甘蓝型油菜BnLACS的基因特性分析开题报告

1. 研究目的与意义

1.1 本课题的研究背景甘蓝型油菜是三种油用油菜（白菜型油菜、芥菜型油菜、甘蓝型油菜）中籽粒产量最高的种类，1954年我国开始引进欧洲的甘蓝型油菜，但因为刚刚引入，所以栽培技术还不是十分适应，因此甘蓝型油菜在这个时候并没有得到大面积的推广。20世纪80年代是中国油菜等油料作物快速发展的时期，积极开展关于甘蓝型油菜的早熟育种工作，因此培育成了高产、稳产、抗病和广适性的甘蓝型油菜品种，甘蓝型油菜从此以后得到了广泛并且迅速的推广，至此以后，中国油菜生产持续保持着良好的增长势头。油的产量越高说明植物体内关于油脂的代谢越旺盛。甘蓝型油菜的出油率高于其他两种油菜就是因为甘蓝型油菜的合成代谢比较旺盛，它也因此成为了我国重要的油料作物，在我国长江中下游地区被广泛种植。油菜的籽粒中含有丰富的油脂，可以压榨成油，并且是一种重要的食用油。压榨完油的油菜籽就是很香的饼粕，饼粕中富含植物蛋白，可以作为家禽的饲料，其营养价值很高，经过生物发酵的处理后的饼粕也可以作为培养微生物的饲料。长链脂酰辅酶A合成酶（LACS）是属于一个被称为AMP-结合蛋白的超家族，该家族成员都含有一个保守的AMP-结合结构域。该结构域在酶反应、信号传导和转录调控等过程中起催化作用，而且该结构域中含有3个高度保守的氨基酸序列。目前，在甘蓝型油菜中已经发现了五个LACS家族基因，分别是BnLACS1、BnLACS2、BnLACS3、BnLACS4和BnLACS9。研究显示这些基因都有一个保守的AMP-结合结构域，并且都具有LACS蛋白的活性。实验表明，油菜LACS家族中的BnLACS1、BnLACS2和BnLACS9这三个基因均参与了油脂的合成途径。如上所述，甘蓝型油菜作为我国一种重要的油料作物，并且也是菜籽油的来源，其饼粕还能作为具有极高营养价值的动物饲料和微生物的培养基，甘蓝型油菜的产物与人类生活的关系十分紧密，已经是生活中不可或缺的一种农作物。

通过对甘蓝型油菜长链脂酰辅酶A合成酶的研究，有助于分析甘蓝型油菜的油脂合成和分解的过程，因此可以进一步分析出油率与长链脂酰辅酶A合成酶之间的关系，此项研究结果的分析与得出也为未来改良一些其他的油料作物的基因提供了可靠生物数据的依据。生物信息学的分析得到的基础数据也为后续实验的进行提供了数据支撑。

1.2 本课题的目的和意义

本文通过对甘蓝型油菜的长链脂酰辅酶A合成酶进行生物信息学的相关分析，应用生物信息学方法确定甘蓝型油菜的长链脂酰辅酶A合成酶的氨基酸序列，以及对甘蓝型油菜长链脂酰辅酶A合成酶的氨基酸的亲疏水性、可能存在的跨膜区与功能结构区和模体等几个方面的生物学性质进行了分析和预测，并且对该基因的二级结构和三级结构进行了预测分析，并且还将甘蓝型油菜长链脂酰辅酶A合成酶的氨基酸序列与其他物种中长链脂酰辅酶A合成酶的氨基酸序列进行多序列对比和系统分子进化树分析，来观察它们之间的亲缘关系，以便于从已经获得的其它同源物种的研究数据的物种上寻找出甘蓝型油菜长链脂酰辅酶A合成酶更多的特性。对甘蓝型油菜长链脂酰辅酶A合成酶的研究，有助于分析甘蓝型油菜的油脂合成和分解的过程，因此可以进一步分析出油率与长链脂酰辅酶A合成酶之间的关系，以及此项研究结果的分析与得出也为未来改良一些油料作物的基因提供了可靠的依据。生物信息学的分析基础也为后续实验的进行提供了数据支撑。

