三角梅核糖体失活蛋白的多态性鉴定与生物信息学分析

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核糖体失活蛋白(ribosome-inactivating proteins,RIPs)是一种能够抑制蛋白质合成的毒性蛋白,同物种RIPs的多态性丰富并且活性具有差异。三角梅RIPs具有高DNA酶活性,且非特异性毒性低,在农业和医药领域具有更大的应用潜力。但目前研究仅围绕其在医药领域的应用,缺少对三角梅RIPs多态性的系统研究,多态性是否会产生活性差异值得探索。此外,寻找新的亚型有利于解决已知亚型Bouganin制备的抗癌药物活性周期短、不稳定的缺陷。基因需要经过转录和翻译过程来行使功能,而基因多态性会导致转录和翻译的选择多样性,即生物分子水平的多态性同时体现在转录和翻译两个水平。因此,本文基于前人的研究基础,首先从转录、蛋白水平探究多态性,在确定多态性的基础上,进一步结合生物信息学方法解析三角梅RIPs的系统发育和结构特征,初步探索其多态性成因及亚型之间的功能差异,为其在免疫毒素等应用领域提供新的认识。结果表明:1.从转录到翻译的生物过程中,三角梅RIPs都具有多态性。在转录水平,RT-qPCR检测到所有的已知亚型,以及数据库未有记载的BI1-BI7这7种亚型,但各亚型的表达丰度具有个体间和季节性差异。在蛋白水平,质谱检测到三角梅在不同季节翻译并积累不同的RIPs,其中春季表达亚型的种类最多(9种),夏季(8种)和冬季(7种)次之,秋季则最少(5种)。转录与翻译的检测结果表明三角梅RIPs具有季节性调控的特征,这种调控特征或许与季节间环境差异有关。此外,在蛋白水平三角梅RIPs的选择性表达表明不是所有的亚型都能最终翻译为成熟蛋白,这可能与它们参与抵抗环境胁迫的功能差异有关,即不同亚型可能承担着不同的生物学功能。2.三角梅RIPs氨基酸序列的生物信息学分析显示:(1)三角梅RIPs存在分子进化过程,在进化过程中已知亚型Bouganin的活性位点Trp198、Asp113、Lys200和Ser202在其余亚型中发生改变;(2)三角梅RIPs结构上的显著差异在序列两端,尤其是C末端;(3)三角梅RIPs从结构形成到最终细胞定位不尽相同。结合前人的研究成果,三角梅RIPs产生多态性的原因可能是由于跟随植物进化的过程中基因重复、突变等遗传过程导致该蛋白由多基因编码。其次,蛋白质结构与功能紧密关联,关键活性位点、三维结构以及信号肽、最终细胞定位的差异可能会导致三角梅RIPs活性功能的差异,而BI6在活性位点和结构上与其他亚型差异最大,其功能特征可能会有所不同。综上所述,本研究率先从转录、蛋白水平揭示了三角梅RIPs多态性,获得7种数据库未记载的三角梅RIPs,且通过分子生物学方法进一步解析RIPs蛋白结构,这些研究结果进一步丰富了全球RIPs基因家族的分子生物学信息,也为进一步开发三角梅RIPs在医药领域应用提供理论依据。
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