生物信息学论文完结版

生物信息学论文

学院：生命科学技术学院

专业：生物科学

班级：2013级

老师：***

学生：蔡欣月

学号：***********

链孢霉GH5-1及GH6-3基因生物信息学分析蔡欣月（黑龙江八一农垦大学，生命科学技术学院，2013级生物科学专业，黑龙江省，大庆市）

【摘要】目的：分析和预测链孢霉菌GH5-1和GH6-3基因及其编码蛋白质的结构和特征。方法：利用NCBI、CBS和ExPASy网站中的各种信息分析工具，并结合VectorNTIsuite8.0生物信息分析软件包，分析预测链孢霉菌GH5-1和GH6-3基因并预测该基因编码蛋白结构的特征和功能。结果：GH5-1基因全长2006bp,编码区具有390个氨基酸，在GenBank同源序列中，其与endoglucanase 3 [Neurospora crassa OR74A]基因氨基酸序列一致性达到100%，且有GH5-1保守域。GH5-1蛋白相对分子量预测为41907.4，理论等电点为5.14。预测GH5-1编码蛋白α螺旋(H ) 、β折叠(E )、无规则卷(L )的比例分别是16.92％、33.85％、49.23％，2个GTPase结构域。GH5-1蛋白为亲水蛋白，无跨膜区，有信号肽。GH6-3基因全长1914bp,编码区具有419个氨基酸，在GenBank同源序列中，其与exoglucanase 3 [Neurospora crassa OR74A]基因氨基酸序列一致性达到100%，且有GH6-3保守域。GH6-3蛋白相对分子量预测为44839.3，理论等电点为6.51。预测GH6-3编码蛋白α螺旋(H ) 、β折叠(E )、无规则卷(L )的比例分别是29.59％、16.71％、53.75％，1个GTPase结构域。GH6-3蛋白为亲水蛋白，有跨膜区，无信号肽。结论：成功预测GH5-1和GH6-3基因及其编码蛋白生化及其结构特征，为下一步对其进行克隆和表达奠定基础。

【关键词】链孢霉菌；糖基水解酶家族5（GH5-1）；糖基水解酶家族6（GH6-3）生物信息学

链孢霉菌又称脉孢菌、串珠菌、红色面包菌，俗称红霉菌，是食用菌生产中重要的竞争性杂菌之一。其广泛分布在自然界土壤中和和禾本科植物上，尤其在玉米芯上极易发生[1]。通过空气、土壤、腐烂植物、谷物等进行传播、在食用菌生产中，链孢菌和绿菌是生产中最常见的病原菌。链孢霉在高温高湿条件下最易发生，是夏季食用菌生产中危害严重的病原菌，该病原菌生活力强、生长迅速、繁殖快、分生孢子多、易传播，几乎会感染所有熟料栽培的食用菌，并且一旦感染很难彻底消灭，给生产造成较大的经济损失，严重危害所有食用菌的母种、原种、栽培种，以及香菇、木耳、银耳、银耳、灵芝等熟料菌简[2]。目前链孢霉菌的全基因组序列已经获得，但有关其蛋白和基因的各类研究仍为数较少，本文通过对链孢霉GH5-1和GH6-3基因及编码蛋白质进行生物信息学分析，分析其基本生化及结构特征，为下一步对其进行克隆表达和应用奠定基础。

一、材料与方法

1.1材料

通过ExPASy 数据库的UniProtKB（或/uniprot）获得链孢霉菌的GH5-1与GH6-3基因序列。GH5-1基因编号为NCU00762，NCBI的登录号为XM_959066.2，其他物种的GH5-1的氨基酸序列均来自Genbank，登录号见表1。GH6-3基因编号为NCU09680，NCBI的登录号为XM_952322.2，其他物种的GH6-3的氨基酸序列均来自Genbank，登录号见表2。

1.2方法

利用美国国家生物技术信息中心（NCBI,）的基本局部比对搜索工具（BLAST,/blast/），运用Blastx完成基因同源性分析。

应用ORF finder（/gorf/orfig.cgi）寻找其开放读码框，并推导出可编码蛋白序列。

利用保守结构域（/Structure/cdd/wrpsb.cgi）分析预测其保守域。

通过瑞士生物信息学研究所的蛋白分析专家系统（ExPASy，）所提供的蛋白组学和分析工具：Protparam、Proscale程序分析GH5-1及GH6-3蛋白氨基酸组成、相对分子质量、等电点等基本理化性质；TMHMM程序预测GH5-1及GH6-3的跨膜区；SignalP程序预测GH5-1及GH6-3蛋白的信号肽，

GOR超链接分析GH5-1及GH6-3的二级结构，SWISS-MODEL通过二级结构比对和折叠，模拟蛋白质的空间构象。

利用SMART（http://smart.embl-heidelberg.de/）分析预测其结构域。

二、结果

2.1GH5-1及GH6-3基因序列的分析

BLASTx分析结果表明，GH5-1与多个物种的GH5基因同源，其中与endoglucanase 3 [Neurospora crassa OR74A]的同源性最高，一致性达100%，相似度达58%（图1）。ORF Finder获得其开放阅读框编码氨基酸序列，该基因全长2006bp,编码区为678̴—1850bp，编码390个氨基酸，起始密码子ATG，终止密码子TAA （图2）。CCD分析发现有GH5-1保守域。

图1 GH5-1基因BLASTx同源性分析

图2 GH5-1基因开放阅读框分析

BLASTx分析结果表明，GH6-3与多个物种的GH6基因同源，其中与exoglucanase 3 [Neurospora crassa OR74A]的同源性最高，一致性达100%，相似性达65%（图3）。ORF Finder获得其开放阅读框编码氨基酸序列，该基因全长1914bp,编码区为22—1281bp，编码419个氨基酸，起始密码子ATG，终止密码子TAA （图4）。CCD分析发现有GH6-3保守域。

图3 GH6-3基因BLASTx同源性分析

图4 GH6-3基因开放阅读框分析

2.2GH5-1及GH6-3编码蛋白的特征分析

2.2.1蛋白质的基本参数

GH5-1蛋白相对分子量预测为41907.4，理论等电点为5.14，脂肪系数为65.90。在溶液中的不稳定系数是19.02，为稳定蛋白。当蛋氨酸在N端时，可预测其在哺乳动物网织红细胞（体外）中，半衰期均30小时，在酵母（体内）中，半衰期大于20小时，在大肠杆菌（体内）中，大于10小时。氨基酸的组合物（图5），原子组成（图6）。带负电荷的残基总数28，带正电荷的残基总数22。当蛋白浓度为1g/L，所有的半胱氨酸残基形成半胱氨酸时，吸光指数（ABS）为2.653，在水中280nm摩尔消光指数为111185；所有的半胱氨酸残基不形成半胱氨酸时，吸光指数（ABS）则为2.644，在水溶液中280nm摩尔消光指数为110810。总的亲水性平均疏水性指数（grand average of hydropathieity）为-0.192，预测为亲水蛋白。

图6 GH5-1基因原子组成

图5 GH5-1基因的氨基酸组成