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南极冰藻Chlamydomonas sp.ICE—L S-腺苷同型半胱氨酸水解酶基因的克隆及其生物信息学分析

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中国水产科学2011年11月,18(6):1234—1242 Journal of Fishery Sciences of China DoI:10.3724/SP.J.1118.2011.01234 研究论文 南极冰藻Chlamydomonas sp.ICE—L S一腺苷同型半胱氨酸水解酶基 因的克隆及其生物信息学分析 王金慧,丁炳,简纪常,吴灶和 广东海洋大学水产学院;广东省水产经济动物病原生物学及流行病学重点实验室,广东湛江,524025 摘要:S-腺苷同型半胱氨酸水解酶(s.adenosy1.L.homocysteine hydrolase,SAHH)是一种细胞内广泛存在的酶,在调 节生物体转甲基化反应中占据重要地位。本研究通过RT-PCR及RACE.PCR技术克隆了南极冰藻(Chlamydomonas sp.ICE.L)S.腺苷同型半胱氨酸水解酶全序列,命名为ICE.LSAHH。ICE.LSAHH全长1 844 bp,包括5 非编码区 36 bp,3 非编码区344 bp,含有一个较长的poly(A)尾。开放阅读框1 461 bp,编码487个氨基酸。根据推导的氨基 酸序列预测其分子量为53.0 kD,理论等电点为5.16。SignalP 3.0、TMHMM Server v.2.0、NetNGlyc 1.0和NetPhos 2.0预测结果显示,ICE.LSAHH蛋白不存在信号肽与跨膜区,含有1个N.糖基化位点及23个磷酸化位点。利用 ClastalX 2.0及MEGA 5.0软件,以邻位相连法对南极冰藻及其他物种SAHH构建系统进化树,结果显示, ICE.LSAHH与杜氏盐藻(Dunaliella salina)、莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)、小球藻(Chlorella variabilis) 等有较近亲缘关系。利用SWISS.MODEL程序和PyMOL Viewer软件成功模拟了ICE.LSAHH蛋白亚基的三维结 构,该结构包括20个O,r.螺旋和l2个 .折叠,且存在3个结构域:N端底物结合域、NAD结合域和C端域。可见, SAHH基因存在于南极冰藻并进行了有效的表达,该蛋白定位于细胞质,进一步证实SAHH是一个进化上比较保 守的蛋白。 关键词:Chlamydomonas sp.;ICE—L; S-腺苷同型半胱氨酸水解酶;克隆;三维结构;生物信息学 中图分类号:Q93 文献标志码:A 文章编号:1005—8737一(2011)06—1234—09 众所周知,s.腺苷蛋氨酸(S-adenosylme. 的比率,SAHH活性的抑制将导致细胞内SAH的 堆积,对转甲基反应产生反馈性抑制作用,从而 可以在各种水平上影响基因表达的效率【4。 ]。 thioine,SAM)是细胞内广泛存在的甲基供体[1]。在 特异的转甲基酶作用下,其甲基可以转移到各种 生物受体(如:DNA、RNA、蛋白、磷脂和其他小 分子物质)上,从而形成S.腺苷同型半胱氨酸 (s—adenosylhomocysteine,SAH)。s一腺苷同型半胱 氨酸水解酶(S-adenosyl-L—homocysteine hydrolase, SAHH广泛存在于动物、植物、真菌及其他 微生物体内,由4个化学性质、功能都相同的亚基 组成。亚基的分子量为45~55 kD,每个亚基含有 一分子紧密结合的辅酶(NAD )l8 ]。SAHH是一种 SAHH,EC 3.3.1.1)催化SAH水解生成腺苷 进化上相对保守的蛋白 刚,其氨基酸序列具有较 高的同源性,如鼠源SAHH与人类SAHH一致性 高达97% 。 (adenosine,Ado)和同型半胱氨酸(homocysteine, Hey)。该反应是可逆的,体外趋向合成,体内趋向 水解[2。]。可见SAHH在调节生物体转甲基化反应 中占据着重要地位,它的活性取决于SAM与SAH 该酶在各种生物的生长发育、繁殖和代谢等 生理过程中,具有重要的作用。目前对SAHH基 收稿日期;2011—03—26;修订日期;2011-07—05. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(40876102);广东省自然科学基金资助项目(¥201 1010005885). 作者简介:王金慧(1986一),女,硕士研究生,研究方向为海洋微生物学与病害防治.E—mail:heidihedy@163.corn 通信作者:丁烯,博士,教授,主要研究方向为海洋微生物学与病害防治.E.mail:dingy@gdou.edu.cn 第6期 王金慧等:南极冰藻Chlamydomonas sp.ICE.L S-腺苷同型半胱氨酸水解酶基因的克隆及其生物信息学分析1235 因的研究,多集中在其介导DNA甲基化机理及 其与疾病的相关性研究,并已从多种微生物体内 (如古硫化细菌[ , 】、酵母菌[13]、枯氏锥虫 H 等) 克隆了SAHH的基因全长。