蔓花生AP2基因家族的生物信息学分析

　　摘要：AP2作为一类植物转录因子，在花的发育和营养器官的形成过程中都起着非常重要的作用。旨在对蔓花生(Arachis duranensis)AP2蛋白的理化性质及分子进化关系等进行详细的生物信息学分析。结果表明，蔓花生AP2基因家族成员编码蛋白亚细胞定位预测均在细胞核中，有11个成员的理论等电点小于7，推测该家族蛋白多为酸性蛋白，有8个成员存在2个保守结构域;该家族成员均无信号肽;除了Aradu.SE6Q0與Aradu.42K79成员中存在跨膜现象外，其他成员鲜少出现跨膜现象。亲疏水性预测结果表明，蔓花生AP2基因家族编码蛋白的亲疏水性系数均小于0，推测其为亲水蛋白;磷酸化位点主要集中在丝氨酸上;其二级结构以无规则卷曲和α-螺旋为主。研究还得出，蔓花生AP2基因家族编码蛋白的主要保守基序是Motif1、Motif2和Motif4;Motif3、Motif4都含有YRG结构域，Motif5含有RAYD结构域;构建的系统发育树也有力地说明了AP2基因家族的进化程度。

　　关键词：蔓花生;AP2基因;基因家族;生物信息学

　　蔓花生(Arachis duranensis)，别称遍地黄金，是豆科蝶形花亚科蔓花生属的多年生宿根草本植物，原产于亚洲热带及南美洲地区，其根系发达，抗逆性强，病虫害少，是动物的良好牧草[1-6]。蔓花生有一定的耐热耐旱性、抗寒性、耐阴性、耐贫瘠性[2-3，7-13]，对有害气体有较强的抗性[14-15]。APETALA2(AP2)是一类植物转录因子，其结构首次被发现于拟南芥中，并证实在花的发育过程中和营养器官中均有表达[16-20]。该类因子由60～70个氨基酸残基组成，并参与DNA的结合过程[18，21-22]。AP2基因家族是AP[STBX]2[STBZ]/ERF超级基因家族下的1个分支，其家族蛋白包含2个重复的AP2结构域，即AP2-R1和AP2-R2，根据2个结构域是否含有插入序列，将AP2基因家族分为ANT组、euAP2组，此外，AP2基因家族还含有较长的识别序列GCAC(A/G)N(A/T)TCCC(A/G)ANG(C/T)元件[23-28]。AP[STBX]2/ERF超级基因家族中除AP2[STBZ]家族外，还包括ERF家族和RAV家族，ERF家族编码蛋白含有1个AP2结构域，RAV家族编码蛋白含有1个AP2结构域和1个B3结构域，其中B3结构域在其他植物的特异转录因子中是1个保守的DNA结合结构域[21]。AP[STBX]2[STBZ]/ERF亚家族成员通过与CC、CRT/DRE、JERE或VWRE等作用元件相互作用而诱导下游基因的表达[29-32]。AP2参与花发育、小穗分生组织的形成、叶表皮细胞识别和胚胎发育等过程的调控[33]以及花器官的识别，如花瓣、萼片[34-38]。在AP[STBX]2[STBZ]家族编码蛋白中，拟南芥蛋白AP213(AP2)、AP2-14(TOE1)、AP2-8(AIL6)、AP2-12(AIL7)含有EAR-like基序[17]。AP2的CAP2在鹰嘴豆(Cicer arietinum Linn.)中具有抗盐、抗干旱胁迫的功能[39]，EgAP2-1在油棕(Elaeis guineensis Jacq.)中调控合子和体细胞胚的发育[40]。AP2/ERF转录因子基因家族的结构和进化在拟南芥、水稻和大豆中是相对保守的[41]，许多亚家族和亚类存在于这3个物种中，这说明绝大多数AP2/ERF亚家族成员存在于物种分化之前[18]。AP[STBX]2[STBZ]转录基因在花生种子发育的4个时期的表达存在差异[33]，其通过影响胚、胚乳和种皮的发育来控制种子的大小，同时通过对糖代谢的影响来影响种子的质量[18，39，42]。目前尚未见关于蔓花生AP2基因家族理化特性及其进化关系的报道，因此，本研究以蔓花生AP2蛋白序列为材料，利用生物信息学工具对蔓花生AP2基因家族的理化特性、保守基序和系统进化关系进行详细研究，以期为进一步研究和揭示AP2基因家族在蔓花生生长发育、基因调控中的作用提供参考依据。

　　1 材料与方法

　　1.1 材料

　　从PlantTFDB数据库[43](http：//planttfdb.cbi.pku.edu.cn/)中下载蔓花生、野花生、花生3个落花生属和拟南芥的AP2蛋白序列，以及二穗短柄草(Brachypodium distachyon)AP2家族成员Bradi2g37800.13.p、鹰嘴豆AP2家族成员XP 004506004.1、黄花蒿(Artemisia annua)AP2家族成员Aan013559、木豆(Cajanus cajan)AP2家族成员C.cajan 21449、大豆(Glycine max)AP2家族成员Glyma.12G073300.1.p、绿豆(Vigna radiata)AP2家族成员Vradi03g03260.1、芸豆(Phaseolus vulgaris)AP2家族成员Phvul.011G071100.1、向日葵(Helianthus annuus)AP2家族成员Han007343、芝麻(Sesamum indicum)AP2家族成员XP 011089852、蓖麻(Ricinus communis)AP2家族成员28752.m000339、玉米(Zea mays)AP2家族成员GRMZM2G700665 P03、印度水稻(Oryza sativa ssp. indica)AP2家族成员BGIOSGA018911-PA、小麦(Triticum urartu)AP2家族成员TRIUR3 14819-P1的蛋白序列。

　　1.2 方法

　　1.2.1 蔓花生AP2基因家族理化性质的分析及亚细胞定位 利用在线程序PrtoParam[44-47](https：//web.expasy.org/protparam/)统计蔓花生AP2基因家族的编码氨基酸数量、理论等电点、分子量、带正电荷氨基酸残基数、带负电荷氨基酸残基数和脂肪族氨基酸指数及总平均亲疏水性等理化性质信息，并在PlantTFDB数据库中以拟南芥基因序列为探针，进行BLAST对比。利用在线软件CELLOv2.5(http：//cello.life.nctu.edu.tw/)[48]对17条蔓花生的AP2蛋白序列进行亚细胞定位。

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文章名称： 蔓花生AP2基因家族的生物信息学分析

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