Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Khảo sát gen mục tiêu in silico và mô hình so sánh tiết lộ một protein tiềm năng tương tự như yếu tố phiên mã liên kết DNA chịu hạn của Arabidopsis trong nhiễm sắc thể 6 của bộ gen Sorghum bicolor
Tóm tắt
Gen Arabidopsis Thaliana HARDY (AtHRD) là một gen có miền APETELA 2 / Yếu tố phản ứng Ethylene (AP2/ERF) liên quan đến khả năng hoạt động được cải thiện trong điều kiện hạn hán ở lúa. Chúng tôi đã giả định rằng bộ gen của cây sorgum có thể chứa một sản phẩm gen tương tự và đã thực hiện khai thác gen quy mô tính toán để tìm kiếm protein và phân tích các đặc tính cấu trúc và chức năng của nó. Chuỗi AtHRD được sử dụng làm truy vấn để BLAST với bộ dữ liệu bộ gen sorgum, tiếp theo là phân tích căn chỉnh nhiều. Một mô hình đồng homology của mục tiêu đã được xây dựng dựa trên một mẫu được phát hiện thông qua việc so sánh cặp đôi các mô hình Markov ẩn cho các căn chỉnh. Việc ghép DNA với ma trận các liên kết giao diện đồng homology đã được thực hiện. Phân tích chức năng và cấu trúc của truy vấn và mục tiêu được thực hiện bằng cách sử dụng nhiều máy chủ trực tuyến khác nhau. Một cặp đoạn có điểm số cao từ Nhiễm sắc thể 6 của bộ gen sorgum trong vùng giữa 54948120 và 54948668 có 68 amino acid tương đồng trong số 184 dư lượng và cao hơn ngưỡng vùng chạng vạng 1,4%. Mô hình đồng homology cho thấy 86,8% dư lượng nằm trong các vùng ưa thích nhất. Protein mục tiêu có miền AP2/ERF khi ghép với động lực DNA GCC box có các dư lượng bảo tồn liên quan đến việc gắn bó; nó có một vùng không cấu trúc dài nằm ngoài miền AP2 với một số động lực cho việc nhận diện nhóm kinase protein serine/threonine. Mô hình protein cho thấy nó có thể gắn vào một GCC box vốn có trong một số gen phản ứng với hạn hán. Sự hiện diện của các miền tín hiệu khả thi và sự rối loạn nội tại trong protein mục tiêu gợi ý rằng điều này có thể đóng vai trò trong khả năng chịu hạn, một đặc điểm tiềm tàng của sorgum. Những kết quả này cung cấp một bước khởi đầu cho các thí nghiệm xác minh, điều này có thể mở đường cho cải tiến cis/trans gen của một loạt các loại cây.
Từ khóa
#Arabidopsis Thaliana #Sorghum bicolor #APETELA 2 #Ethylene Responsive Factor #gen chịu hạn #khai thác gen #mô hình đồng homology #phân tích cấu trúc #phân tích chức năngTài liệu tham khảo
Abogadallah, G.M., Nada, R.M., Malinowski, R., Quick, P. 2011. Overexpression of HARDY, an AP2/ERF gene from Arabidopsis, improves drought and salt tolerance by reducing transpiration and sodium uptake in transgenic Trifolium alexandrinum L. Planta 233, 1264–1276.
Benkert, P., Kunzli, M., Schwede, T. 2009. QMEAN server for protein model quality estimation. Nucleic Acids Res 37, W510–W514.
Bordoli, L., Kiefer, F., Arnold, K., Benkert, P., Battey, J., Schwede, T. 2008. Protein structure homology modeling using SWISS-MODEL workspace. Nature Protocols 4, 1–13.
Botha, G.M., Viljoen, C.D. 2008. Can GM sorghum impact Africa? Trends Biotechnol 26(2), 64–69.
Buchanan, C.D., Lim, S., Salzman, R.A., Kagiampakis, I., Morishige, D.T., Weers, B.D., Klein, R.R., Pratt, L.H., Cordonnier-Pratt, M.M., Klein, P.E., Mullet, J.E. 2005. Sorghum bicolor’s transcriptome response to dehydration, high salinity and ABA. Plant Mol Biol 58, 699–720.
