1. 研究目的与意义
| 1.1课题背景 陆地棉，又称细绒棉或高原棉，是世界四大棉花栽培种中的首要种，占世界棉花总产量中的85%，在中国棉花总产量中占98%。它是一种天然纺织纤维，并且广泛应用于纺织业。随着社会的不断发展，人们对自身健康及环境的可持续发展要求越来越高，人们利用现代科学技术培育出新型棉花品种天然彩棉。天然彩棉由于无需化学印染，无污染、且含有抗氧化物质，纯天然且对皮肤无任何刺激等特性，符合大众对于健康的要求。同时天然彩色棉纤维生产纺织品时减少了大量漂白、印染等化学处理，具有可快速降解属性，不会对环境构成二次污染。 原花青素（proanthocyanidin,PA）又叫缩合单宁（condensed tannin,CT）是高等植物特有并广泛存在的黄烷醇类多酚的聚合体。PA对于植物具有抗紫外线、抗病、抗虫、抗自由基、调节种子休眠和萌发等生理功能，并影响作物的适口性、可消化性、保健价值等品质性状。因此，原花青素的合成代谢调控研究一直是植物学研究的热点。花青素还原酶（ANR）是花青素特异途径的第一个关键酶，能将花青素还原为表儿茶素（2，3-顺式黄烷-3-醇），表儿茶素是广泛存在于植物体内的一类次生代谢产物。 原花青素的生物合成途径、主要功能基因、分子调控机理等已基本阐明。目前已经先后在蒺藜状苜蓿、拟南芥、白芸豆、亚洲棉、银杏、陆地棉中发现花青素还原酶（ANR）并被克隆，研究发现原花青素的积累与ANR基因的表达有关。在拟南芥ban突变体中异位表达VbANR或GhANR的实验中也证实ANR途径是棉花原花青素生物合成中的重要途径。ANR途径的鉴定为通过代谢工程提高原花青素含量而改良培育高抗虫棉花新品种提供理论依据。在对天然彩色棉纤维色素的代谢分子机制研究中，发现GhANR基因纤维色泽形成过程中起着重要作用。
1.2课题目的及意义 本研究将通过生物信息学方法对棉花ANR基因及其氨基酸序列的结构特点与特征进行预测和分析，为进一步研究棉花纤维色泽形成机理和遗传改良提供基因基础。
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2. 研究内容和预期目标
| 2.1主要研究内容 (1)棉花GhANR编码蛋白的理化性质 根据棉花GhANR蛋白的氨基酸序列来分析该肽段分子量、极性氨基酸含量（包括酸性氨基酸和碱性氨基酸百分比等）、疏水性氨基酸比例、等电点等特征。通过棉花GhANR的部分肽链的亲/疏水性分布曲线，以分析基因产物是否存在较大范围的亲水区，以此判断其产物是否属于可溶性蛋白
(2)棉花GhANR编码蛋白的结构域和模体分析； 分析蛋白质结构域、模体位置，并进一步分析其可能的亚细胞定位。 (3)棉花GhANR编码蛋白亚细胞定位和、二硫键预测与二级结构分析 根据蛋白的氨基酸序列分析其可否形成二硫键，以判断该蛋白有形成高级结构的能力。对棉花GhANR编码的肽链二级结构进行预测，进一步分析该基因的蛋白亚细胞定位和蛋白质功能分类。 (4)棉花GhANR编码蛋白序列的同源性分析； 将棉花GhANR蛋白序列和其他物种的同源基因序列在DNAMAN中进行聚类分析，构建进化树。
2.2预期目标 通过生物信息学方法对棉花ANR基因及其氨基酸序列的结构特点与特征进行预测和分析，为进一步研究棉花纤维色泽形成机理和遗传改良提供基因基础。
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3. 研究的方法与步骤
| 3.1研究方法 (1)棉花GhANR编码蛋白的理化性质； 采用DNAStar的Protein分析该肽段分子量、极性氨基酸含量（包括酸性氨基酸和碱性氨基酸百分比等）、疏水性氨基酸比例、等电点等特征。采用expasy分析棉花GhANR的部分肽链的亲疏水性 (2)棉花GhANR编码蛋白的结构域和模体分析； 采用Proscan工具分析蛋白质结构域、模体位置 (3)棉花GhANR编码蛋白亚细胞定位、二硫键预测与二级结构分析 用Garnier-Robson法和DISULFIND分析蛋白结构。利用PROF软件进行二级结构预测。 (4)棉花GhANR编码蛋白序列的同源性分析； 采用DNAMAN进行多重序列比对和构建进化树。 3.2步骤 (1)棉花GhANR编码蛋白的理化性质； 通过NCBI的ORF Finder功能将棉花GhANR蛋白的氨基酸序列，用DNAStar的Protein分析该肽段分子量、极性氨基酸含量（包括酸性氨基酸和碱性氨基酸百分比等）、疏水性氨基酸比例、等电点等特征。 