番茄晚疫病抗性基因的电子定位和结构分析(2)
番茄晚疫病(Phytophthora infestans)在世界各番茄主产区普遍发生，是番茄生产上的主要障碍之一，已造成非常严重的经济损失。晚疫病是由致病疫霉菌[Phytophthora infestans(Mont .)de Bary]引起的，此病原菌最初发现于马铃薯病株上，后来在番茄病株上也发现此类病原菌。晚疫病是一种可导致植株茎叶死亡和块茎腐烂的毁灭性病害[1]，造成马铃薯生产种植每年遭受数十亿美元的损失[2] 。由于不断出现的病原菌新种群，使得致病疫霉菌群体的有性重组机会增加，加快了生理小种的变异，导致番茄品种抗性逐渐丧失，加重了晚疫病病害的发生，对番茄生产的发展造成严重的威胁[3]。目前，利用化学药剂防治晚疫病不仅会影响环境还会使病原菌产生抗药性[4], 抗病基因防治晚疫病将会是一种经济有效并可以长期利用的方法。
番茄基因组测序工作在中国的努力参与下历时8年于2012年5月31日圆满完成，中国科学家高质量完成番茄基因组测序总任务的1/6，表明中国在该领域已经具备较高的水平。但目前对番茄晚疫病抗性基因研究的相关研究报道还较少，马铃薯晚疫病的研究已经取得较快进展，有来源于Solanum bulbocastanum 的Rpi-blb1[5]，Rpi-blb2[6]等抗晚疫病基因被克隆出来。这些研究对于克服番茄晚疫病抗性育种研究具有潜在应用价值，而研究和分析番茄晚疫病抗性基因的相关特性是对抗病基因研究的基础。
总的来说，各国科研工作者也已经越来越关注番茄晚疫病的研究进展，国内外对其抗病遗传、育种、病原菌特性、寄主抗病性等方面的研究报道也越来越多[7]，但是大多数研究工作还处于较为起步的阶段，整体上缺乏系统性研究，因此，番茄晚疫病抗性基因的研究与分析对其功能的研究具有重要的意义。本研究利用生物信息学的方法从基因和蛋白质水平上对番茄晚疫病抗性基因信息进行挖掘、分析和研究，为进一步研究番茄晚疫病抗性基因的功能奠定了基础。
1. 材料和方法
1. 1 数据库的检索
利用NCBI数据库进行检索晚疫病抗性蛋白的氨基酸序列，在番茄里面共得到81条序列，下载后作为分析序列进行生物信息学分析。
1. 2序列分析
将得到的81条番茄晚疫病抗性蛋白质序列在NCBI平台上进行基因组定位信息等检索；利用DNA-MAN软件进行系统进化分析，构建有根树；在NCBI平台上进行链接可获得番茄晚疫病抗性基因的基因结构信息。
1. 3番茄晚疫病抗性蛋白结构分析
1.3.1 番茄晚疫病抗性蛋白一级结构分析
利用ExPASy网站提供的在线Prot-Param软件（http://web.expasy.org/protparam/）进行氨基酸数目、相对分子质量、理论等电点(pI)、脂肪族氨基酸数、蛋白质疏水性(grand average of hydropathicity)分析。
1.3.2 番茄晚疫病抗性蛋白二级结构分析
利用ExPASy网站提供的在线SOPMA程序（http://npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_ automat.pl?page=npsa_sopma.html）预测α螺旋(α-helix)、扩展束(Expanded beam)、β转角(β-turn)、无规则卷曲(random coil)等。
1.3.3 番茄晚疫病抗性蛋白三级结构分析
利用ExPASy网站提供的在线Swiss-Model软件(http://swissmodel.expasy.org/interactive)进行同源建模。
2. 结果与分析
2.1 番茄晚疫病抗性基因家族成员的挖掘
在NCBI检索出的番茄晚疫病抗性基因家族蛋白，共81条氨基酸序列，可以根据他们之间的水平同源性关系远近将其分为7个亚族。
2.2番茄晚疫病抗性蛋白的系统发生树分析
为了进一步分析和认识番茄晚疫病抗性蛋白的特征，本研究对检索得到的81条番茄晚疫病抗性蛋白质序列水平同源关系进行了评估。利用DNA-MAN软件进行系统进化分析得到的有根树（图 2）可以看出，有些分支很长（第七族），说明这些基因的“祖先”基因在很早的时间就发生了分化，相应基因序列已经发生很大的变化；有些基因分支较近（第优尔族），说明这些基因发生序列变异而出现进化的历史较短。全部氨基酸序列一起被分为了7个亚族。在1-7亚族中，含有的番茄晚疫病抗性蛋白质序列的条数（图1）分别为：19、8、12、12、5、8、17。说明番茄晚疫病抗性蛋白的进化过程很漫长，中间发生过基因复制、转位、漂变等。
上一篇：黑豆豆芽异黄酮微波提取工艺研究