عنوان

تجزیه بیوانفورماتیکی پروتئین های درگیر در تحمل گندم به تنش شوری

پ۲۵۴۳۸

per

تجزیه بیوانفورماتیکی پروتئین های درگیر در تحمل گندم به تنش شوری

آرزو اصل علیزاده

کشاورزی

۱۴۰۰

۱۱۳ص

سی دی

کارشناسی ارشد

بیوتکنولوژی کشاورزی

۱۴۰۰/۰۵/۰۵

چکیده: شوری یکی از مهم‌ترین تنش‌های محیطی است که باعث اختلال در رشد طبیعی گیاهان می‌شود. گیاه برای مقابله با شرایط تنش‌زا، از جمله تنش شوری مکانیسم‌های مختلفی را به کار می‌گیرد که از مهم‌ترین آنها در سطح مولکولی، تغییر در بیان پروتئین‌ها است. تغییر بیان پروتئین‌ها در گرو تغییرات فیزیکوشیمیایی آنها مثل نیمه عمر، شاخص پایداری، نقطه ایزوالکتریک، وزن مولکولی، ضریب خاموشی و غیره است. همچنین شناسایی الگوها و دمین‌های پروتئینی، پیش‌بینی تغییرات در ساختار فضایی و کنش پروتئین‌ها را امکان‌پذیر می‌سازد. در این پژوهش تعدادی از پروتئین‌های دارای تغییر بیان تحت تنش شوری در گیاه گندم، براساس مطالعات پروتئومیک قبلی انتخاب و برای تجزیه و تحلیل‌های بیوانفورماتیکی استفاده شده است. خصوصیات فیزیکوشیمیایی پروتئین‌ها با نرم‌افزار ProtParam، بررسی دمین‌های پروتئینی با نرم‌افزارهای InterProScan و CDD، بررسی الگوها جهت پیش‌بینی تغییرات پس ترجمه‌ای با نرم‌افزار ScanProsite، بررسی تشابه با نرم‌افزار Blast و همردیفی با پروتئین‌های مشابه جهت شناسایی بلوک‌های محافظت شده با نرم‌افزار T- Coffee انجام شد. از بین 25 پروتئین مرتبط با تنش شوری 20 پروتئین دارای نیمه عمر بیشتر از 20 ساعت بودند. وزن مولکولی این پروتئین‌ها بین 13 تا 117 کیلو دالتون بوده و 15 پروتئین شاخص ناپایداری کمتر از 40 داشته و پایدار برآورد شدند. بررسی وضعیت قرارگیری این پروتئین‌ها در سلول با استفاده از دو نرم افزار TMHMM و Protscale، مشخص کرد که از بین پروتئین‌های درگیر در تنش شوری گندم در این مطالعه پروتئین‌های آکواپورین، Plasma membrane intrinsic protein، Plasma membrane ATPase و Rust resistance kinase Lr 10 پروتئین‌های به شدت آبگریز هستند که بخش عمده ساختار آنها در داخل غشا قرار می‌گیرند. از بین این 25 پروتئین، 8 پروتئین انتخاب و برای شناسایی الگوها، دمین‌ها، ساختار و عملکرد مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. یکی از این پروتئین‌ها - توبولین به عنوان یک مونومر به همراه - توبولین در یک دایمر به نام - توبولین شرکت می‌کند. توبولین، بخش عمده میکروتوبول‌ها را ایجاد می‌کند که برای رشد و تقسیم سلولی ضروری‌اند. این پروتئین دارای یک الگو به نامTubulin subunits alpha, beta and gamma signature و یک دمین به نام PLN00221 می‌باشد. برای پروتئین تریوزفسفات‌ایزومراز، دمینی با نام TIM- like beta/ alpha barrel domains که در مکانیسم کاتالیزوری نقش دارد و برای پروتئین کالمودولین یک دمین به نام PTZ00184 شناسایی شد که دمین متصل شونده به کلسیم می‌باشد. برای پروتئینPutative glycine decarboxylse subunit دمینی به نام PRK01202 شناسایی شد که فعالیت کربوکسیلازی دارد. برای پروتئین Cu/ Zn superoxide dismutase دمین شناسایی شده با عنوان SOD می‌باشد که در جذب سوپراکسید نقش دارد. برای پروتئین Fructose- bisphosphate aldolase دمین کاتالیتیکی با عنوان PLN02455 و برای پروتئین Hsp 70- Hsp 90 organizing protein دمین STI 1 که دارای خاصیت ATPase می‌باشد، شناسایی شد. برای پروتئین 2-Cys proxiredoxin BAS 1 دمین PRX- Typ 2 cys شناسایی شد که نقش مهمی در تنظیم اکسیداسیون- احیای سلولی دارد. در بررسی تشابه، تشابه این پروتئین‌ها با پروتئین‌های شناخته‌شده دیگر در پایگاه‌های اطلاعاتی پروتئینی جهت شناخت بهتر عملکرد و ساختار پروتئینی استفاده شد. برای تریوز‌فسفات‌ایزومراز، Putative glycine decarboxylase subunit،Cu/Zn superoxide dismutase، آلفا‌توبولین، Fructose- bisphosphate aldolase، Hsp 70- Hsp 90 organizing protein و 2- Cys peroxiredoxin مشخص شد که این پروتئین‌ها به ترتیب بیشترین شباهت را با تریوزفسفات‌ایزومراز سیتوسولی در چاودار، Glycine cleavage system H protein میتوکندریایی، Superoxide dismutase [Cu- Zn] کلروپلاستی، tubulin alpha chain، Fructose- bisphosphate aldolase 6- cytosolic،Hsp 70- Hsp 90 organizing protein و پراکسی‌ردوکسین در آرابیدوپسیس دارند. با انتخاب 22 توالی که تشابه 30 تا 70 درصدی با بقیه پروتئین‌های مورد مطالعه نشان می‌داد بلوک‌های حفاظت‌شده در این توالی‌ها مورد شناسایی قرار گرفت. برای پروتئین Putative glycine decarboxylase subunit بلوک حفاظت‌شده‌ای با نام Na- H- Exchanger که در خروج سدیم در زمان تنش شوری نقش دارد و برای Cu/Zn superoxide dismutase بلوک حفاظت‌شده‌ای که برای فعالیت‌های آنتی‌اکسیدانی ضروری است و برای آلفاتوبولین یک بلوک حفاظت شده با حدود 30 اسیدآمینه که برای اتصال به نوکلئوتید ضروری است شناسایی شد. در پروتئین فروکتوز بیس‌فسفات‌آلدولاز، یک بلوک حفاظت‌شده شناسایی شد که برای فعالیت‌های گلیکوزیل ترانسفراز ضروری است.

