烟草COMT蛋白序列的分析

吴杰　杨昭明　李振　杨志孝　杨继祥　苏家恩

摘 要：为分析烟草COMT蛋白序列，采用Prabi、Swissmodel和Protscale分析烟草COMT的二级结构、空间结构和疏水性的分析。结果表明，NtCOMT1、NtCOMT2和NtCOMT3的二级结构均以α-螺旋为主，分别为43.84%、44.78%和43.96%；烟草COMT空间结构由两条多肽链组成，呈中心对称，β-折叠主要空间结构的上下端；NtCOMT1和NtCOMT2为亲水性蛋白，NtCOMT3为疏水性蛋白。

关键词：烟草；COMT；蛋白序列

中图分类号：S572 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）04-0017-03

Abstract： To analyze the COMT protein sequence of tobacco， Prabi， Swissmodel and Protscale were used to analyze the secondary structure， spatial structure and hydrophobicity of tobacco COMT. The results showed that the secondary structures of NtCOMT1， NtCOMT2 and NtCOMT3 were mainly α-helix， which were 43.84%， 44.78% and 43.96% respectively. The spatial structure of tobacco COMT consisted of two polypeptide chains， which were centrally symmetric and β-fold is mainly in the upper and lower ends of the spatial structure； NtCOMT1 and NtCOMT2 are hydrophilic proteins， and NtCOMT3 is a hydrophobic protein.

Keywords： tobacco； COMT； protein sequence

引言

烟草从鲜烟叶到成品烟，需要经历多个加工阶段，其中包括调制，然而通过调制过程改变烟叶状态的其中一个指标为烟叶水分[1]，烟叶在调制过程中的水分变化程度与烟叶的自身状态存在一定的相关性[2]，其中烟叶组织中木质素的含量可影响烟叶组织水分的变化，甚至造成烟叶霉变[3]，而木质素的形成需经过一系列的物质代谢，并需要相关的酶进行催化，其中咖啡酸3-O-甲基转移酶（COMT）是作为催化木质素合成的相关[4]，为此，笔者对烟草COMT蛋白序列进行研究，为进一步明确烟草COMT作用机制提供一定的依据。

1 材料与方法

1.1 烟草COMT蛋白序列的获取

利用数据库NCBI[5]，提取登录序列号依次为NP_001312531、AAL91506和NP_001312378的草烟COMT的蛋白序列，并次对其命名NtCOMT1、NtCOMT2和NtCOMT3[6]。

1.2 方法

采用Prabi、Swissmodel和Protscale工具，对烟草COMT蛋白序列进行二级结构、空间结构和疏水性的分析。

2 结果与分析

2.1 烟草COMT蛋白序列的二级结构

烟草COMT蛋白序列的二级结构为其三维结构的折叠奠定基础，因此，研究烟草COMT蛋白序列二级结构的类型、数量和分布，从而对烟草COMT进行深入地了解，结果如表1所示。NtCOMT1的二级结构，以α-螺旋所占比例最多，为43.84%，共有160个，并集中分布在序列的N端，中间区域和C端，以β-转角所占比例最少，为8.49%，共有31个，主要集中中间区域和C端，无规则卷曲所占比例是β-折叠所占比例的两倍左右，分别为32.05%（117）和15.62%（57），其中无规则卷曲分布无明显规律，而β-折叠主要分布在中间区域和C端；NtCOMT2二级结构的各类型和分布与NtCOMT1较为相似，各类型所占比重和数量分别为α-螺旋44.78%，共163个，β-转角所占比例为6.87%，共有25个，无规则卷曲所占比例为32.97%，共有120个，β-折叠所占比例为15.38%，共有56个；NtCOMT3的二级结构和规律与NtCOMT1较为相似，二级结构所占比例由大到小依次为α-螺旋、无规则卷曲、β-折叠和β-转角，其所占比例和个数依次为43.96%（160）、35.44%（129）、14.29%（52）和6.32%（23），含α-螺旋最多的成员为NtCOMT2，含无规则卷曲最多的成员为NtCOMT3，含β-折叠和β-转角最多的成员为NtCOMT1。