由于SAM是生物合 成多胺和乙烯的前体,因此其与植物的抗逆性有 一定的关系,SAHH在抗逆反应中也具有重要地 位。Sharma Ll 5J等研究发现,遏蓝菜(Thlaspi aF— vense)的SAHH基因参与抗低温胁迫调节;草菇 在低温处理时,SAHH及SAHH同源基因的 mRNA含量会迅速增加[16-17],与低温适应呈正相 关。MasutaH8]等在烟草中表达SAHH基因研究植 物抗病毒反应时,发现可以提高烟草的抗病毒能 力。由于南极独特的地理和气候特征,形成了一 个干燥、酷寒、强辐射、高盐度和低光照的自然 环境,南极冰藻具备了相应独特的生理、生化和 分子机制,以适应极端的环境[19-20】。SAHH作为 一种抗逆相关酶,在南极冰藻的极端环境适应尤 其是低温适应中也应具有较为重要的地位,但至 目前为止,关于南极冰藻SAHH的研究尚未见相 关报道。本研究拟通过RT-PCR、RACE—PCR等 技术,从南极冰藻Chlamydomonas sp.ICE—L中克 隆SAHH基因cDNA全序列,并对其序列特征、 亚基结构等进行具体分析。以期了解南极冰藻 SAHH基因的结构、功能与特性,期望通过后续 更深入的研究能够从SAHH的角度阐明南极冰藻 对极端环境的适应机制;并可以有效地保护和利用 南极低温酶基因资源,为转SAHH基因抗逆性遗传 育种奠定基础,具有较重要的理论与应用价值。 1材料和方法 1.1藻种来源及培养方法 南极冰藻Chlamydomonas sp.ICE.L由国家海 洋局第一海洋研究所海洋生物活性物质重点实验 室惠赠。Chlamydomonas sp.ICE.L的培养液采用 Provasoli培养基L2¨,于三角瓶中培养。放在可控 温光照的培养箱中,培养温度6~8℃,光强为1 300~l 900 lx,光照周期为12 h光/12 h暗。不充 气,每天摇动3~4次,每隔14 d以20%为接种量, 将藻体转移到新的培养基中以维持细胞的对数生 长。南极冰藻培养所需的海水采自湛江海域,盐 度约为33。 1.2其他试验材料 RNA提取试剂TRIZOL@Reagent购自 Invitrogen公司,5 /3 RACE Kit购自罗氏公司, dNTPs、ExTaq酶、rTaq酶及Reverse Transcriptase M.MLV(Rnase H.)购自TaKaRa公司。 大肠杆菌DH5a由广东省水产经济动物病原 生物学及流行病学重点实验室保存。 1.3南极冰藻Chlamydomonas sp.ICE.L总RNA 的提取 按TRIZOL固Reagent试剂的操作程序稍加改动, 具体步骤如下:用1.5 mL无RNA酶EP管离心收 集对数期藻细胞,10 000 r/min离心5 min,4。C;弃 上清,加1 00 gL Trizol,用组织匀浆器研磨充分,补 加900 gLTrizol,剧烈震荡30 S,冰上放置5 min使 细胞充分裂解;加入200 gL氯仿,剧烈震荡30 S,冰 上静置5 min,缓加200 gL 3 mol・L~NaAc,静置2 min,12 000 r/min离心15 min,4 ̄C;取上清液加入 500 CI(氯仿:异戊醇=24:1),充分混匀,12 000 r/min离心15min,4℃;取上清液加入500 异 丙醇,充分混匀,一20 ̄C沉淀1 h;12 000 r/min离心 lOmin,4oC,弃上清液,75%乙醇洗涤1~2次;室温 晾干并吸出管壁水分,加2O gLRNAfree H2O溶解 RNA,一80 ̄C保存。1.0%琼脂糖凝胶电泳检测。 1.4引物设计 从NCBI下载已报道的s。腺苷同型半胱氨酸 水解酶基因的氨基酸序列并进行序列比对,根据 其保守区设计简并引物P1。以P1为上游引物, 3'PCR锚定引物为下游引物进行3 Race—PCR扩 增。根据3 ARCE获得的3 端cDNA序列,应用 Primer Premier 5.0及Oligo 6.0软件设计3条基因 特异性引物(分别命名为GSP1、GSP2、GSP3),进 行5'Race—PCR扩增。基因克隆所用引物见表l。 1.5 RT-PCR及RACE-PCR 采用Reverse Transcriptase M.MLV(Rnase H一) 和3'adapter引物进行3'Race cDNA一链的合成,体 系为20 ,操作按照M—MLV说明书进行。PCR 1236 中国水产科学 第l8卷 3 T 5 RT 3 Race 3 Race 5 Race 5 Race 3 adapter 5 oligodT-anchor Pl 3 PCR anchor GSP1 AAGCAGTGGTATCAACGCAGAGTACT(30)VN GACCACGCGrrATCGATGTCGACTf 1 6 STTYTGRTYGTYAAYGTTGC AAGCAGTGGTATCAACGCAGAGT CCAACATCTCCATAGCCAGCA AACTTTGACTTGGTGACAG ACA rCTTCAACTCAGCG GACCACGCG1lATCGATGTCGAC GSP2 GSP3 5 Race 5 Race 5 一anchor primer 注:Y=C/T'S:G/C,R:A/G. Note:Y=C/L S:G/C,R:A/G. 