硬粒小麥硒蛋白的生物信息學研究.pdf

1、硒是人及哺乳動物必需的一種微量元素。硒參與甲狀腺激素代謝、抗氧化系統(tǒng)和機體免疫功能的正常發(fā)揮。在原核生物、真核生物和古細菌中都發(fā)現(xiàn)有硒蛋白的存在，其中哺乳動物硒蛋白現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)近30種。但是，植物硒蛋白的研究相對滯后，迄今為止僅見于衣藻硒蛋白的報道。高等植物中硒蛋白是否存在的問題，迄今尚未有明確答案。因此應用生物信息學的研究手段，對高等植物中可能存在的硒蛋白線索進行找尋和分析，在理論研究和實際應用中都具有重要意義。 本文第一部分綜合

2、總結歸納了硒蛋白領域的研究方法和相關成果，對目前植物硒蛋白研究停滯不前的原因進行了分析。在此基礎上，精心設計研究路線和方法，選取硬粒小麥Durum Wheat為研究對象，綜合利用生物信息學手段，對硬粒小麥Durum Wheat中可能存在的硒蛋白進行了探索性研究。 鑒于目前已發(fā)現(xiàn)的硒蛋白均具有SECIS特征結構，首先對Genbank中的Durum Wheat表達核酸序列進行逐一篩選，找到其具有SECIS的序列，共發(fā)現(xiàn)47個具有SE

3、CIS特征結構的目標序列。通過進一步分析和篩選，確定以數(shù)據(jù)量完整的AY146587.1序列及其互補序列為進一步的研究目標。 應用Vector NT等工具對目標序列和衣藻硒蛋白進行綜合比較分析，最終在目標序列發(fā)現(xiàn)一段與衣藻硒蛋白具有較高的結構相似性的表達區(qū)段，并在此基礎上研究分析該目標序列編碼硒蛋白（或同源物）的可能性。針對上述表達區(qū)段沒有發(fā)現(xiàn)TGA堿基區(qū)的問題，再次對目標序列進行了更為全面的搜索和分析研究，又發(fā)現(xiàn)另一段同時具有與

4、衣藻硒蛋白相似結構特征和TGA堿基區(qū)的序列段。這2段表達區(qū)位置臨近并且有交集，都位于GENSCAN預測得到的基因段內(nèi)。 將上述2段序列作為目標對象，以其翻譯后氨基酸序列的結構特征為突破口，利用現(xiàn)有蛋白質數(shù)據(jù)庫和分析工具進行了大量的研究分析，發(fā)現(xiàn)了具有意義的生物信息線索，這些線索均顯示目標序列可能具有和動物硒蛋白相似的功能。綜合分析上述研究結果，認為在目標序列中這一表達區(qū)段范圍內(nèi)，存在硒蛋白的可能性很大，并推測其功能作用與硬粒小麥

5、Durum Wheat胚胎發(fā)育時期能量調節(jié)相關。 同時在研究過程中發(fā)現(xiàn)，完全依賴基于現(xiàn)有知識的生物信息學分析工具和方法對高等植物可能具有的硒蛋白進行研究，局限性很大，這與動物硒蛋白研究領域的情況有很大不同。結合本課題研究的結果，綜合分析目前植物硒蛋白研究領域現(xiàn)狀，提出合理的解釋和推斷：高等植物中存在功能與動物硒蛋白相似的硒蛋白，但其具有與動物硒蛋白不同的編碼機理，甚至不能排除高等植物中存在未知氨基酸的可能性。正是由于這個原因，導

6、致了在硒蛋白研究成果領域中動物和植物的迥然不同。 本論文第一部分闡述的研究成果一方面在高等植物硒蛋白研究領域中取得有意義的發(fā)現(xiàn)和突破；另一方面也提出了大膽的設想和推測，為今后高等植物硒蛋白研究提供了新的思路和方法。 本文第二部分主要針對當前生物試驗中高通量篩選的實際需要，同時也考慮到今后植物硒蛋白生物驗證試驗中可能出現(xiàn)的高通量篩選需求，利用圖論方法，建立了一個高效準確的篩選策略模型，并編制程序實現(xiàn)。通過分析，確定了最佳分

7、組大小與所需次數(shù)及提高效率的關系，并對該策略模型進行生物學驗證，從而建立了一種準確快速的篩選方法。該篩選方法相對于單個檢測速度能提高10-100倍。該方法在具體操作中可根據(jù)實際情況靈活處理，通過調整分組大小，利用程序計算出需要檢測次數(shù)的上界，作為實驗的有利參考。利用這種方法能在92次PCR次數(shù)之內(nèi)從1000個植株材料中快速準確地篩選出10個陽性的轉基因植株。此方法為植物基因工程大量無標記基因轉化后代的快速篩選提供了條件，并對涉及從M個樣