Chenna, R., Sugawara, H., Koike, T., Lopez, R., Gibson, T.J., Higgins, D.G., Thompson, J.D. 2003. Multiple sequence alignment with the Clustal series of programs. Nucleic Acids Res 31, 3497–3500.
Contreras-Moreira, B., Branger, P.-A., Collado-Vides, J. 2007. TFmodeller: Comparative modelling of protein-DNA complexes. Bioinformatics 23, 1694–1696.
Daggett, V., Fersht, A.R. 2009. Protein folding and binding: moving into unchartered territory. Curr Opin Struct Biol 19, 1–2.
Dev Sharma, A., Kumar, S., Singh, P. 2006. Expression analysis of a stress-modulated transcript in drought tolerant and susceptible cultivars of sorghum (Sorghum bicolor). J Plant Physiol 163, 570–576.
Eisenberg, D., Lüthy, R., Bowie, J.U. 1997. VERIFY3D: Assessment of protein models with three dimensional profiles. Methods Enzymol 277, 396–404.
Fujii, H., Chinnusamy, V., Rodrigues, A., Rubio, S., Antoni, R., Park, S.Y., Cutler, S.R., Sheen, J., Rodriguez, P.L., Zhu, J.K. 2009. In vitro reconstitution of an abscisic acid signalling pathway. Nature 462, 660–664.
Karaba, A., Dixit, S., Greco, R., Aharoni, A., Trijatmiko, K.R., Marsch-Martinez, N., Krishnan, A., Nataraja, K.N., Udayakumar, M., Pereira, A. 2007. Improvement of water use efficiency in rice by expression of HARDY, an Arabidopsis drought and salt tolerance gene. Proceedings of the National Academy of Sciences 104, 15270–15275.
Kaufmann, K., Nagasaki, M., Jáuregui, R. 2010. Modelling the molecular interactions in the flower developmental network of Arabidopsis thaliana. In Silico Biology 10, 125–143.
Kim, S., Soltis, P.S., Wall, K., Soltis, D.E. 2006. Phylogeny and domain evolution in the APETALA2-like gene family. Mol Biol Evol 23, 107–120.
Laskowski, R.A., Watson, J.D., Thornton, J.M. 2005. ProFunc: A server for predicting protein function from 3D structure. Nucleic Acids Res 33, W89–W93.
Linding, R., Jensen, L.J., Diella, F., Bork, P., Gibson, T.J., Russell, R.B. 2003. Protein disorder prediction: implications for structural proteomics. Structure 11, 1453–1459.
Magnani, E., Sjölander, K., Hake, S. 2004. From endonucleases to transcription factors: Evolution of the AP2 DNA binding domain in plants. Plant Cell 16, 2265–2277.
Marmorstein, R., Fitzgerald, M.X. 2003. Modulation of DNA-binding domains for sequence-specific DNA recognition. Gene 304, 1–12.
Mullet, J.E., Klein, R.R., Klein, P.E. 2002. Sorghum bicolor — an important species for comparative grass genomics and a source of beneficial genes for agriculture. Curr Opin Plant Biol 5, 118–121.
Nakashima, K., Ito, Y., Yamaguchi-Shinozaki, K. 2009. Transcriptional regulatory networks in response to abiotic stresses in Arabidopsis and grasses. Plant Physiol 149, 88–95.
Obenauer, J.C., Cantley, L.C., Yaffe, M.B. 2003. Scansite 2.0: Proteome-wide prediction of cell signaling interactions using short sequence motifs. Nucleic Acids Res 31, 3635–3641.
Ortiz, A.R., Strauss, C., Olmea, O. 2002. MAMMOTH (matching molecular models obtained from theory): An automated method for model comparison. Protein Sci 11, 2606–2621.
Paliy, O., Gargac, S.M., Cheng, Y., Uversky, V.N., Dunker, A.K. 2008. Protein disorder is positively correlated with gene expression in Escherichia coli. J Proteome Res 7, 2234–2245.