2. 研究内容和预期目标

2.1 本课题主要研究内容本研究使用生物信息学的研究方法对甘蓝型油菜的长链脂酰辅酶A合成酶进行基因特性的分析：（1）甘蓝型油菜长链脂酰辅酶A合成酶BnLACS基因编码氨基酸序列分析；通过NCBI分析网站中的ORF Finder （http://www.ncbi.nlm.nih.gov/orffinder/）功能将已知的长链脂酰辅酶A合成酶（BnLACS）目的基因序列翻译成氨基酸序列，转化出的氨基酸序列可以被接下来的研究分析所使用；（2）甘蓝型油菜长链脂酰辅酶A合成酶BnLACS基因编码蛋白的理化性质分析；使用ProtParam在线分析工具（https://web.expasy.org/protparam/）对BnLACS的分子量、极性氨基酸含量、疏水性氨基酸比例、等电点进行系统的分析；（3）甘蓝型油菜长链脂酰辅酶A合成酶BnLACS基因编码蛋白的亲疏水性分析；使用Expasy中的Protscale 分析软件（http://web.expasy.org/protscale/） 对长链脂酰辅酶A合成酶（BnLACS）蛋白进行亲疏水性的分析，以此判断其产物是否属于可溶性蛋白；（4）甘蓝型油菜长链脂酰辅酶A合成酶BnLACS基因编码蛋白跨膜区分析；利用分析软件TMHMM2.0（www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/）对BnLACS蛋白进行跨膜区结构分析；（5）甘蓝型油菜长链脂酰辅酶A合成酶BnLACS基因编码蛋白二级结构分析；通过GOR 4（http://npsa-prabi.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=npsa_gor4.html）和 PSIPRED（bioinf.cs.ucl.ac.uk/psipred/uuid=62a0dcd6-a84a-11eb-8d00-00163e100d53）在线分析工具对该氨基酸序列进行二级结构的分析，分析蛋白质的二级结构是由多少数量的α-螺旋、β-折叠和无规则卷曲组成的；（6）甘蓝型油菜长链脂酰辅酶A合成酶BnLACS基因编码蛋白结构域分析；通过InterPro（www.ebi.ac.uk/interpro/）在线分析软件对该蛋白质的结构域进行分析；（7）甘蓝型油菜长链脂酰辅酶A合成酶BnLACS基因编码蛋白模体分析；通过PROSITE（http://prosite.expasy.org）在线分析软件分析蛋白模体，以进一步分析其可能的亚细胞定位；（8）甘蓝型油菜长链脂酰辅酶A合成酶BnLACS基因编码蛋白二硫键分析；先通过前面对BnLACS进行理化性质分析时得到的该蛋白质中各个氨基酸的组成来初步判断出该蛋白中决定二硫键的重要氨基酸——半胱氨酸的存在情况，再使用在线分析软件DiANNA（bioinformatics.bc.edu/clotelab/DiANNA/），对该蛋白质中的二硫键存在的情况进行进一步的具体分析；（9）甘蓝型油菜长链脂酰辅酶A合成酶BnLACS基因编码蛋白三级结构分析；利用SWISS-MODEL （http://swissmodel.expasy.org/interactive）在线分析软件来分析和预测BnLACS蛋白的三级结构模型；（10）甘蓝型油菜长链脂酰辅酶A合成酶BnLACS基因编码蛋白磷酸化位点分析；使用在线工具NetPhos（www.cbs.dtu.dk/services/NetPhos/）分析磷酸化位点的具体位置；（11）甘蓝型油菜长链脂酰辅酶A合成酶BnLACS基因编码蛋白亚细胞定位分析；利用TargetP（www.cbs.dtu.dk/services/TargetP/）分析工具分析该蛋白的亚细胞定位；（12）甘蓝型油菜长链脂酰辅酶A合成酶BnLACS基因与蛋白质的同源性分析；利用分析软件MEGA 7.0.26，分析BnLACS同源基因保守区，同时将BnLACS基因与蛋白序列和其他物种的同源基因序列在MEGA 7.0.26中进行聚类分析，构建进化树。2.2 本课题需要达到的预期目标通过生物信息学的研究分析，能够得到甘蓝型油菜长链脂酰辅酶A合成酶的氨基酸组成及比例，了解该蛋白质的亲疏水性以及它的跨膜特性，进而分析该蛋白质的功能，再通过对该蛋白质的二级结构、结构域、模体、三级结构、二硫键和磷酸化位点的分析可以清楚该蛋白质的结构特点。通过对甘蓝型油菜长链脂酰辅酶A合成酶的研究，分析出甘蓝型油菜的油脂合成和分解的具体过程，以及该长链脂酰辅酶A合成酶对甘蓝型油菜的油脂合成途径的影响，需要进一步分析出油率与长链脂酰辅酶A合成酶之间的关系。

