胡杨苹果酸脱氢酶的结构与功能分析开题报告

1.1本课题研究的背景

胡杨（Populus euphratica），是我国西北部干旱盐碱地和戈壁地带生长的一种高大乔木，在自然长期的选择作用下形成了在干旱环境下生存的能力。由于其可以在高盐胁迫下依然能够保持较快的生长和光合作用，已经成为研究林木抗盐、抗旱和抗高温等多种抗逆性状的模式植物。

苹果酸脱氢酶（malate dehydrogenase，MDH）可以为在C4代谢中引起草酰乙酸盐的氧化形成苹果酸盐，增加植物体内苹果酸的含量，从而显著提高植物体的耐酸、耐铝性；还可以维持pH的平衡。MDH在气孔的运动、呼吸作用及有关植物的耐受性和抗性的表达中也有着重要的作用。例如在灯笼果（Physalis peruviana L.） 对高盐度的耐受性中发现，当NaCl的浓度升高后MDH的生物活性也随之增高，因此推测，MDH可能与植物的高盐胁迫性具有缓解作用，然而关于其调控途径等相关的研究却鲜有报道。

目前，干旱已经成为了全球性问题，据悉世界干旱、半干旱地区已经达到陆地面积的1/3以上。我国也有约2/3的地区达到了干旱、半干旱地区，尤其在我国东北、西北等干旱或半干旱地区降水量小、蒸发量大，溶解在水中的盐分在土壤表层积聚形成盐碱地，导致植物很难生存。为此加强对MDH相关的研究，例如其基础的序列、分子进化、氨基酸序列特征、编码蛋白的二级结构及生物学功能等具有十分重要的作用。

1.2目的及意义

通过对PeMDH从核酸序列、氨基酸序列及编码蛋白的二级、超二级结构及编码蛋白具有的功能进行生物信息学的分析，会对PeMDH编码的蛋白及其结构与功能进一步了解，将为后期的MDH在胡杨中的调控途径提供更加详实准确的信息。同时也将为胡杨或其他相关的植物对高盐胁迫作用具有缓解作用。

2.1主要研究内容

1.胡杨PeMDH基因与蛋白序列的同源性分析

（1）目的基因的获取：通过Genebank中获得所需基因。

（2）通过在线软件在氨基酸水平上对胡杨PeMDH基因的进行同源分析对比。

（3）将其与蛋白序列进行聚类分析，从而构建进化树。

2.胡杨PeMDH基因编码氨基酸序列分析。

（1）通过NCBI在线软件，寻找PeMDH可阅读框架并翻译成氨基酸。

（2）分析所获得的肽段分子量、极性氨基酸含量（包括酸性氨基酸和碱性氨基酸的百分比等）、疏水性氨基酸比例、等电点等特征。

（3）分析蛋白质结构。

3.胡杨PeMDH基因编码蛋白的结构域和模体分析。

（1）利用NPS分析蛋白质结构域；应用CDD数据库搜索PeMDH蛋白结构域、模体位置。

（2）并进一步分析其可能的亚细胞定位。

4.胡杨PeMDH基因编码蛋白的亲疏水性。

（1）通过在线的亲/疏水性分析，获得胡杨PeMDH基因的部分肽链的亲/疏水性分布曲线。

（2）分析基因产物是否存在较范围的亲水区，以此判断其产物是否属于可溶性蛋白。

5.胡杨PeMDH基蛋白亚细胞定位、二硫键预测与二级结构分析。

（1）利用DISULFIND对蛋白的氨基酸序列进行可能形成二硫键分析，以判断该蛋白具有形成高级结构的能力。

（2）利用Expasy提供的PROF软件对胡杨PeMDH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。

（3）进一步分析该基因的蛋白亚细胞定位和蛋白质功能分类。

2.2预期目标

1.通过基因库获得PeMDH基因后，对其进行同源性分析，进而构建进化树，来确定它们的亲缘关系、分歧年代和进化速度。

2.分析出该基因的氨基酸编码序列，从而获得其氨基酸分子量、等电点、极性氨基酸含量等特征。以此来确认胡杨苹果酸脱氢酶的理化性质预测。

3.根据蛋白质的结构（α-螺旋和β-折叠的数目），可以预测出蛋白质结合位点。判断其具有形成高级结构的能力，和所具有的蛋白质功能。

1.胡杨PeMDH基因与蛋白序列的同源性分析

（1）胡杨PeMDH基因的获取：通过GeneBank中查找获得。

（2）利用在线的（http://www.ncbi.nlm.nih.gov/conserved domain）在氨基酸水平上对胡杨PeMDH基因编码的蛋白序列同源对比分析。

（3）使用DNAman软件对胡杨PeMDH蛋白的系统进化树进行构树。

2.胡杨PeMDH基因编码氨基酸序列分析

（1）首先通过NCBI的ORF Finder功能将胡杨PeMDH序列翻译成氨基酸序列。

（2） 运用在线软件(http://web.expasy.org/protparam/)分析该肽段分子量。再用DNAstat的protein分析其极性氨基酸含量（包括酸性氨基酸和碱性氨基酸的百分比等）、疏水性氨基酸比例、等电点等特征。

（3） 利用Garnier-Robson法分析蛋白结构。

3.胡杨PeMDH基因编码蛋白的结构域、模体分析。

（1） 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。

（2） 并进一步分析其可能的亚细胞定位。

4.胡杨PeMDH基因编码蛋白的亲疏水性。

（1） 通过在线的亲/疏水性分析（http://cn.expasy.org/cgi-bin/protscale.pl），获得胡杨PeMDH基因的部分肽链的亲/疏水性分布曲线。

5.胡杨PeMDH基蛋白的亚细胞定位、二硫键预测与二级结构分析。

（1） 利用DISULFIND对蛋白的氨基酸序列进行可能形成二硫键分析，以判断该蛋白具有形成高级结构的能力。

（2） 利用Expasy提供的PROF软件对胡杨PeMDH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。

（3） 进一步分析该基因的蛋白亚细胞定位和蛋白质功能分类。

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（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、定稿与毕业论文答辩。