扩增反应体系为5O ,按照touchdown PCR分别 设计程序(94 ̄C 5 min;94 60 S,50 60 S,72℃ 60 S,5 cycles;94℃60 S,48 ̄(2 60 S,72℃60 S,5 cycles;94℃60 S,45℃60 S,72℃60 S,25 cycles; dk/services/SignalP/)、TMHMM Server V.2.0(http:// Ⅵ vw.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/)、NetNGlyc 1.0(http://www.cbs.dtu.dk/services/NetNGlyc/1和 NetPhos 2.0(http://www.cbs.dtu.dk/services/NetP 72℃10 min);采用5 /3 RACE Kit,2ed Genera— tion(Roche,Mannheim,Germany)试剂盒,按照试剂 hos/),分别预测蛋白质分子的信号肽、跨膜区、 N一糖基化位点及磷酸化位点。利用在线软件 InterProScan Sequence Search(http://www.ebi.ac. 盒的步骤进行5 Race—PCR,其中反转录一纯化_力口A 尾整个过程连续完成,以防止5'Race cDNA一链的 uk/Tools/InterProScan/)进行蛋白质分子功能域预 降解。PCR产物在120 V电压下经1.0%琼脂糖凝 胶电泳检测,使用Agarose Gel DNA Puriifcation Kit Ver.2.0(TaKaRa,Tokyo,Japan)试剂盒切胶回收。 1.6 PCR产物的分子克隆及测序 测。亚细胞初步定位分析通过在线分析软件Targe tP 1.1(http://www.cbs.dtu.dk/services/Tar get P/)和 WoLF PSORT(http://wolfpsort.org/)进行预测。利 用软件ClustalX2和DNAMAN Version7.0进行氨 基酸同源比对分析。利用ExPASy服务器的 SWISS—MODEL[231(http://wwwswissmode1.expasy. .按照说明书操作步骤,将PCR产物连接到 pMD18一T载体(TaKaRa)上,然后转化大肠杆菌 DH5 ̄t感受态细胞,在含IPTG/X.Gal的Amp /LB org/)程序进行建模并通过3D结构分析软件 PyMOL Viewer进行分析。 平板上进行筛选,挑取阳性克隆送至深圳华大基 因科技有限公司测序。 1.7生物信息学分析 利用NCBI(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/B1. 2结果与分析 2.1 ICE.LSAHH基因的全长克隆 ast.cgi)在线工具,进行序列同源性比对和相似性 分析;利用DNAMAN Version7.0(Lynnon Biosoft, USA)软件对序列进行拼接;采用GENETYX 7.0(Software Development CO.。Ltd)和ORF Finder 根据SAHH同源保守序列设计简并引物Pl进 行3'RACE,PCR扩增后得到1 290 bp的3 端cDNA 序列。根据所得3 端序列,设计3条基因特异性引 物GSP1、GSP2和GSP3进行5 RACE,经过两轮 PCR扩增获得574 bp的ICE.LSAHH基因5 端 在线分析软件推导其氨基酸序列、预测其分子量 计算值(Mw)和理论等电点(pI)并确定其开放阅读 框(0RF);使用Clastal X2.0及MEGA 5.0软件,以 cDNA序YO;采用DNAMAN 7.0软件对3’和5 端序 列进行拼接,得到长度为1 844 bp的基因全序列, 邻位相连法(neighbor-joining) 构建系统进化树。 通过在线分析软件SignalP 3.0(http:11、^ cbs.dtu. 将其命名为ICE.LSAHH(图1)。GenBank登录号为: HM748326 第6期 王金慧等:南极冰藻Chlamydomonas sp.ICE—L S-腺苷同型半胱氨酸水解酶基因的克隆及其生物信息学分析1237 2.2 ICE-LSAHH基因的序列分析 预测发现该蛋白不存在跨膜区。亚细胞初步定位 ICE—LSAHH基因包括5 非编码区36 bp、开 分析,显示ICE.LSAHH可能来源于细胞质。 放阅读框(ORF)、3啡;编码区344 bp和一个较长的 NetNGlyc 1.0预测仅发现1个N.糖基化位点,位 poly(A)尾。其中ORF 1 461 bp,编码氨基酸487个 于第233个氨基酸处(弱。