煙草多酚氧化酶生物信息學(xué)分析

張永芬 王平

摘要：為對煙草多酚氧化酶進行生物信息學(xué)分析，利用ProtScale、PhyML和Meme工具讀取煙草多酚氧化酶，進行疏水性、進化樹和保守基序分析。結(jié)果表明，煙草多酚氧化酶各成員均為親水性氨基酸;多酚氧化酶成員的進化樹被劃分為三類，其中煙草和番茄聚為一類，第二類中的成員最多;NtPPOI、NtPP02和NtPP03均含有相同的保守基序，NtPPOI和NtPP02分布位置較為相似，而NtPP03與其存在一定的差異。

關(guān)鍵詞：煙草;多酚氧化酶;生物信息

中圖分類號：TS41+3

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（ 2020） 08-0161-03

D01：10.1408 8/j .cnki.issn0439-8114.2020.08.037

煙葉在烘烤過程中，若不能判斷煙葉的身份特性，對其進行烘烤，易出現(xiàn)烤壞煙，其中一項為烤后姻葉掛灰[1]，煙葉變褐的較大一部分原因與多酚氧化酶有關(guān)。在煙葉組織正常的情況下，多酚氧化酶與底物酚類物質(zhì)處于不同的區(qū)域，當(dāng)受到外界環(huán)境的過度脅迫或機械損傷時，造成兩者相互結(jié)合，進而發(fā)生褐變反應(yīng)[2.3]。目前，從生物信息學(xué)的角度分析，多酚氧化酶的植物包括蘋果、葡萄、馬鈴薯等[4-6]，而對煙草多酚氧化酶的生物信息學(xué)研究相對較少，為此，本研究對煙草多酚氧化酶進行生物信息學(xué)分析，為以后煙草多酚氧化酶的研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 煙草多酚氧化酶成員的獲取

于NCBI（美國國家生物技術(shù)信息中心，主要為儲存生物信息的數(shù)據(jù)庫）[7]中獲取煙草多酚氧化酶的成員，其登錄號為CAA73103、NP_001312700和ABE96885，并分別命名為NtPP01、NtPP02和NtP-P03[8.9]。

1.2方法

利用ProtSc ale、PhyML和Meme工具[10-12]對煙草多酚氧化酶進行疏水性、進化樹和保守基序分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙草多酚氧化酶的疏水性

對煙草多酚氧化酶的疏水性進行分析，NtPP01、NtPP02和NtPP03的疏水性結(jié)果分別見圖la、圖lb和圖lc。圖la顯示，NtPPOI以第74位亮氨酸的疏水性最強，其值為1.878，其次為第73位甘氨酸（1.633），第305位亮氨酸（1.544）等共有177個疏水氨基酸;第484位天冬氨酸（-3.544）、第482位谷氨酸（-3.344）、第483位的賴氨酸（-3.233）等共含有415個親水性氨基酸，整體疏水性分值為-0.531，說明NtPPOI屬于親水性蛋白質(zhì)。圖lb顯示，NtPP02的前三位疏水性氨基酸的類型和分值相同，但位置有所不同，分別為第72位、第71位和第302位，NtPP02序列的疏水氨基酸共有169個;NtPP02序列的親水氨基酸數(shù)為421個，其前三位親水性氨基酸的類型和分值均相同，分別位于第482位、第480位和第481位，整體疏水性分值是-0.557，說明NtP-P02為親水性蛋白質(zhì)。圖lc顯示，NtPP03以第215位亮氨酸的疏水性最強，其值為1.544，其次為第180位（天冬氨酸）、第181位（亮氨酸）和第182位（甘氨酸），其值均為1.489，共含有142個疏水氨基酸;NtPP03的親水氨基酸數(shù)是360個，其前三位親水性氨基酸的類型和分值均與NtPP01相同，但所在位置為NtPP01相應(yīng)的氨基酸向后移動90位，整體疏水性分值是-0.562，說明NtPP03為親水性蛋白質(zhì)。

2.2煙草多酚氧化酶的進化樹分析

煙草多酚氧化酶成員與番茄成員（NP_001318057、NP_001334885和XP 004232833），陸地棉成員（NP_001313838、NP_001313720和NP001314153），丹參成員（AEE61322、AFH00996、AFH00998、ADF59058和ADF59059）進行序列比對，獲得各成員之間的進化樹，結(jié)果如圖2所示。根據(jù)多酚氧化酶的相似性，多酚氧化酶的進化樹自上而下被劃分為3個類別，煙草多酚氧化酶全體成員和部分番茄多酚氧化酶為第一類，陸地棉多酚氧全體成員、部分番茄多酚氧化酶和部分丹參多酚氧化酶為第二類，部分丹參多酚氧化酶為第三類，其中第二類中的成員數(shù)最多，共6個成員。煙草多酚氧化酶成員分布較為集中，與番茄多酚氧化酶聚類結(jié)果值較為穩(wěn)定（大于90）。

