香蕉α―1 4―葡聚糖淀粉磷酸化酶基因家族全基因组鉴定与进化分析

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摘要：为了研究香蕉（Musa nana Lour.）α-1，4-葡聚糖淀粉磷酸化酶（α-1，4-glucan star

>> 披碱草焦磷酸化酶基因EdHP1的功能分析 1/4基因的爱 不同基因组类型的香蕉核型分析 猴子、香蕉与规则 香蕉与栗子 香蕉 1 + 3 > 4 “4+1”学校 番茄F1新品种——香蕉番茄 2017年1月香蕉市场动态 海南香蕉工人特征分析 毛毛与香蕉皮 香蕉与芭蕉的区别 香蕉的功效与作用 1/4圆弧堤波浪力实验分析 1～4岁小儿骨密度及其影响因素分析 模块1―4知识点盘点与高考链接 雷公藤甲素通过抗ER磷酸化抑制小鼠4T1乳腺癌增殖作用研究 1+1=4的财富传奇 蒙特卡罗：1／4是王宫，1／4是赌场 常见问题解答 当前所在位置：l）；拟南芥PHS蛋白序列来源于Tair（）。

1.2 香蕉PHS蛋白生物信息学分析

香蕉PHS蛋白氨基酸序列基本理化性质采用在线软件ProtParam（）分析。二级结构采用在线SOPMA程序（http：//npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl？page=npsa_sopmahtml）分析，所有参数均为默认值。利用在线工具GreenPhyl V4分析不同物种中PHS蛋白中的数量（http：///cgi-bin/family.cgi？p=id&family_id=1325#tab-famcomp）。通过NCBI CDD（http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi）预测PHS蛋白的保守结构域。

1.3 香蕉PHS基因结构分析

将从香蕉全基因组数据库得到的香蕉PHS基因序列和cDNA序列， 利用Gene Structure Display Server （http：///index.php）分析基因结构。

1.4 香蕉PHS进化树构建

将香蕉PHS蛋白和拟南芥、水稻、玉米、高粱蛋白通过Clustalx 1.83软件进行多重序列比对后采用MEGA6.0软件构建系统进化树。参数设置：使用neighbor-joining法则的P-距离（P-distance）模型构建，选择了成对删除（paiwise deletion）空位（gap）的选项， Bootstrap method取值1 000。

1.5 香蕉PHS蛋白的结构和保守基序查找与注释

蛋白的保守基序采用MEME4.0 （http：///meme/）分析， 基序的最大数目设置为10， 基序长度设为6～200个氨基酸。对得到的保守基序运用SMART（http：//smart.embl-heidelberg.de/）在线工具进行功能注释。

2 结果与分析

2.1 香蕉PHS蛋白家族成员的鉴定

根据香蕉全基因组数据库以及拟南芥、水稻、玉米等其他植物中淀粉磷酸化酶基因序列信息，从香蕉全基因组中鉴定到2个 PHS 淀粉磷酸化酶家族成员（表 1），其登录号分别为GSMUA_Achr4G32600_

001和GSMUA_Achr6G33840_001。通过PFAM及 NCBI-CDD工具进行蛋白质结构分析，2个香蕉PHS蛋白均含有α-葡聚糖磷酸化酶特征结构域（图1）。其中，GSMUA_Achr4G32600_001与拟南芥AtPHS1（AT3G29320）同源，命名为MaPHS1；GSMUA_ Achr6G33840_001与拟南芥AtPHS2（AT3G46970）同源，命名为MaPHS2。MaPHS1定位于4号染色体，基因方向为反向；该基因全长7 906 bp，开放读码框长度2 784 bp，编码927个氨基酸；分子质量为104.8 ku。MaPHS2定位于6号染色体，基因方向为正向；该基因全长7 888 bp，开放读码框长度2 517 bp，编码838个氨基酸；分子质量为95.09 ku。MaPHS1和MaPHS2的等电点分别为6.59和6.09，偏酸性。不稳定指数分析发现2个MaPHS蛋白不稳定指数均大于40，为不稳定蛋白。疏水性分析表明，2个MaPHS蛋白均为亲水性蛋白。利用在线工具GreenPhyl V4分析发现在37个物种中PHS蛋白的数量为265个（图2）。由保守区预测（图1）显示，MaPHS具有保守的糖基磷酸化催化区，由功能区预测显示，MaPHS1和MaPHS2蛋白分别在765～777及675～689处有1个磷酸吡哆醛结合位点：EASGTSNMKFA（S）M（L）N。

分析MaPHS蛋白二级结构（表2）表明，二级结构均由α-螺旋、扩展链结构、β-转角和无规则卷曲4种形式组成，其百分比大小为α-螺旋>无规则卷曲>扩展链结构>β-转角。利用Plant-mPLoc对MaPHS基因家族的蛋白质进行亚细胞定位分析发现均定位于叶绿体中。

2.2 香蕉PHS家族基因结构及系统进化分析

利用GSDS软件构建MaPHS基因结构（图3），MaPHS1由17个外显子和16个内含子组成；MaPHS2由15个外显子和14个内含子组成。为研究MaP5CS基因系统进化关系，利用双子叶植物拟南芥和单子叶水稻、玉米、高粱的P5CS蛋白序列为参考，利用MEGA软件对香蕉基因组中的PHS蛋白采用邻接法绘制系统进化树，结果如图4所示。

2.3 PHS蛋白的结构和保守基序分析

通过MEME软件预测PHS蛋白结构结果如图5所示。利用SMART软件对预测的保守基序进行命名结果见表3所示。结果表明，香蕉PHS蛋白均含有8个基序（基序1～7，9），不包含基序8和10。AtPHS1含有9个基序，相比PHS2多了基序8，长度为80个氨基酸。进一步通过SMART在线工具对基序命名，基序1～7为磷酸化酶保守结构域。

3 小结与讨论

淀粉磷酸化酶在淀粉代谢发挥重要的作用，其有2种不同的类型，即PHS1和PHS2[13]，根据对糖原亲和程度不同分为低亲和型与高亲和型，PHS1为低亲和型，PHS2为高亲和型[15]。PHS在模式植物拟南芥和禾本科植物中高度保守，大多为2个PHS蛋白。袁亚芳[4]对水稻额淀粉磷酸化酶进行了较为深入的研究，分析了2个不同类型PHS基因的表达特性，并通过基因工程手段将该基因导入植株体内，从而改良稻米品质。刘世才[18]在盐藻中克隆了PHS1，并进行了系统的生物信息学分析。

淀粉是香蕉果实中的主要成分，在香蕉采后果实品质形成过程中，淀粉大量水解转化为可溶性糖，在达到最佳食用期时果实淀粉含量只有1%。正是由于香蕉果实采后成熟过程中淀粉的降解转化使得果实具有独特的口感、适宜的硬度及丰富的营养[19]。而淀粉磷酸化酶在淀粉降解过程中发挥着重要的作用[20]，研究淀粉磷酸化酶的功能对了解果实发育成熟机理和果实品质形成具有重要的意义。

本研究对香蕉PHS基因家族进行了初步分析， 为深入研究该基因家族的表达调控、结构和功能等提供参考数据，通过调控其表达来达到提高香蕉果实成熟中淀粉降解转化为可溶性糖的能力，进一步提高香蕉果实的品质。

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