NDSV);NetPhos 2.0预测 (图1)。根据推导的氨基酸序列预测其分子量(Mw) 发现共有23个磷酸化位点,包括9个丝氨酸磷酸 为53.0 kD,理论等电点(pI)为5.16。 化位点、7个苏氨酸磷酸化位点和7个酪氨酸磷 以SignalP 3.0 Server程序对ICE.LSAHH基 酸化位点,表明磷酸化是该蛋白翻译后修饰的主要 因所推导的氨基酸序列进行N端信号肽结构的预 方式之一L5J。对ICE—LSAHH蛋白功能域预测分析, 测,未发现有信号肽序列;TMHMM Server v.2.0 发现该蛋白存在两个SAHH基因标志序列:SAHH 1 cttttactttaattgctagccccagcaattgccaagATGTCTTCCGCTATGTGCACCATC 60 M S S A M C T I 61 GATAAGGCTACCACCGGCCGTGAGTACAAGGTCAAGGACCTGGCCGAGGCCGACTTCGGT 120 D K A T T G R E Y K V K D L A E A D F G l21 CGCCTTGAGCTGGAGATGGCTGAGGCCGAGATGCCTGGACTCATGTCTTGCCGCACTGAG l 80 R L E L E M A E A E M P G L M S C R T E 181 TTCGGTCCTTCTCAGCCTCTGAAGGGAGCCATGATCACTGGATCTCTGCACATGAcCATC 240 F G P S Q P L K G A M I T G S L H M T I 241 CAGACCGGTGTCCTTATTGAGACTCTGGTTGCCCTCGGTGCTGAGGTCCGCTGGTGCAGC 300 Q T G V L I E T L V A L G A E V R W C S 30l TGCAACATTTTCTCCACTCAGGACCACGCTGCCGCCGCCATTGCCCGCGACGCTTG T 360 C N I F S T Q D H A A A A I A R D A C A 36l TGCACTGAGCAGGCCCTG 420 V F A W K G E T L E E Y W W C T E Q A L 421 AACTGGCCTGAGGGTAACGGACCTAACATCATCGTTGACGATGGAGGTGACGCcACCCTC 480 N W P E G N G P N I I V D D G G D A T L 48l CTCATCCACGAGGGTAAGAAGGCTGAGGACCTGTACGAGAAGGATGGAACTCTTCCCGAC 540 L I H E G K K A E D L Y E K D G T L P D 541 CCCTCCAGCACTGACAACGcTGAGTTG从GATTGTGCTTAcTATCATCAGGGAcGGACTC 600 P S S T D N A E L K I V L T I I R D 6 L 6Ol CCCAAGGATGGTTCCAAGTGGAACAGGATGGCCAAGCACCTGGTCGGTGTCTCTGAGGAG 660 P K D G S K W N R M A K H L V G V S E E 661 ACCACCACTGGTGTAAAGCGcTTGTATGAGATGCAGGCCGcTGGATCCCTCCTGTTCCCC 720 T T T G V K R L Y E M 0 A A G S L L F P 72l GCCATCAACGTCAACGACTCTGTcACCAAGTCAAAGTTTGACAAcGTGTACGGTTGCCGC 780 A I N V N D S V T K S K F D N V Y G C R 781 CACTCCCTCCCTGATGGCATCATGcGCGCTACCGATGTCATGATTGCTGGAAAGGTTGcC 840 H S L P D G I M R A T D V M I A G K V A 84l TTCATTGCTGGCTATGGAGATGTTGGAAAGGGTTCAGCCAGCGCCTTAAAGGC亿C T 900 F I A G Y G D V G K G S A S A L K A A G 90l TGGAGGGT 960 A R V I I G E I D P I C A L O A A M E G 961 TATGAGATCGCCCCCATTGAGGACTGTGTCACcTACACTGACATcTTCATcACcACCACT l020 Y E I A P I E D C V T Y T D I F I T T T 1O21 GGCAACAAGGAcATCATCATGGTTGACCACATGGCcAAGATGAAGAACAACGCcATCGTT l080 G N K D I I M V D H M A K M K N N A I V 108l GGAAACATAGGACATTTCGATAACGAGATCGACATGGCTGGTGTGTACGGcTTCcCTGGA l140 