基于拟南芥的葫芦苯丙氨酸解氨酶生物信息学分析

孙宇蛟，陈 欣，李润天，王 媛，郑 治

（1.东北农业大学 生命科学学院，黑龙江 哈尔滨 150030；2.哈尔滨商业大学 能源与建筑工程学院，黑龙江 哈尔滨 150000）

苯丙氨酸解氨酶（L-phenylalanine ammonia-lyase，PAL，EC.4.3.1.5）广泛存在于真核生物和原核生物中。它是进入苯丙烷代谢途径的第一个酶，其催化苯丙氨酸脱去氨基生成反式肉桂酸和氨气[1]。对于模式植物拟南芥来说，苯丙氨酸解氨酶有4个基因编码（At-PAL1-4），其中，对于PAL1（AT2G37040）与PAL2（AT3G53260）的研究较为广泛。有学者认为，PAL2在抵御病菌侵染方面又起着关键的作用[2]。葫芦（Lagenaria siceraria）是一种重要的蔬菜作物。因其可以作为其他葫芦科作物的砧木，葫芦栽培也影响着我国的农村经济发展。本研究依托于生物信息学分析，以模式植物拟南芥PAL2基因作为参考，初步鉴定了葫芦作物5个PAL基因，并对其转录翻译后的蛋白质进行了理化性质分析及预测、系统进化树的构建，为葫芦作物PAL蛋白质研究、抗病抗逆性分析及分子辅助育种提供了参考及依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

拟南芥PAL基因序列来源于TAIR网站（http://www.arabidopsis.org/），将基因用于葫芦科数据库（http://cucurbitgenomics.org/）进行BLAST比对分析，e值为1e-10.

1.2 PAL基因各级结构分析及分子进化树构建

采用在线软件ProtParam预测PAL蛋白序列的一级结构，利用SOPMA在线软件预测蛋白序列的二级结构，采用SWISS-MODEL预测蛋白质的三级结构，通过MEGA 7.0软件对所有蛋白质编码序列进行分子进化树的构建。

表1 PAL基因一级结构分析

2 结果与分析

2.1 葫芦PAL基因一级结构分析

经分析表1可以看出，拟南芥与葫芦蛋白质等电点集中于6.0左右，氨基酸数量为634～717不等，不稳定指数集中于35左右，脂肪族指数为90左右。

2.2 PAL蛋白二级结构及亲疏水性预测

利用SOPMA在线软件预测PAL蛋白序列的二级结构。经分析得，各PAL蛋白含有50%左右的α-螺旋、30%的左右无规卷曲，含有较少的链延伸结构及β-转角，与拟南芥蛋白质二级结构较为相似。

2.3 PAL蛋白质高级结构预测及分子进化树构建

通过SWISS-MODEL，所有序列均通过同源建模获得结构预测。其中，葫芦5个PAL蛋白质结构较为相似。以Lsi-1为例图1（ b），从图1可以看出，其高级结构与拟南芥图1（a）有一定的相似度。从分子进化树结果可以看出图1（c），Lsi1与Lsi4、Lsi2与Lsi5之间进化关系较近，与拟南芥At-PAL2进化关系较远。

3 总结

因PAL基因为多拷贝、多家族基因，近年来，针对于同一物种，更多的PAL基因渐渐被发掘[3]。随着生命科学和微机科学的迅速发展，生物信息学已经作为一门独立学科，在发掘新基因、研究生物大分子功能方面，起着重要的作用。本研究依托生物信息学手段，在葫芦作物中鉴定拟南芥同源PAL基因，并对其进行蛋白质功能的初步研究，为PAL基因的发掘、作物抗病性、品种改良及信号通路传导方面的研究提供了新的思路。

图1 PAL蛋白质高级结构预测及分子进化树的构建