葡萄NAC轉(zhuǎn)錄因子的生物信息學(xué)分析

1、天津農(nóng)業(yè)科學(xué)Tianjin Agricultural Sciences 植物生理與生物技術(shù)2014，20（5）：36-38葡萄NAC 轉(zhuǎn)錄因子的生物信息學(xué)分析侯和勝劉佳鑫，遼寧大連116081 (遼寧師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，摘要：NAC 基因家族是高等植物所特有的一類轉(zhuǎn)錄因子家族，廣泛參與植物生長(zhǎng)發(fā)育、逆境脅迫應(yīng)答等反應(yīng)。通過(guò)對(duì)71種葡萄NAC 蛋白與22種其他物種NAC 蛋白的生物信息學(xué)分析，對(duì)與非生物逆境脅迫相關(guān)的12種NAC 蛋白的染色體定位、理化性質(zhì)、親/疏水性、二級(jí)結(jié)構(gòu)及亞細(xì)胞定位等進(jìn)行了分析和預(yù)測(cè)。結(jié)果顯示，葡萄NAC 蛋白共分為5大類，與非生物逆境相關(guān)的NAC 蛋白聚集在第類。分析

2、顯示不同NAC 蛋白間氨基酸、疏水性及穩(wěn)定性之間存在一定差異，二級(jí)結(jié)構(gòu)主要為隨機(jī)卷曲等。分析結(jié)果可為進(jìn)一步研究通過(guò)葡萄NAC 基因調(diào)控葡萄的生長(zhǎng)與抗逆機(jī)制提供參考。關(guān)鍵詞：葡萄；非生物脅迫；NAC 轉(zhuǎn)錄因子；生物信息學(xué)中圖分類號(hào)：5663.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI 編碼：10.3969/j.issn.10066500.2014.05.008Bioinformatics Analysis of NAC Transcription Factors in GrapeLIU Jia-xin ，HOU He-sheng(Schoolof Life Science, Liaoning Normal Univ

3、ersity, Dalian, Liaoning 116081, ChinaAbstract :NAC gene family is a plant specific transcriptional factor family which is involved extensively in plant growth, development and stress response. In this article, 71grape NAC and 22other plant NAC protein sequences were analyzed by utilizing the bioinf

4、ormatics method, including multiple alignment and phylogenetic tree. 12NAC proteins responding to abiotic stress were analyzed and predicted on chromosomal locations, physical and chemical properties, hydrophobicity/hydrophobicity,secondary structure and sub-cellular location. The results showed tha

5、t 71NAC family of grapevine can be divided into five groups （-）and all the stress-related genes had fallen into the group . The results of analysis showed that amino acid composition, hydrophobicity and stability showed some differences among the 12NAC proteins. The secondary structure was mainly th

6、e random curl in all of the proteins. The conclusion will provide the references for further studies on the NAC gene regulation mechanism of growth and stress response of grape.Key words:Vitis vinifer ；abiotic stress ；NAC transcription factors ；bioinformatics提高葡萄對(duì)非生物脅迫的耐受性對(duì)提高葡萄的產(chǎn)量具有重要作用。很多轉(zhuǎn)錄因子在改進(jìn)植物脅

7、迫耐受性方面發(fā)揮著重要作用1-2。NAC 轉(zhuǎn)錄因子是植物特有的一類蛋白家族，諸多研究顯示3-5，NAC 家族成員能夠激活非生物脅迫相應(yīng)基因，提高植物對(duì)非生物脅迫的耐受性6-7。Fang 等8系統(tǒng)地分析了水稻中的140個(gè)NAC 或NAC 類基因，并將其劃分為5大組，逆境脅迫相關(guān)的NAC 聚在第3組。本研究利用生物信息學(xué)的方法從葡萄基因組水平上對(duì)NAC 基因家族進(jìn)行分類，并對(duì)與非生物脅迫相關(guān)的NAC 基因進(jìn)行了分析，為進(jìn)一步研究葡萄NAC 類轉(zhuǎn)錄因子提供依據(jù)。1材料和方法1.1材料通過(guò)北京大學(xué)植物轉(zhuǎn)錄因子數(shù)據(jù)庫(kù)（TFDB, 基因, 依次命名為VvNAC1-71。通過(guò)美國(guó)生物信息技術(shù)中心（NCBI

8、，/）搜索相應(yīng)資料。獲得已發(fā)表的其它物種的NAC 蛋白作為參考標(biāo)準(zhǔn)，包括16種逆境脅迫基因（ATAF1, CsNAC, GmNAC2, RD26, ANAC055, ANAC019, AhNAC2, AhNAC3, AmNAC1, SsNAC23,收稿日期：2014-01-10；修訂日期：2014-01-25作者簡(jiǎn)介：劉佳鑫（1989），男，遼寧鐵嶺人，在讀碩士生，主要從事植物發(fā)育與分子生物學(xué)研究。通訊作者為侯和勝。第5期葡萄NAC 轉(zhuǎn)錄因子的生物信息學(xué)分析劉佳鑫等：·37 ·）SNAC1, SNAC2, TaNAC3,

