18种观赏植物F3′5′H基因生物信息学分析_曾慧兰.pdf

18 种观赏植物 F35H 基因生物信息学分析曾慧兰1，2，高 阳1，卢 毅1(1宜春学院生命科学与资源环境学院，江西宜春 336000;2江西省作物生长发育与调控重点实验室，江西宜春 336000)摘要采用生物信息学方法对 18 种观赏植物类黄酮35羟化酶基因(flavonoid35hydroxylase，F35H)的 mNA 和氨基酸序列的理化性质、跨膜结构域、保守结构域、亚细胞定位、二级结构、三级结构和同源性进行预测与分析。结果表明，绝大多数观赏植物的F35H为亲水性稳定蛋白质，以 螺旋为主、无信号肽的跨膜蛋白质;大多数定位于内质网膜上;其三级结构模型为 5ylw1A 铁锈醇合成酶，为单链蛋白，属于细胞色素 P450 基因家族;同源保守氨基酸序列为“LPPGP”“AGTDTS”和“PFGAGICAG”。关键词生物信息学;观赏植物;氨基酸序列;类黄酮35羟化酶中图分类号S68文献标识码A文章编号05176611(2023)07010307doi:103969/jissn05176611202307026开放科学(资源服务)标识码(OSID):Bioinformatical Analysis of Flavonoid-35-Hydroxylase Genes Originated from 18 Ornamental PlantsZENG Hui-lan1，2，GAO Yang1，LU Yi1(1College of Life Science and esources and Environment，Yichun University，Yichun，Jiangxi336000;2 Key Laboratory of Crop Growth，Development and egulation，Yichun University，Yichun，Jiangxi 336000)AbstractPredictive analyses of the mNA sequence or amino acid sequences of the flavonoid 35-hydroxylase gene(F35H)originatedfrom 18 ornamental plants and their physical and chemical parameters，transmembrane domains，conserved domains，subcellular localizations，secondary structure，tertiary structure and evolutionary relationships were explored using bioinformatics methodThe results suggested that mostF35H of the 18 ornamental plants are hydrophilic stable proteins and transmembrane proteins，which are mainly made of alpha-helix and nosignal peptides;they are mostly located on endoplasmic reticulum membrane and assigned to 5ylw1A，which belongs to cytochrome P450 su-perfamily and is a monomer named ferruginol synthase in tertiary structure analysis;the Homologous conserved amino acid sequences are“LPPGP”“AGTDTS”and“PFGAGICAG”Key wordsBioinformatical;Ornamental plants;Amino acid sequence;Flavonoid-35-hydroxylase基金项目江西省作物生长发育调控实验室开放课题项目(KFJJ-201704);宜春学院博士科研启动项目(2103360117013)。作者简介曾慧兰(1986)，女，江西宜春人，讲师，博士，从事花色机理和园艺植物病害研究。收稿日期20220412花色是观赏植物的重要性状，植物的花色主要是由黄酮类化合物、类胡萝卜素和生物碱 3 类物质含量决定的1，而花色苷是黄酮类化合物的主要组成之一，能控制花的橙红到蓝紫等颜色2。类黄酮35羟化酶(flavonoid 35 hydroxylase，F35H)是花色苷代谢途径中的关键酶之一3。F35H 催化花色素母体 B 环 3、5位形成羟基集团，最终形成使花变蓝的飞燕草色素，被称为“蓝色基因”4，所以它对蓝色花的育种具有非常重要的作用5。目前，已从鹤望兰(Strelitzia reginae)、矮牵牛(Petuniahybrida)、非洲堇(Saintpaulia spp)、细茎石斛(Dendrobiummoniliforme)等多种植物中分离出 F35H 基因并对其功能进行了深入研究69。黄敏玲等8 采用 TPC 和 ACE方法从鹤望兰(Strelitzia reginae)黄色花萼中克隆到类黄酮生物合成途径关键基因 SrF35H，并分析了其在鹤望兰不同花期和花瓣中的表达含量。Qi 等10 利用转基因技术和 qTPC 验证了蝴蝶兰属(Phalaenopsis)PhF35H 在花色中的功能。严黎等11 通过利用 PC 方法扩增了丹参(Salviamiltiorrhiza Bunge)中的 F35H 基因全长，并对该基因编码蛋白质的理化定性、亚细胞定位、结构域等进行了分析。方颖等12 以华丽龙胆(Gentiana sinoornata)为材料利用 TPC 技术克隆了 GsF35H 全长，并进行了生物信息学分析。