玉米大斑病菌StMlt1 蛋白的生物信息学分析

张淑红

（唐山师范学院 生命科学系，河北 唐山 063000）

ABC 转运蛋白（ATP-binding cassette transporter）是在生物界广泛存在的、能够催化腺苷三磷酸（ATP）水解并利用水解所产生的能量促使底物实现跨膜转运的一类膜整合蛋白。目前研究发现的ABC 转运蛋白已经超过了100 种，它们广泛存在于各类细胞器，并被证实在多个领域中均发挥着重要作用[1-3]。在致病真菌中，多向耐药性ABC转运蛋白（multidrug resistance protein，MDR）是近年来越来越多的抗真菌药物治疗效果明显下降的最主要原因[4]。

Mlt1 蛋白是ABC 转运蛋白超级家族成员，通过对白色念珠菌（Candida albicans）Mlt1 突变体的转录谱分析，发现参与内吞作用、氧化还原酶活性、毒力和菌丝发育的基因被下调[5]。在植物病原真菌中Mlt1 是细胞壁完整性（CWI-MAPK）信号通路的起始蛋白[6]。CWI-MAPK 信号通路是植物病原真菌中普遍存在的一条保守通路，在生长、发育、繁殖和对逆境胁迫的感受和调节中均具有重要作用。玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica）是玉米生产过程中重要的叶部病原真菌，引起的玉米大斑病严重年份可造成减产50%以上[7]。本研究通过生物信息学技术分析玉米大斑病菌Mlt1 同源蛋白StMlt1 的理化性质、结构和功能，旨在为进一步研究StMlt1 在玉米大斑病生长和致病过程中的作用奠定基础。

1 实验方法

利用酵母Mlt1 蛋白的氨基酸序列对玉米大斑病菌基因组（https://genome.jgi.doe.gov/portal/）进行Blastp 比对分析，获得玉米大斑病菌Mlt1 同源蛋白StMlt1 的氨基酸序列。利用在线软件ExPASy-ProtParam 进行一级结构分析；利用在线软件Predict Protein 和NPS@SOPMA 进行二级结构及亚细胞定位分析；利用在线软件SWISS-MODEL和PROCHECK 进行三级结构预测和验证；通过JGI 数据库的GO 进行功能预测；利用在线软件uniprot 获得多个植物病原真菌Mlt1 同源蛋白的氨基酸序列；利用软件MEGA7.0 邻近法构建系统发育树[8-9]。

2 结果与分析

2.1 玉米大斑病菌Mlt1 蛋白结构预测与分析

StMlt1 蛋白含有1 543 个氨基酸残基，不稳定系数小于40，属于稳定蛋白；疏水性为0.021，属于疏水性蛋白；等电点为8.55，属于碱性蛋白质。二级结构元件主要包括α-螺旋、延伸链、β-转角和无规则卷曲，其中α-螺旋含量最高，达到54.70%。结构域分析结果见图1，其中区域L 为低复杂度区域，区域T 为跨膜螺旋区域。结构域AAA 包含了一个ATP 酶，AAA-ATP 酶与多种细胞活动相关，参与膜融合、蛋白水解和DNA 复制等细胞过程。

图1 StMlt1 蛋白保守结构域分析

经三级结构预测，得到9 个StMlt1 蛋白模型，选取可信度最高的3 个模型进行在线验证，结果显示模型1（可信度为95%）和模型3（可信度为83%）可验证通过，如图2 所示。

图2 StMlt1 蛋白的三级结构预测（左：模型1；右：模型3）

2.2 玉米大斑病菌Mlt1 蛋白亚细胞定位预测

亚细胞定位预测结果表明，StMlt1 蛋白定位于液泡膜（如图3 所示），不含核定位信号。

图3 StMlt1 蛋白的亚细胞定位预测

2.3 玉米大斑病菌Mlt1 蛋白功能预测

GO 功能预测结果表明，StMlt1 的分子功能表现为ATP 酶活性与物质跨膜运动的耦合、ATP 酶活性和ATP 连接；在生物过程方面行使转运功能；在细胞成分方面作为膜成分。

2.4 StMlt1 蛋白的保守性和系统进化发育树分析

玉米大斑病菌23 号小种菌株et28a 和1 号小种菌株ny001 的StMlt1 蛋白的氨基酸序列仅相差1 个氨基酸，说明StMlt1 在菌株间非常保守。在氨基酸序列1 535 位置处，菌株et28a 的Ala 代替ny001 的Ser，该位置不处于保守结构域内，与跨膜和ATP 酶功能无关。

系统发育分析结果如图4 所示。玉米大斑病菌StMlt1 蛋白与小麦黄斑病菌（Pyrenophora teres）和大麦网斑病菌（Pyrenophora tritici-repentis）的Mlt1 同源蛋白遗传关系最近。

图4 StMlt1 蛋白的系统发育分析

3 讨论

典型的ABC 转运蛋白一般包括4 个核心结构域：两个具有多个α-螺旋的疏水性跨膜结构域（TMD），两个嵌于细胞膜但突出于细胞质的催化ATP 水解的亲水核苷酸结合域（NBD）[10]。大多数的ABC 转运蛋白能够借助水解ATP 释放的能量实现对各类物质的跨膜转运，从而调节生物体内的一系列生理活动[11]。在真菌基因组中存在着许多编码ABC 蛋白的基因，每种ABC 家族的成员都有不同的生理角色。白色假丝酵母、新型隐球酵母、烟曲霉等致病真菌中，多向耐药性ABC 转运蛋白的研究已经取得重要进展[4]。研究显示，白色念珠菌的ABC 转运体Mlt1 定位于液泡膜，能特异地将磷脂酰胆碱（PC）转运到空泡腔内。Mlt1蛋白的水平会影响脂质的同质性，导致过多的生理紊乱[5]。目前关于植物病原真菌Mlt1 蛋白的研究还未见报道，本研究通过生物信息学预测玉米大斑病菌Mlt1 的结构、性质、功能及进化关系，对于研究该蛋白在玉米大斑病致病方面的作用有着重要意义。