以及正常发育。抑制该基因的表达会诱导PCD的提早发生，从而导致细胞败育，造成植株的雄性不育和矮化。二、PDF1同源基因的寻找•a、直系同源与旁系同源•直系同源(orthologous)指的是不同物种之间的同源性，例如蛋白质的同源性，DNA序列的同源性。•Orthologs是指来自于不同物种的由垂直家系（物种形成）进化而来的蛋白，并且典型的保留与原始蛋白有相同的功能。•旁系同源（Paralogs）是那些在一定物种中的来源于基因复制的蛋白，可能会进化出新的与原来有关的功能。b、PDF1同源序列的寻找•双向blast（bidirectionalbesthitmethodinBLAST）•根据拟南芥Tair网上提供的拟南芥PDF1（AT2G42840.1）的核苷酸序列，同时根据油料所实验室甘蓝型油菜全基因组测序信息进行比对，获得到与其相似性很高的序列片段。•进化树的构建三、PDF1基因的生物信息学分析•a、甘蓝型油菜与拟南芥PDF1基因同源序列比对b、基因结构的分析•为了对甘蓝型油菜中PDF1基因进行分析，采用网上在线基因结构显示系统(GeneStructureDisplayServer,GSDS,)，对甘蓝型油菜PDF1基因的CDS和基因的全序列比较的基础上绘制出它们的基因结构示意图如下：•从基因结构图可以看出甘蓝型油菜的基因，基因含有三个外显子（绿色），两个内含子和5′和3′的非编码区（蓝色）。c、甘蓝油菜PDF1蛋白序列的获取•在（）提供了EMBOSStranslationtools这样一个在线的序列翻译程序，利用该程序将获得的甘蓝型油菜PDF1序列即可得到相应的蛋白多肽序列：•为了检验EMBOSStranslationtools的可靠性，将所获得的AA序列与实验室所拿到的序列Needle比对结果如下：d、PDF1蛋白亲疏水性分析•蛋白质的亲疏水性与其翻译的蛋白在亚细胞中的定位有很大关系，若亲水性较高，表明翻译的蛋白在膜上的可能性较高。通过在线软件ProtScale（）对甘蓝型油菜PDF1基因进行分析。Kyte＆Doolittle计算疏水性，得0分以下表示亲水，0分以上表示疏水。ProScale的默认值为9，这里将Kyte＆Doolittle计算时的windowsize调为21左右就可以同时分析是否有跨膜结构区段。结果下页：•甘蓝型油菜的PDF1基因编码的氨基酸，亲水性和疏水性蛋白延0轴线较均匀的分布，两序列大部分的氨基酸在0轴线的下方，因此大部分的氨基酸属于亲水氨基酸。拟南芥PDF1蛋白序列亲水性分析e、PDF1蛋白的跨膜分析•在上述分析基础上，我们利用TMHMM在线软件（）对甘蓝型油菜PDF1蛋白的的跨膜结构域进行了分析。TMHs的数量表示有多少个区段是跨膜的；AAs在TMHs中的数量表示有多少氨基酸参与了跨膜；60AAs的期望值表示对N端60个氨基酸是否为信号肽的预测，如果数值高（大于10），很可能表示N端包含着一段信号肽；在细胞质侧的预测值是N-in,范围为0～1。•结果表明，甘蓝型油菜蛋白序列的AAs值为0.04表明序列没有信号肽段。甘蓝型油菜的PDF1蛋白序列的N-in值为0.01较低，甘蓝型油菜的PDF1蛋白可能是粘连在细胞膜上。用TMHMM分析拟南芥PDF1跨膜f、PDF1蛋白的亚细胞定位•为了进一步明确PDF1蛋白的具体位置，做更进一步的定位，利用在线程序TargetP()做亚细胞定位。g、SOPMA对编码蛋白的二级结构进行预测•在线程序SOPMA提供了对二级结构预测的功能。•应用SOPMA对其编码蛋白的二级结构进行预测，我们从预测结果可以看出，甘蓝型油菜的ɑ螺旋、延伸链、ß转角和不规则卷曲所占全长的比例。敬请老师、同学们批评指正！