Paterson, A.H., Bowers, J.E., Bruggmann, R., Dubchak, I., Grimwood, J., Gundlach, H., Haberer, G., Hellsten, U., Mitros, T., Poliakov, A., Schmutz, J., Spannagl, M., Tang, H., Wang, X., Wicker, T., Bharti, A.K., Chapman, J., Feltus, F.A., Gowik, U., Grigoriev, I.V., Lyons, E., Maher, C.A., Martis, M., Narechania, A., Otillar, R.P., Penning, B.W., Salamov, A.A., Wang, Y., Zhang, L., Carpita, N.C., Freeling, M., Gingle, A.R., Hash, C.T., Keller, B., Klein, P., Kresovich, S., McCann, M.C., Ming, R., Peterson, D.G., Mehboob-ur-Rahman, W.D., Westhoff, P., Mayer, K.F., Messing, J., Rokhsar, D.S. 2009. The Sorghum bicolor genome and the diversification of grasses. Nature 457, 551–556.
Pratt, L.H., Liang, C., Shah, M., Sun, F., Wang, H., Reid, S.P., Gingle, A.R., Paterson, A.H., Wing, R., Dean, R., Klein, R., Nguyen, H.T., Ma, H.M., Zhao, X., Morishige, D.T., Mullet, J.E., Cordonnier-Pratt, M.M. 2005. Sorghum expressed sequence tags identify signature genes for drought, pathogenesis, and skotomorphogenesis from a milestone set of 16,801 unique transcripts. Plant Physiol 139, 869–884.
Prilusky, J., Felder, C.E., Zeev-Ben-Mordehai, T., Rydberg, E.H., Man, O., Beckmann, J.S., Silman, I., Sussman, J.L. 2005. FoldIndex: A simple tool to predict whether a given protein sequence is intrinsically unfolded. Bioinformatics 21, 3435–3438.
Sanchez, A.C., Subudhi, P.K., Rosenow, D.T., Nguyen, H.T. 2002. Mapping QTLs associated with drought resistance in sorghum (Sorghum bicolor L. Moench). Plant Mol Biol 48, 713–726.
Schuppler, U. 1998. Effect of water stress on cell division and cell-division-cycle 2-like cell-cycle kinase activity in wheat leaves. Plant Physiol 117, 667–678.
Shao, H.B., Song, W.Y., Chu, L.Y. 2008. Advances of calcium signals involved in plant anti-drought. C R Biol 331, 587–596.
Sharoni, A.M., Nuruzzaman, M., Satoh, K., Moumeni, A., Attia, K., Venuprasad, R., Serraj, R., Kumar, A., Leung, H., Islam, A.K., Kikuchi, S. 2012. Comparative transcriptome analysis of AP2/EREBP gene family under normal and hormone treatments, and under two drought stresses in NILs setup by Aday Selection and IR64. Mol Genet Genomics 284, 1–19.
Söding, J. 2005. Protein homology detection by HMMHMM comparison. Bioinformatics 21, 951–960.
Tamura, K., Dudley, J., Nei, M., Kumar, S. 2007. MEGA4: Molecular evolutionary genetics analysis (MEGA) software version 4.0. Mol Biol Evol 24, 1596–1599.
Tompa, P. 2005. The interplay between structure and function in intrinsically unstructured proteins. FEBS Lett 579, 3346–3354.
Wright, P.E., Dyson, H.J. 2009. Linking folding and binding. Curr Opin Struct Biol 19, 31–38.
Zdobnov, E.M., Apweiler, R. 2001. InterProScan — an integration platform for the signature-recognition methods in InterPro. Bioinformatics 17, 847–848.
Zhang, Z.G., Zhou, H.L., Chen, T., Gong, Y., Cao, W.H., Wang, Y.J., Zhang, J.S., Chen, S.Y. 2004. Evidence for serine/threonine and histidine kinase activity in the tobacco ethylene receptor protein NTHK2. Plant Physiol 136, 2971–2981.
Zhuang, J., Cai, B., Peng, R.H., Zhu, B., Jin, X.F., Xue, Y., Gao, F., Fu, X.Y., Tian, Y.S., Zhao, W., Qiao, Y.S., Zhang, Z., Xiong, A.S., Yao, Q.H. 2008. Genome-wide analysis of the AP2/ERF gene family in Populus trichocarpa. Biochem. Biophys Res Commun 371, 468–474.
Zhuang, J., Peng, R.H., Cheng, Z.M., Zhang, J., Caia, B., Zhang, Z., Gao, F., Bo, Z., Fu, X.Y., Jin, X.F., Chen, J.M., Qiao, Y.S., Xiong, A.S., Yao, Q.G. 2009. Genome-wide analysis of the putative AP2/ERF family genes in Vitis vinifera. Scientia Horticulturae 123, 73–81.