黄酮3-羟化酶(F3H)的生物信息学分析

黄酮3-羟化酶(F3H)的生物信息学分析

李萍;王若曦;王欢

【摘要】通过生物信息学分析方法,对已经在GenBank上注册的青稞( Hordeum vulgare)、高粱( Sorghum bicolor)、小麦( Triticum aestivum)、玉米( Zea mays)、洋葱( Allium cepa)、花烛( Anthurium andraeanum)和美丽百合

( Lilium specio-sum)等7种单子叶植物的F3H核酸以及相应氨基酸序列进行研究,并对其组成成分、理化性质、信号肽、亚细胞定位、跨膜结构、蛋白质二级、三级结构、结构域以及分子进化等方面进行分析与预测. 研究结果表明,除玉米F3 H蛋白定位于过氧化物酶体外,其他植物F3 H均定位于细胞质基质内;所有植物F3 H均为不含信号肽的非分泌型蛋白,且没有跨膜区域的亲水性蛋白;α-螺旋和无规则卷曲是F3 H的主要二级结构元件,而延伸链则散布于整个蛋白中;F3H拥有一个

2OG-Fell Oxy super family和一个PLNO3176 super family保守结构域;所构建的F3H系统发育进化关系与形态学上物种发育关系基本吻合.%In this paper, F3H, sequences from Hordeum vulgare, Sorghum bicolor, Triticum aestivum, Zea mays, Allium cepa, An-thurium andraeanum and Lilium speciosum, which were registered in GenBank, were analyzed and predicted by tools

of bioinformatics in the following aspects:composition, physical and chemical properties, signal peptide,protein subcellular localization, transmembrane helices in proteins, structure of protein, conserved domain and phylogeny. The results demonstrated Zea mays F3H lies in peroxisome and F3H from other plants locate in cell matrix;F3H is a non-secretory protein without signal peptide and hydrophilic protein without transmembrane area;α-helix and random coil are primary secondary

structural components of F3H and extending chain spread in the whole protein;F3H contains a conserved 2OG-Fell Oxy super family domain and a conserved PLNO3176 super family domain; F3H phylogeny is in consistent with morphological species phylogeny in general.

【期刊名称】《生物学杂志》

【年(卷),期】2015(032)006

【总页数】5页(P25-29)

【关键词】黄酮3-羟化酶;青稞等;生物信息学

【作者】李萍;王若曦;王欢

【作者单位】西南交通大学生命科学与工程学院,成都610031;西南交通大学生命科学与工程学院,成都610031;西南交通大学生命科学与工程学院,成都610031【正文语种】中文

【中图分类】Q943.2

类黄酮在植物的生长、发育、繁殖和对多种压力的反应上有多样的功能[1]。黄酮3-羟化酶(Flavanone-3-hydroxylase，F3H)是黄酮类化合物代谢途径上的关键酶之一[2]，属于依赖型2-酮戊二酸的双加氧酶(2-ODD)家族，代谢反应需要2-酮戊二酸、分子氧、铁和抗坏血酸，作用是催化柚皮素C3位羟基化，生成二氢山奈素(dhiydorkaempeforl，DHK)，而 DHK是黄酮和异黄酮合成的重要中间产物[3]。F3H基因的cDNA最初从金鱼草(Antirrhinum majus)中克隆得到，现已在多种植物中克隆，如苹果(Malus)、紫花苜蓿(Medicago sativa)等[4]。由于F3H的作用底物是柚皮素，因此F3H调控着黄酮与花青素苷产物的合成，是整个黄酮类化合

物代谢途径的中枢位点[5]。在不同植物或组织中，F3H具有底物特异性。研究表明，F3H在大多数物种中仅以单拷贝形式存在[6-7]。此外， F3H 基因在进化上也十分保守[8]。

本课题拟选择单子叶植物纲多种植物的F3H核苷酸序列以及对应的氨基酸序列作

为生物信息学分析的目标序列，分析其结构、功能、进化关系和差异性，以期为深入研究F3H家族蛋白的酶学特性和黄酮化合物生物合成的分子机理提供理论依据。

1.1 基因序列

从PDB数据库选取7种单子叶植物黄酮3-羟化酶(F3H)氨基酸序列作为研究对象(见表1)。下载其氨基酸序列以及其对应的核苷酸序列，并以FASTA格式保存。1.2 序列分析方法和所用软件

通过在线软件(见表2 )对 F3H 进行理化性质、信号肽、跨膜结构域、亲/疏水性、二级结构、保守结构域、三级结构进行预测和分析，并使用MEGA 5.0软件来进

行进化分析，构建进化树。

2.1 F3H理化性质分析结果

2.1.1 单子叶植物F3H核苷酸序列分析

从表3中不难看出，大部分单子叶植物F3H基因均包含5′/3′非编码区(untranslated region，UTR)和一个开放阅读框，仅小麦和美丽百合不存在5′/3′

非编码区。由于不同植物的基因全长不同，所以UTR长度存在差异。单子叶植物

F3H的开放阅读框在1 100 bp～1 200 bp，且ORF的终止密码子均为TGA。

2.1.2 单子叶植物F3H氨基酸序列理化性质分析结果

利用Expasy软件包中ProtParam在线工具对F3H蛋白理化性质进行分析[9]，结果发现蛋白质理化性质差异不大，主要有以下几个特点：7个物种F3H氨基酸序

列长度在360～400 bp，分子质量在40～45 ku；单子叶植物黄酮3-羟化酶的等电点理论值为5.5；7个物种中，Ala、Leu、Lys和Val残基比例较重，并且都不