大豆蛋白質(zhì)代謝關(guān)鍵基因和轉(zhuǎn)錄因子的生物信息學(xué)預(yù)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(xì)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(fù)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(guān)重要的調(diào)節(jié)作用。
　　國內(nèi)外雖然有很多關(guān)與大豆基因功能的研究，但是針對大豆細(xì)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(xì)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(dá)分析方法篩選出大豆基因組中與這些基因共表達(dá)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(xì)胞內(nèi)可能參與蛋白質(zhì)代謝的關(guān)鍵基因及轉(zhuǎn)錄因子，為研究大豆細(xì)胞內(nèi)蛋白代謝的相關(guān)基因提供理論參考。主要研究結(jié)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(dá)關(guān)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(jié)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(guān)，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(yīng)，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(xì)胞內(nèi)蛋白代謝的相關(guān)基因，然

5、后對這些大豆基因進行功能預(yù)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(xì)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(xì)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(dá)的轉(zhuǎn)錄因子進行注釋，在168個與大豆蛋白質(zhì)代謝相關(guān)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(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。例如，在擬南芥中，ABI5的過表達(dá)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(jié)果為本研究提供間接證據(jù)。