2.2 烟草COMT蛋白序列的空间结构

通过分析烟草COMT蛋白序列的空间结构，可以更加直观的观测该序列的二级结构折叠后的分布情况，以及功能域可能分布的情况，结果如图1所示。图1-A的NtCOMT1序列经过多次比对，获得匹配程度较高的五个序列模板分别为5cvj.1.A、1fpq.1.A、2zbp.1.A、2nxe.1.A和3cjq.1.A，烟草COMT以上五個模板序列的相似性分别为46%、42%、28%、28%和28%，NtCOMT1的空间结构由66个β-转角、39个α-螺旋和28个β-折叠的二级结构组成，该空间结构由两条肽链组成，并且呈现中心对称的原则进行排布，其中β-折叠主要分布在空间结构的上下端，而左右两端存在部分β-折叠，其功能域可能位于中间；图1-B的NtCOMT2空间结构的序列模板与NtCOMT1，其中前两位模板的相似性分别为46%和41%，其余三位模板的相似性均为27%，NtCOMT2空间结构的β-转角和β-折叠的二级结构数目与NtCOMT1相同，而α-螺旋为37个，其空间的排布和功能域与NtCOMT1相同；图1-C的NtCOMT3空间结构与NtCOMT1和NtCOMT2有明显的差异，该序列具有四个匹配程度较高的模板，分别为1kyz.1.B（55%）、3egv.1.A（28%）、2zbp.1.A（28%）和2nxe.1.A（28%），NtCOMT3的空间结构由66个β-转角、38个α-螺旋和18个β-折叠的二级结构组成，其空间的排布和功能域与NtCOMT1相同。

2.3 烟草COMT蛋白序列的疏水性

通过对烟草COMT的疏水性的分析，图2-A显示，NtCOMT1以第299（谷氨酸）和300（丙氨酸）位的氨酸具有最强的疏水性，其值均为2.456，其次为第352位的异亮氨酸（2.256），第298位的缬氨酸（2.200）等共188个疏水氨基酸，以第101位的甘氨酸（-2.967），其次为第100和99位的天冬氨酸（-2.811和-2.856）等共含有177个亲水性氨基酸，NtCOMT1的疏/亲值为 -0.069，表说该序列为亲水性蛋白；图2-B显示，NtCOMT2前四位的疏水性氨基酸类型和分值均与NtCOMT1相同，但位置不同，分别为第298、299、351和297位，该序列共含有182个疏水性氨基酸，同时含有182个亲水性氨，其中前三位的疏水性氨基酸类型和位置均与NtCOMT1相同，但分值不同，分别为-3.011、-2.9和-2.856，整体疏/亲的值为-0.083，表说NtCOMT2为亲水性蛋白；图2-C显示，NtCOMT3的疏/亲水性与NtCOMT1和NtCOMT2有一定的差异，以第126位的脯氨酸具有最强的疏水性，其值为2.344，其次为第297位的谷氨酸（2.444），第125位的异亮氨酸（2.089）等共含有191个疏水氨基酸，以第330位的精氨酸（-2.7），其次为第332（-2.689）和329（-2.489）位的谷氨酸等共含有173个亲水性氨基酸，整体疏/亲的值为0.016，表说NtCOMT3为疏水性蛋白。

3 结论与讨论

烟草COMT的二级结构以α-螺旋为主，而α-螺旋有利于序列空间结构的稳定，因此说明烟草COMT不易于受到环境的影响而破坏其功能，由于各成员中各类型的二级结构含量不同，以α-螺旋含量为依据，其稳定性由大致小应依次为NtCOMT2、NtCOMT3和NtCOMT1，此外，NtCOMT1和NtCOMT2二级结构相似，而NtCOMT3的二级结构存在一定的差异，说明烟草COMT功能的多样性[7]；烟草COMT的空间结构是两条肽链组成，且具有中心对称的性质，由此推測烟草COMT的功能域可能位于COMT的空间结构的中心位置[8]，由于NtCOMT1和NtCOMT2空间结构均与5cvj.1.A相似，NtCOMT3的空间结构与1kyz.1.B，表明NtCOMT3的功能与NtCOMT1和NtCOMT2存在差异；NtCOMT1和NtCOMT2为亲水性蛋白，而NtCOMT3为疏水性蛋白，表明NtCOMT3执行功能的位置可能与NtCOMT1和NtCOMT2具有互补性[9]。

参考文献：

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