也有不少研究利用转录组测序技术关注不同花色植物中F35H的表达与功能，并进行生物信息学分析2，1314。虽然当前植物中 F35H 基因功能和表达情况的研究不少，但目前对各植物中 F35H 进行系统比较生物信息学相关的详细分析鲜有报道。该研究利用生物信息学原理和软件，对 NCBI GenBank数据库中已正式发表的 18 种观赏植物的 F35H 基因全长mNA 和氨基酸序列进行理化性质、亚细胞定位、跨膜结构、保守区域、二级结构、三级结构和同源性进行分析，旨在为蓝色花卉的分子育种提供理论参考依据。1材料与方法11材料从美国国家生物技术信息中心(National Centerfor Biotechnology Information，NCBI)GenBank 数据库中检索已正式注册、物种来源明确的 18 种观赏植物的 F35H 基因全长 mNA 核酸序列及其编码的氨基酸序列(表 1)。在这18 种观赏植物中，蓝紫色系花卉有 10 种，红色系有 6 种，其他色系 2 种。12分析方法运用 ProtParam15(https:/webexpasyorg/protparam/)对氨基酸的基本理化性质即氨基酸数、分子式、相对分子量、理论等电点、稳定性系数、带负电残基总数(Asp+Glu)、带正电残基总数(Arg+Lys)、亲疏水性和脂肪族氨基酸指数进行在线分析;通过 SignalP 4116(https:/serviceshealthtechdtudk/servicephp?SignalP41)和 SignalP 5017(https:/serviceshealthtechdtudk/serv-icephp?SignalP50)对各序列的信号肽进行预测;利用TMHMM 2.018(https:/services healthtech dtu dk/servicephp?TMHMM20)分析氨基酸序列的跨膜结构域，并通过安徽农业科学，JAnhui AgricSci 2023，51(7):103109SMAT19(http:/smartemblde/smart/change_modepl)验证跨膜区域;运用 PSOT20(http:/psort1hgcjp/formhtml)在线软件对氨基酸序列进行亚细胞定位分析;利用 WebLogo 321(http:/weblogothreeplusonecom/createcgi)进行保守区域分析;利用 SOPMA22(https:/npsaprabiibcpfr/cgibin/npsa_automatpl?page=npsa_sopmahtml)进行氨基酸序列的二级结构分析;利用 SWISSMODEL23(https:/swissmodelexpasyorg/)进行氨基酸序列的三级结构分析;利用 MEGA1124(https:/wwwmegasoftwarenet/)进行上述序列的多重比对，寻找保守区域，并采用邻接法(NeighborJoining，NJ)迭代数为 999 次建立系统发育树，分析其在遗传学上的亲缘关系。表 118 种观赏植物及其类黄酮35羟化酶基因的 GenBank 登录号Table 118 ornamental plants and their GenBank accessions of flavonoid-35-hydroxylase序号Serialnumber物种Species拉丁名Scientificname科属Family Genus花色Flowercolor登录号GenBankNo蛋白质ProteinID1矮牵牛Petunia hybrida茄科矮牵牛属红色D145881BAA0343812飞燕草Delphinium grandiflorum毛茛科飞燕草属蓝色AB8183941BAO6664213非洲堇Saintpaulia hybrid苦苣苔科非洲堇属蓝紫色AB5968301BAJ2391214洋桔梗Eustoma grandiflorum龙胆科洋桔梗属蓝紫色U726542AAB1756215一品红Euphorbia pulcherrima大戟科大戟属红色KY2734421AUV6409516鸳鸯茉莉Brunfelsia brasiliensis茄科鸳鸯茉莉属白蓝色JQ6787651AFF5922117虎头兰黄蝉兰Cymbidium tracyanum Cymbidium iridioides兰科兰属红色MN8793251QKD7684118烟台翠雀花Delphinium chefoense毛茛科翠雀属蓝色KX8258471AQL5923919新墨西哥钓钟柳Penstemon neomexicanus车前科钓钟柳属蓝色KM3888281AIY51702110大花钓钟柳Penstemon grandiflorus车前科钓钟柳属红色KM5766931AIX10134111长筒蓝曼陀罗Iochroma cyaneum茄科紫铃花属蓝色KJ0943541AIY22752112荷兰鸢尾Iris hollandica鸢尾科鸢尾属蓝色KJ3961941AHX02955113细茎石斛Dendrobium moniliforme兰科石斛属白色HQ4125601AEB96145114金鱼草Antirrhinum kelloggii玄参科金鱼草属浅紫色AB5471591BAJ16328115蓝眼菊Osteospermum hybrid菊科蓝眼菊属DQ2507111ABB29899116瓜叶菊Pericallis cruenta菊科瓜叶菊属蓝色DQ2576261ABB43030117非洲菊Gerbera hybrida菊科大丁草属红色DQ2184171ABA64468118菊花Chrysanthemum morifolium菊科菊属红色KF3135491AGX014871注:“”表示未检索到相关信息。Note:“”indicates that there is no accurat