2.3煙草多酚氧化酶的保守基序

對煙草多酚氧化酶保守基序的分析結(jié)果見圖3。為檢測煙草多酚氧化酶各成員保守基序的準(zhǔn)確性，設(shè)置檢測數(shù)量為6個，根據(jù)獲取的保守基序覆蓋度和相似度對各個保守命名，分別為Motif-I、Mo-tif-2、Motif-3、Motif-4、Motif-5、Motif-6，其中各成員序列的氨基酸如表1所示。根據(jù)各保守基序的分布，推測Motif-4、Motif-2、Motif-I和Motif-3可能屬于煙草多酚氧化酶的酪氨酸酶銅結(jié)合域的特定結(jié)構(gòu)域（ Tyrosinase），Motif-5可能屬于煙草多酚氧化酶的中心域的特定結(jié)構(gòu)域（PP01_DWL），Motif-6可能屬于煙草多酚氧化酶的C-末端的特定結(jié)構(gòu)域（PPOI_KFDV）。

3小結(jié)與討論

通過對煙草多酚氧化酶的疏水性進行分析，結(jié)果表明其成員均為親水性蛋白質(zhì)。本研究結(jié)果與楊昭[13]相同。煙草多酚氧化酶的這一特點有利于促進煙草多酚氧化酶蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的致密性;煙草多酚氧化酶在進化樹中與番茄聚為一類，表明該蛋白酶進化程度較為保守[14]，而煙草與番茄聚為一類的主要原因可能為兩者屬于同一個科，即茄科，研究結(jié)果與趙東等[15]較為一致;煙草多酚氧化酶各成員具有相同的保守基序，且排列順序相同，說明其功能可能相同，研究結(jié)果與王弋等[16]較為一致。

參考文獻：

[1]官長榮.煙草調(diào)制學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2011.260-265.

[2]李曉麗，王成，朱靖蓉，等.干制速度對無核白葡萄酚類物質(zhì)和 多酚氧化酶細(xì)胞化學(xué)定位及褐變的影響[J].食品工業(yè)科技， 2019，40（5）：99-107

[3]謝樂芳，王力，李健，等.果蔬褐變度的研究進展[J].內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2叭7.32（1）：24-28.

[4] HARUTA M， MURATA M. HIRAIDE A. et al.Cloning genomicDNA encoding apple polyphenol oxidase and comparison of thegene product in Escherichia coli and in apple[J].Journal of the agri-cultural chemical society of Japan， 1998.62（2）：358-362

[5] THYCESEN P W. DRY I B，ROBINSON S P.Polyphenol oxidasein potato.A multigene famih that exhibits differential expressionpatterns[Jl. Plant physiology， 1995， 109（2）：525-531

[6] HUNT M D. EANNETTA N T，YU H. et al.cDNA cloning and ex-pression of potato polyphenol oxidase[J].Plant molecular biology，1993.21（1）：59-68.

[7] MCCREADIE R G.The nithsdale schizophrenia surveys 16.Breast-feeding and schizophrenia： Preliminarv results and hypothe-ses[J]. The British journal of psychiatry， 2018， 170（7）：334-337.

[8]陳二龍，范志勇，王松峰，等煙草Hsp70基因家族的鑒定及NtH-sp 70Chl基因的表達分析[J]中國煙草科學(xué)，2018.39（2）：8-16.

[9]陳二龍，蘇家恩，范志勇，等Bright Yellow 2烤煙熱激蛋白90生物信息學(xué)分析[J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報，2017，48（10）：1734-1740

[10] BRIDCE A. LANE L，STOCKINCER H. et al.6.13-Datahasesand datasources at SIB， swiss institute of bioinformatics [J] Com-prehensive biomedical physics， 2014： 191-204.

[ 11] GUINDON S， DELSUC F.DUFAYARD J F，et al. Estimating maxi-mum likelihood phylogenies with PhvML [Jl. Methods Mol Biol，2009. 537：113-137.

[ 12] LYNCH A，BAKER A J.A population memetics approach to cul-tural evolution in chaffinch song： Meme diversitv within popula-tions[J] American naturalist. 1993， 141（4）：597-620.

[13]楊 昭.香蕉多酚氧化酶的基因克隆及原核表達[D]海口：海南大學(xué)，2014

[14]李萍，王若曦，王歡黃酮3-羥化酶（F3H）的生物信息學(xué)分析[J].生物學(xué)雜志，2015.32C6J：25-29.

[15]趙東，劉祖生，奚彪茶樹多酚氧化酶基因的克隆及其序列比較[J].茶葉科學(xué)，2001（2）：94-98.

[16]王弋，郭小勤，林新春，等紫竹中多酚氧化酶基因cDNA序列及表達情況分析[A]第四屆中國竹業(yè)學(xué)術(shù)大會論文集[c]. 四川雅安：中國林學(xué)會、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.

作者簡介：張永芬（1977-），女，云南陸良人，助理農(nóng)藝師，主要從事煙葉生產(chǎn)研究工作，（電話）13598087187（電子信箱）3619215306@qq.com。