3. 研究的方法与步骤

本课题使用的研究方法：1. 通过NCBI分析网站中的ORF Finder 功能将已知的长链脂酰辅酶A合成酶（BnLACS）目的基因序列翻译成氨基酸序列；2. 使用ProtParam在线分析工具对BnLACS的分子量、极性氨基酸含量、疏水性氨基酸比例、等电点进行系统的分析；3. 使用Expasy中的Protscale 分析软件 对长链脂酰辅酶A合成酶（BnLACS）蛋白进行亲疏水性的分析；4. 利用分析软件TMHMM2.0对BnLACS蛋白进行跨膜区结构分析；5. 采用的是PSIPRED和GOR 4这两种在线蛋白质结构分析工具，预测该蛋白质的二级结构；6. 通过InterPro在线分析软件对该蛋白质的结构域进行分析；7. 通过PROSITE在线分析软件分析蛋白模体；8. 使用在线分析软件DiANNA，对该蛋白中的二硫键情况进行进一步的具体分析；9. 利用SWISS-MODEL 在线分析软件来分析和预测BnLACS蛋白的三级结构模型；10.使用NetPhos研究该BnLACS蛋白的磷酸化位点；11.使用TargetP和LocTree3两种在线分析工具对亚细胞定位进行分析；12.利用MEGA 7.0.26软件先将通过NCBI查询得到的BnLACS的同源基因的多个序列进行比对，再构建进化树。

4. 参考文献

[1]hong an,xinshuai qi,michelle l. gaynor,yue hao,sarah c. gebken等.transcriptome and organellar sequencing highlights the complex origin and diversification ofallotetraploidbrassica napus[j].nature communications,2019.

[2]babbit p c, kenyon gl, martin b m等. ancestry of the 4-chlorobenzoate dchalogenase: analysis of amino acid sequence identities among fanilies of acyl:adenyl ligases, enoyl-coa

hydratases/isomerases, and acyl-coa thioesterases[j].biochemistry. 1992,31（24）: 5594-5604.

5. 计划与进度安排

该选题毕业论文相关工作进度按照以下安排进行：（1）2022年11月30日至2022年12月25日：与指导老师见面，讨论，确定论文选题；（2）2022年12月28日至2022年2月26日（第1周前）：接受毕业论文任务书；查阅文献资料；（3）2022年3月1日至2022年3月12日（第1周~第2周）：撰写开题报告，完成开题；完成外文文献选题；（4）2022年3月15日至2022年4月9日（第3周~第6周）：熟悉相关生物信息学分析方法与数据处理方法；并对不同的方法进行对比分析，及时调整分析方案；（5）2022年4月12日至2022年5月7日（第7周~第10周）：完成全部生物信息学分析，对研究结果进行总结和绘制图表；提交外文翻译；（6）2022年5月10日至2022年5月28日（第11周~第13周）：整理数据，根据基因特性深入分析，撰写论文初稿；（7）2022年5月31日至2022年6月11日（第14周~第15周）：提交数据和图表，毕业论文修改、定稿与毕业答辩。