9、ZmNAC1, OsNAC6, StNAC和6種生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)基因(OsNAC7, NAC1, CUC3NAM, GRAB2, NAC2 。1.2方法1.2.1構(gòu)建因共有12個(gè)，其中VvNAC45與VvNAC56兩個(gè)基因同源性相對(duì)較低。其余NAC 基因位于第、大類。其中第大類NAC 基因數(shù)量最多。推測(cè)擬南芥NAC2基因位于第大類的原因可能是其序列特異性不強(qiáng)或參與逆境與發(fā)育兩種生命活動(dòng)。2.2基因結(jié)構(gòu)分析及染色體定位葡萄71個(gè)NAC 基因在染色體上數(shù)量分布不均勻，其中第5、第9號(hào)染色體未找到NAC 基因。位于第19號(hào)染色體上的NAC 基因數(shù)量最多(19個(gè) 。非生物脅迫相關(guān)NAC 基因散亂分布在1、

10、4、6、7、8、12、18、19共8條染色體上，未表現(xiàn)出集中性，VvNAC3基因未能定位到染色體上。葡萄的NAC 基因N 端都具有NAC 保守結(jié)構(gòu)域。2.3一級(jí)結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)分析磷酸化位點(diǎn)分析顯示，葡萄非生物逆境脅迫相關(guān)NAC 蛋白中絲氨酸磷酸化位點(diǎn)最多，酪氨酸磷酸化位點(diǎn)次之。通過(guò)ProtParam 程序進(jìn)行理化性質(zhì)分析，結(jié)果顯示非逆境脅迫相關(guān)NAC 蛋白既有酸性氨基酸，又有堿性氨基酸。從蛋白質(zhì)穩(wěn)定性上看，VvNAC26，VvNAC 42，VvNAC45為穩(wěn)定蛋白，其余均為不穩(wěn)定蛋白（表1）。NAC 蛋白氨基酸序列比對(duì)及系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)利用clustal 軟件進(jìn)行氨基酸多重序列比對(duì)，利用MEGA4中

11、遺傳距離建樹(shù)法的相鄰鏈接法（NJ ）進(jìn)行建樹(shù)，對(duì)生成的進(jìn)化樹(shù)進(jìn)行Bootstrap （自引導(dǎo)）校正，生成系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)。1.2.2NAC 基因結(jié)構(gòu)分析及染色體定位通過(guò)葡萄基因組數(shù)據(jù)庫(kù)( 數(shù)據(jù)庫(kù)(/Structure/cdd/wrpsb.cgi 中搜索保守結(jié)構(gòu)域。NAC 基因一級(jí)結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)分析利用ExPaSy 提供的ProtParam 程序（/protparam/）進(jìn)行理化性質(zhì)分析。利用ProtScale 程序（/cgi-bin/protscale.pl ）對(duì)翻譯后的

12、氨基酸序列做疏水性分析。磷酸化和去磷酸化是細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)的重要方式，利用NetPhos2.0Server 程序（http:/www.cbs.dtu.dk/services/NetPhos/做磷酸化位點(diǎn)分析，對(duì)蛋白序列中的絲氨酸(Ser、蘇氨酸(Thr和酪氨酸(Tyr3種氨基酸殘基可能形成的磷酸化位點(diǎn)作出預(yù)測(cè)。1.2.4二級(jí)結(jié)構(gòu)分析及亞細(xì)胞定位運(yùn)用PBIL LYON-GERLAND 信息庫(kù)（http:/npsa-pbil.ibcp.fr/cgi -bin/npsaautomat.pl page =/NPSA/npsa_hnn.html ）對(duì)蛋白質(zhì)序列進(jìn)行二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)(Secondarystruc

13、ture prediction 。通過(guò)WoLF PSORT 工具（http:/wolfpsort.seq.cbrc.jp/）基于其氨基酸序列預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位點(diǎn)。22.1結(jié)果與分析1.2.3系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)化分析，葡萄NAC 轉(zhuǎn)錄因子家族圖1共分5個(gè)大類（圖1），每大類也各有不同。第大類包含17個(gè)葡萄NAC 基因，在6種發(fā)育相關(guān)的NAC 基因中，除擬南芥NAC29基因位于第大類外全部位于第大類，推斷第大類NAC 基因與葡萄的生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)。非生物逆境脅迫相關(guān)NAC 基因全部位于第大類，位于此類的葡萄NAC 基NAC 轉(zhuǎn)錄因子系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)2.4二級(jí)結(jié)構(gòu)分析及亞細(xì)胞定位在線二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，

14、非生物逆境脅迫NAC 蛋白中隨機(jī)卷曲的比例很高（58.59%70.35%），它起著鏈接其他二級(jí)結(jié)構(gòu)原件的作用。·38·表1蛋白名稱天津農(nóng)業(yè)科學(xué)非生物脅迫NAC 蛋白理化性質(zhì)分析理論等電點(diǎn)酸性不穩(wěn)定指數(shù)參考文獻(xiàn)：第20卷/堿性氨基酸33/4133/3434/3735/3835/3632/3639/4444/3641/4535/1830/2272/621Haake V, Cook D, Riechmannjl, et al .Transcription factor CBF4is a regulator of drought adaptation in Arabidopsis

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