脂類既是植物生命活動(dòng)重要的能量來源,也是細(xì)胞膜系統(tǒng)不可或缺的結(jié)構(gòu)成分,在植物生長發(fā)育和逆境反應(yīng)等生命活動(dòng)過程中都起到至關(guān)重要的作用。隨著脂類代謝研究的不斷深入,植物脂類合成通路已漸漸明晰,其中連通不同細(xì)胞器間脂類合成中間物質(zhì)運(yùn)送的膜蛋白也正被不斷發(fā)現(xiàn),但對(duì)質(zhì)體脂類轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白還鮮有報(bào)道�？缒さ鞍�14家族（Transmembrane 14 family, Tmemb₁4 family）是一個(gè)新發(fā)現(xiàn)的跨膜蛋白家族,目前只有擬南芥FAX1 （Fatty Acid Export 1）和斑馬魚TMEM14已被克隆鑒定,該家族其他成員的生物學(xué)功能還未見報(bào)道。AtFAX1參與植物質(zhì)體長鏈脂肪酸的跨膜外運(yùn),其功能喪失顯著降低植物生物量并影響花粉發(fā)育和育性。本研究通過生物信息手段對(duì)擬南芥和水稻中的跨膜蛋白14家族成員的進(jìn)化關(guān)系、蛋白理化性質(zhì)、結(jié)構(gòu)域功能和編碼基因的表達(dá)模式進(jìn)行了分析,揭示了Tmemb₁4家族成員在單、雙子葉植物進(jìn)化中的功能分化,為進(jìn)一步研究跨膜蛋白14家族成員的生理功能提供了理論依據(jù)。 

【文章來源】：基因組學(xué)與應(yīng)用生物學(xué). 2020,39(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

At FAX1蛋白跨膜信號(hào)和親疏水性的預(yù)測(cè)

其次，本研究利用TMHMM Server和ProtScale在線分析工具對(duì)蛋白跨膜結(jié)構(gòu)域和親疏水性進(jìn)行了進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)擬南芥和水稻跨膜蛋白14家族蛋白在這方面的一些共性：(1)Tmemb＿14跨膜結(jié)構(gòu)域由4個(gè)獨(dú)立且相似的超二級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)成(4個(gè)疏水的α螺旋結(jié)構(gòu)域)，均具有較高的疏水性，因此，在跨膜區(qū)易與長鏈脂肪酸特異性結(jié)合。除Os FAX7外，擬南芥和水稻跨膜蛋白14家族蛋白結(jié)構(gòu)中沒有其他的疏水信號(hào)。(2)在兩側(cè)非跨膜區(qū)和α螺旋結(jié)構(gòu)之間出現(xiàn)不定個(gè)親水域(圖1)。以At FAX1為例，4個(gè)跨膜蛋白域中第2個(gè)超二級(jí)結(jié)構(gòu)的跨膜信號(hào)預(yù)測(cè)結(jié)果被膜外信號(hào)超過(圖2A)，結(jié)合蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)結(jié)果(Li et al.,2015),AtFAX1的跨膜結(jié)構(gòu)域?qū)儆赥MEMB14C型，第2個(gè)超二級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)象可能與其它3個(gè)平行的超二級(jí)結(jié)構(gòu)呈一定空間角，因此不能實(shí)現(xiàn)跨膜。(3)4個(gè)超二級(jí)結(jié)構(gòu)均對(duì)應(yīng)高疏水域，靠近N端有兩個(gè)親水信號(hào)域在膜內(nèi)，靠近C端有一個(gè)親水信號(hào)域在膜外(圖2B)。再次，本研究利用ProtScale對(duì)所有蛋白的脂溶指數(shù)和不穩(wěn)定指數(shù)(Ⅱ)進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)果表明(表2)，擬南芥和水稻的跨膜蛋白14家族蛋白的脂溶指數(shù)都超過了70，其中AtFAX5和AtFAX7的脂溶指數(shù)超過了110，有極強(qiáng)的脂溶性和較高的熱穩(wěn)定性。同時(shí)具有較強(qiáng)親水域和疏水域的蛋白一般都是不穩(wěn)定蛋白，另外，ProtScale中預(yù)測(cè)不穩(wěn)定指數(shù)(Ⅱ)超過40的蛋白也為不穩(wěn)定蛋白(Gasteiger et al.,2005)。據(jù)此判斷，僅有AtFAX5、AtFAX6和AtFAX7屬于穩(wěn)定蛋白，其余10個(gè)跨膜蛋白14家族蛋白理論上都為不穩(wěn)定蛋白。

軟件預(yù)測(cè)和實(shí)際定位實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明AtFAX1是定位在葉綠體內(nèi)膜的跨膜蛋白(表1)(Li et al.,2015)。本研究的預(yù)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除了具有極強(qiáng)疏水性的跨膜區(qū)域外，AtFAX蛋白還具有較強(qiáng)的親水性。AtFAX1蛋白N端具有強(qiáng)親水性，游離在葉綠體基質(zhì)之中；C端也同樣具有較高的親水性，游離于葉綠體雙層膜的膜間間隙中。因?yàn)锳tFAX1有疏水性的跨膜區(qū)域，可以方便地結(jié)合疏水性的脂肪酸，從而實(shí)現(xiàn)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。然而，AtFAX1非跨膜區(qū)并不存在其它疏水區(qū)域，因此，AtFAX1實(shí)現(xiàn)脂肪酸的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)運(yùn)的機(jī)制目前還不清楚。本研究注意到At FAX1的非跨膜區(qū)還有很多潛在磷酸化位點(diǎn)和親水信號(hào)，這些親水區(qū)域及其磷酸化位點(diǎn)是否與At FAX1的脂類運(yùn)輸有關(guān)？這些區(qū)域和位點(diǎn)是否與信號(hào)傳導(dǎo)或與蛋白互作相關(guān)？盡管詳細(xì)的分子機(jī)制值得后續(xù)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證明，本研究的生信分析結(jié)果表明，跨膜蛋白14家族(AtFAX5,AtFAX6和AtFAX7除外)可能是同時(shí)擁有強(qiáng)疏水和強(qiáng)親水性的脂類轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。圖4 擬南芥和水稻跨膜蛋白14家族蛋白編碼基因在生殖發(fā)育過程中的表達(dá)模式及聚類分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]擬南芥脂肪酸外運(yùn)蛋白FAX1影響雄性生殖發(fā)育的機(jī)制[J]. 劉艷艷,陳雨沁,石壘,石建新.  植物生理學(xué)報(bào). 2018(01)



本文編號(hào)：3466778