Abstract:Salinity is one of the most important environmental stresses that disrupt the natural growth of plants. Plant use different mechanisms to cope with stress conditions, such as salinity, in which changes in protein expression is the most important one at molecular level. Changes in protein expression depends on their physicochemical changes such as half- life, stability index, iso-electric point, molecular weight, extinction coefficient etc. Furtermore, identification of motifs, patterns and protein domains make it possible to predict changes in the conformation, structure and proteins functions. In this research was selected a number of changed protein in expression under salinity stress in wheat based on the previous proteomic studies for further was selected bioinformatic analysis. Study Physicochemical properties of proteins by ProtParam software, identification of domains by InterProScan and CDD, identification patters for prediction of post translational modification by ScanProsite, similarity by Blast, alignment of similar proteins for identification of conserved block was performed by T-Coffee. Out of the 25 proteins associated with salinity stress, 20 proteins have a half-life more than 20 hours. The molecular weight of these proteins was varied between 13 to 117 kDa and 15 protein showed instability index of less than 40 and therefore classified as stable proteins. Investigation of proteins using TMHMM and Protscale softwares, it was found that Aquaporins, Plasma membrane intrinsic proteins, Plasma membrane ATPase and Rust resistance kinase Lr10 are highly hydrophobic proteins, whose major structure located inside the membranes. Out of 25 proteins, 8 proteins were selected and analyzed for identification of patterns, domains, structure and function. -tubulin as a monomer participates with -tubulin to make -tubulin dimer. Tubulin create a major part of microtubules that are essential for cell growth and division. This protein consisted of one pattern, Tubulin subunits alpha, beta and gamma signature domain namly PLN00221. For the Triosphosphate isomerase protein, a domain called TIM, which is involved in the catalytic mechanism and for the Calmodulin protein a domain called PTZ00184 was identified which is a calcium binding domain. For the Putative glycine decarbixylase subunit a domain called PRK01202 has been identified that has carboxylase activity. For Cu/Zn superoxide dismutase protein the domain called as SOD is involved in the absorption of superoxide. For Fructose-bisphosphate aldolase protein, the catalytic converter domain was identified as PLV02455 and for Hsp 70- Hsp 90 organizing protein, STI1 domain was identified with ATPase property. For the 2- Cys peroxiredoxin BAS 1 protein, for the PRX-Typ 2 cys domain that plays an important role in regulating oxidation- cell reduction. In identification similarity, the similarity of these proteins with other proteins of protein databases were used to better understanding protein structure and function. For Triose phosphate isomerase, Putative glycine decarboxylase subunit, Cu/Zn superoxide dismutase, - tubulin, Fructose- bisphosphate aldolase, Hsp 70- Hsp 90 organizing protein and 2- Cys peroxiredoxin, these proteins were found to be most similar to cytosolic triose phosphate isomerase in Rye, Glycine cleavage system H protein, mitochondrial, Superoxide dismutase [Cu/ Zn] chloroplastic, tubulin alpha chain, Fructose- bisphosphate aldolase 6- cytosolic and Peroxiredoxin in Arabidopsis respectively. Also by choosing between 22 sequences that showed 30 to 70 percent similarity identified conserved blocks in proteins sequence. For Putative glycine decarboxylase subunit protein called a conserved block Na- H- Exchanger that is involved in sodium excretion during salinity stress, for Cu/ Zn superoxide dismutase a conserved block that is essential for antioxidant activity, and for - tubulin, a conserved block with about 30 amino acids that is essential for nucleotide binding. Has been identified in the Fructose- bisphosphate aldolase protein a conserved block was identified that is essential for glycosyltransferase activity

Bioinformatics analysis of proteins associated in wheat tolerance to salinity stress

‏اصل علیزاده،

‏ آرزو

تهيه کننده

‏تورچی،

بنده حق،

‏محمود

‏ علی

استاد راهنما

استاد مشاور

‏ تبریز