大豆蛋白質(zhì)代謝關鍵基因和轉(zhuǎn)錄因子的生物信息學預測.pdf

1、大豆蛋白質(zhì)作為植物性蛋白質(zhì)，在營養(yǎng)價值上，可與動物蛋白相媲美，是人類獲取蛋白營養(yǎng)的主要來源之一。大豆細胞內(nèi)有許多基因參與蛋白質(zhì)的合成、轉(zhuǎn)運、加工、降解等一系列復雜的生理過程，并且其中有些基因或轉(zhuǎn)錄因子對蛋白質(zhì)的代謝過程起著至關重要的調(diào)節(jié)作用。
　　國內(nèi)外雖然有很多關與大豆基因功能的研究，但是針對大豆細胞內(nèi)基因如何參與蛋白代謝過程的研究還比較少。因此，本研究從大豆全基因組的視角，以大豆細胞內(nèi)參與21種氨基酸合成途徑的基因作為線索，采

2、用共表達分析方法篩選出大豆基因組中與這些基因共表達的基因作為目的基因;然后利用Pathway分析對這些大豆目的基因進行代謝通路注釋，并利用GO分析對上述大豆目的基因的擬南芥同源基因進行功能富集分析，試圖挖掘出大豆細胞內(nèi)可能參與蛋白質(zhì)代謝的關鍵基因及轉(zhuǎn)錄因子，為研究大豆細胞內(nèi)蛋白代謝的相關基因提供理論參考。主要研究結果如下:
　　1、通過搜索Soybase數(shù)據(jù)庫，得到參與大豆21種氨基酸合成共涉及47個代謝通路的455個大豆基因。利

3、用NCBI的GEO數(shù)據(jù)庫中的大豆轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集，在PhytozomeV9.1中的所有大豆基因中，篩選出與10個以上的這455個大豆原始基因存在顯著共表達關系（P＜10-6）的5846個基因和168個轉(zhuǎn)錄因子。
　　2、對篩選出的5846個大豆目的基因進行Pathway分析，以發(fā)掘除21種氨基酸合成途徑以外的其他間接參與氨基酸合成的代謝途徑。結果表明:Glyma02g01580等49個基因可能參與了糖酵解、檸檬酸循環(huán)及CO2固定成草酰

4、乙酸、丙酮醛降解等代謝途徑，這些代謝途徑與氨基酸合成密切相關，為蛋白質(zhì)的合成提供了原料。業(yè)已證實，大豆基因Glyma09g29840、Glyma12g0778、Glyma11g04720和Glyma15g10070分別參與到淀粉水解為麥芽糖、L-抗血酸的降解、檸檬酸循環(huán)和赤霉素的激活反應，為上述研究提供間接證據(jù)。
　　3、通過對與大豆目的基因同源的2497個擬南芥基因進行GO富集分析，篩選出可能參與大豆細胞內(nèi)蛋白代謝的相關基因，然

5、后對這些大豆基因進行功能預測。推測Glyma17g31690等22個基因參與了氨基酸向核糖體的轉(zhuǎn)入過程。由自由核糖體合成的蛋白質(zhì)，可能在Glyma13g34080等73個基因的調(diào)控下轉(zhuǎn)入到線粒體和葉綠體等細胞器中。由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)核糖體合成的蛋白質(zhì)，可能在Glyma01g22910等78個基因的作用下進一步折疊加工;可能在Glyma05g02980等20個基因的作用下，經(jīng)由囊泡轉(zhuǎn)移到高爾基體中;可能在Glyma14g14000等21個基因的作用

6、下，完成蛋白糖基化過程;最后，被分泌到細胞質(zhì)或胞外。與其中的41個大豆基因同源的56個擬南芥基因的功能已得到實驗證實，例如，擬南芥基因AT5G05000（大豆同源基因Glyma03g00600編碼葉綠體外膜易位因子TOC34，TOC34是位于葉綠體外膜上的GTP酶受體。它可以識別前體蛋白的信號肽，保證蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運到葉綠體的過程有條不紊地進行。
　　4、對共表達的轉(zhuǎn)錄因子進行注釋，在168個與大豆蛋白質(zhì)代謝相關的轉(zhuǎn)錄因子中，推測Gly

7、ma19g37910等9個可能調(diào)控蛋白質(zhì)代謝的關鍵轉(zhuǎn)錄因子。例如，在擬南芥中，ABI5的過表達會抑制天冬氨酸激酶轉(zhuǎn)錄，進而影響酪氨酸的合成，而編碼ABI5的AT2G36270與本研究獲得的Glyma19g37910同源;GNC和CGA1共同作用以調(diào)節(jié)谷氨酸合成，而編碼GNC和CGA1的基因AT5G56860和AT4G26150分別與本研究獲得的Glyma13g00200和Glyma17g34670同源。這些結果為本研究提供間接證據(jù)。