通过在线的亲/疏水性分析（http://cn.expasy.org/cgi-bin/protscale.pl），获得棉花GhANR的部分肽链的亲/疏水性分布曲线，以分析基因产物是否存在较大范围的亲水区，以此判断其产物是否属于可溶性蛋白 (2)棉花GhANR编码蛋白的结构域和模体分析； 利用NPS（Network Protein Analyis）提供的Proscan工具（http://npsa-pbil.ibcp.fr），分析蛋白质结构域、模体位置，并进一步分析其可能的亚细胞定位。 (3)棉花GhANR编码蛋白亚细胞定位和、二硫键预测与二级结构分析 利用DISULFIND对蛋白的氨基酸序列进行可能形成二硫键分析，以判断该蛋白有形成高级结构的能力。利用Expasy提供的PROF软件对棉花GhANR编码的肽链二级结构进行预测，包括α-螺旋和β-折叠的数目等。进一步分析该基因的蛋白亚细胞定位和蛋白质功能分类。
(4)棉花GhANR编码蛋白序列的同源性分析； 利用在线的http://www.ncbi.nlm.nih.gov/conserved domain，分析棉花GhANR同源基因保守区。将棉花GhANR蛋白序列和其他物种的同源基因序列在DNAMAN中进行聚类分析，构建进化树。
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4. 参考文献
| [1]郝蔚.不同胁迫条件下棉花抗黄萎病产物的表达分析及相关基因研究[D].新疆农业大学,2015 [2]朱越.华南美丽葡萄与陆地棉中原花青素生物合成及其ANR途径鉴定[D].吉首大学,2014 [3]梁先利.陆地棉叶色突变体花青素代谢及GhCHS,GhLAR和GhANR基因功能的初步分析[D].浙江理工大学，2019 [4]张雷.棉胚珠离体培养优化及棕色素合成转运相关基因的表达[D].安徽农业大学，2015[5]赵文军，张迪，马丽娟，柴友荣 原花青素的生物合成途径、功能基因和代谢工程[J].植物生理学通讯,2009,第45卷,第5期 [6]董洁.紫花苜蓿浓缩单宁合成途径中DFR和ANR基因的分离及遗传转化[D].中国农业科学院,2012 [7]李昌亨.UV-C照射对葡萄果实儿茶素和表儿茶素积累及ANR表达影响的研究[D].山西农业大学,2015 [8]李蒙,鲍锋.不同植物无色花青素还原酶及其基因的生物信息学分析[J].江西农业学报, 2017,第29卷(9):5-9 [9]李春雷,朱越,司怀军,吴家和.陆地棉不同组织器官原花青素含量分析[J].中国农学通报,2014,30(09):150-154. ·[10]Jianfang Gao;Li Shen;Jingli Yuan;Hongli Zheng;Quansheng Su;Weiguang Yang等Functional analysis of GhCHS, GhANR and GhLAR in colored fiber formation of Gossypium hirsutum L[J].BMC Plant Biology, 2019,Vol.19，No.1 [11]Yue Zhu;Haiyun Wang;Qingzhong Peng等Functional characterization of an anthocyanidin reductase gene from the fibers of upland cotton (Gossypium hirsutum)[J].Planta，2015，Vol.241，No.5
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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10日至2022年12月20日：与指导老师见面，讨论，确定论文选题；（2）2022年12月23日至2022年2月23日（第1周前）：接受毕业论文任务书；查阅文献资料；（3）2022年2月24日至2022年3月09日（第1周~第2周）：撰写开题报告，完成开题；完成外文文献翻译初稿；（4）2022年3月10日至2022年4月3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6日至2022年5月10日（第7周~第11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11日至2022年6月5日（第12周~第15周）：整理数据，根据基因特性深入分析，撰写论文初稿；（7）2022年6月10日至2022年6月14日（第16周）：提交数据和图表，毕业论文修改、定稿与毕业答辩。
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