本文關(guān)鍵詞：植物磷酸化蛋白質(zhì)組的生物信息學分析

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【摘要】：蛋白質(zhì)磷酸化是指通過蛋白激酶的催化作用將ATP中的磷酸基團轉(zhuǎn)移到底物蛋白質(zhì)特定氨基酸殘基上的過程。磷酸化具有可逆性,去磷酸化由磷酸酶介導。作為最重要也是目前研究最為廣泛的蛋白質(zhì)翻譯后修飾之一,可逆的磷酸化修飾在植物的生長發(fā)育過程中起著至關(guān)重要的作用,幾乎參與了所有的生物學過程,例如新陳代謝、信號轉(zhuǎn)導、環(huán)境響應等。近年來,隨著高通量蛋白質(zhì)組學技術(shù)的快速發(fā)展,植物磷酸化數(shù)據(jù)呈現(xiàn)了爆炸式的增長,如何從海量的數(shù)據(jù)中提取有用的信息成為該領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。本文針對植物蛋白質(zhì)磷酸化開展了生物信息學研究,包括數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、軟件開發(fā)以及網(wǎng)絡分析等,并取得一系列研究成果。 蛋白質(zhì)磷酸化底物位點是磷酸化修飾的調(diào)控對象,因此了解底物位點是研究磷酸化調(diào)控的基礎。通過編審PubMed數(shù)據(jù)庫中的文獻,我們手工搜集了經(jīng)實驗鑒定的植物磷酸化底物位點數(shù)據(jù),并整合其他公共數(shù)據(jù)庫中的可用資源構(gòu)建了一個全面的植物磷酸化數(shù)據(jù)庫dbPPT。該數(shù)據(jù)庫總共包含了20個植物物種中31,012個磷酸化蛋白質(zhì)上的82,175個磷酸化位點。與其他數(shù)據(jù)庫相比,dbPPT數(shù)據(jù)庫所含的磷酸化位點更多、覆蓋的植物種類也更為廣泛。此外,我們對該數(shù)據(jù)庫中的磷酸化蛋白質(zhì)及磷酸化位點進行了詳細的注釋。 蛋白激酶是磷酸化修飾的關(guān)鍵調(diào)控因子,我們以粳稻為例描述了植物蛋白激酶鑒定的計算方法及流程。首先,通過整合經(jīng)實驗驗證并分類的蛋白激酶,在家族層面上構(gòu)建了相應的隱馬爾科夫模型；然后,利用已構(gòu)建的隱馬爾科夫模型對粳稻的非冗余蛋白質(zhì)序列進行搜索,從而來預測該物種的潛在蛋白激酶。對于沒有隱馬爾科夫模型的激酶家族,我們采用同源搜索的方式對該家族相應的蛋白激酶進行了鑒定。通過以上兩種方式,總共鑒定出分布在9個組46個激酶家族中的1,296個粳稻蛋白激酶。 在了解磷酸化底物位點與蛋白激酶的基礎上,激酶特異性調(diào)控關(guān)系的鑒定是研究磷酸化修飾的關(guān)鍵。由于計算預測能夠為激酶與底物調(diào)控關(guān)系的研究提供有價值的參考信息,因此我們開發(fā)了GPS3.0軟件來預測真核生物潛在的激酶特異性磷酸化位點。首先,基于文獻閱讀搜集了實驗證實的激酶特異性磷酸化位點；然后,利用該數(shù)據(jù)集作為訓練集并采用之前開發(fā)的GPS算法進行模型訓練,繼而開發(fā)了GPS3.0預測軟件。經(jīng)過嚴格的評估與比較,該軟件的預測性能優(yōu)于其他同類工具,能夠預測到464個人類蛋白激酶的潛在磷酸化位點,并實現(xiàn)了預測結(jié)果多方面的可視化。 在植物磷酸化數(shù)據(jù)庫和激酶特異性磷酸化位點預測軟件開發(fā)的基礎上,我們還首次提出了進一步研究植物體內(nèi)位點特異性激酶與底物相互關(guān)系的方法。該方法整合了GPS的激酶特異性磷酸化位點預測、植物的磷酸化組學數(shù)據(jù)以及蛋白激酶和蛋白質(zhì)相互作用信息�；趯嶒烌炞C的植物激酶特異性磷酸化位點數(shù)據(jù)集的檢驗結(jié)果表明,該方法在植物中的預測可行且可靠。利用基于隱馬爾科夫模型和同源搜索的計算方法鑒定的粳稻、秈稻以及普通野生稻的蛋白激酶,采用該方法對水稻的磷酸化蛋白質(zhì)組進行了預測和分析,磷酸化網(wǎng)絡分析結(jié)果表明：水稻磷酸化調(diào)控網(wǎng)絡為無尺度網(wǎng)絡,該網(wǎng)絡與抗病過程高度相關(guān)但在抗逆過程中卻不是很富集,而人工選擇大大加快了水稻磷酸化調(diào)控的進化速率等。 從磷酸化數(shù)據(jù)的整合、蛋白激酶的鑒定到激酶與底物相互關(guān)系預測軟件的開發(fā)以及磷酸化調(diào)控網(wǎng)絡的分析,本工作系統(tǒng)地研究了植物中的蛋白質(zhì)磷酸化修飾,為深入探索磷酸化的分子機制及其在植物生長發(fā)育過程中的調(diào)控作用提供了新的方法和思路。
【關(guān)鍵詞】：蛋白質(zhì)磷酸化 蛋白激酶 磷酸化位點 激酶特異性磷酸化位點 位點特異性激酶與底物的相互關(guān)系 水稻
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：Q946;Q811.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-36
• 1.1 植物供酸化簡介11-14
• 1.2 植物播酸化的實驗方法14-21
• 1.3 植物供酸化的生物信`ぱХ治，
  
  本文編號：927594
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