G N I G H F D N E I D M A G V Y G F P G ll4l ATC从GAGGCAGAACATCAAGCCTCAGTGTGACCGCTTCATCTTCCCTGATGGACATGGT 1200 I K R 0 N I K P 0 C D R F I F P D G H G 120l GTCATCATTCTGGCTGAGGGcCGCCTGCTGAAcTTGGGATGCGCCACGGGACATCCTTcT 1260 V I I L A E G R L L N L G C A T G H P S 1261 TTCGTCATGTCTTGCTlCATTcACCAACCAGGTTATCGCCCAGCTTGAGTTGTGGAAcGAG 1320 F V M S C S F T N Q V I A O L E L W N E 132l CGC1℃CACTGGCCGCTACGAGAACAAGGTGTATGTGCTCOCCAAGCACCTGGATGAGAAG l38O R S T G R Y E N K V Y V L P K H L D E K l38l GTTGCCACCCTCC盯cTGGACAAGCTGGGTTGcAAGcTGACCAAGcTTTcACCTGAGCAG 1440 V A T L H L D K L G C K L T K L S P E 0 1441 GCTGcATACATTAACGTGCCCATCGGAGGCCCCTAcAAGcCCGCcAACTACCGCTACTAG 1500 A A Y I N V P I G G P Y K P A N Y R Y 150l atgtgcttagatgtagtctatagttaggttgcaggtgcatgcaacgtgaagttgccaact l560 l56l l620 l621 l680 168l ttcatctttagcacgagcttgcattcatgctgcgctatcgcgactttttacatagtgttg l740 l74l agtgtgttattatgttttttttatgggtttcaatgagatttggtggcatgtaacaattcg l800 l801 gaagttaaaaaaaaagaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa 1844 图1 南极冰藻ICE—LSAHH基因全长cDNA序列及其推导的氨基酸序列 终止子以星号表示,下划线处为SAHH两个标志序列,黑体字母代表N.糖基化位点,方框内为AU模体. Fig.1 Full—length cDNA sequence of ICE—LSAHH gene in Chlamydomonas sp.ICE—L and deduced amino acid sequence The stop codon was showed by an asterisk.The two SAHH signature motifs were underline.The N—glycosylation site was bold.The lower— case letter indicated 5 and 3 UTR.The AU motifwas in the box. 中国水产科学 第18卷 标志性序列1( SCNIFSTQDHAAAAI如 )和SAHH 标志性序歹0 2( GKvAFIAGYGDvGKGsA S282) ̄ ICE—LSAHH理论等电点(pO为5.16,尽管与其他 生物SAHH的等电点具有一定差异,但它们都属于 酸性蛋白酶,其催化机理应该是相似的Il 。 及一个NAD结合位点( 们NV…T G )。 2.3 ICE.LSAHH基因的同源性及进化分析 所有来源的SAHH均为同源四聚体,每个亚 基含有1分子紧密结合的辅酶(NAD ),并由3个 结构域组成:大的N端底物结合域或催化域、辅 因子结合域或NAD结合域和c端域 J。对 ICE.LSAHH蛋白功能域预测分析,也发现该蛋 BLAST分析发现ICE.LSAHH与其他物种 SAHH基因具有较高的同源性,其一致性为62%- 85%。其中相似性最高的是莱茵衣藻(Chlamydo— monas reinhardtii)(85%)(XM_00 1 693287)。将 ICE—LSAHH与其他藻类SAHH进行同源比对分 析表明,他们在氨基酸序列上有很高的相似性, 说明SAHH是一种进化上较为保守的蛋白(图2)。 将推导的ICE—LSAHH氨基酸序列与其他藻类、 动植物、微生物等构建系统进化树,结果显示 SAHH家族可明显的被分为动物、植物、藻类、细 菌四大分支,ICE—LSAHH与杜氏盐藻(Dunaliella salina)(ADJ96635)、莱茵衣藻(XM 001693287)、 小球藻Chlorella variabilis(EFN51251)等有较近亲 缘关系(图3)。 2.4 ICE.LSAHH基因的亚基结构 将ICE.LSAHH氨基酸序列提交至SWISS—MO. DEL程序,自动搜索同源蛋白作模板,得到 ICE—LSAHH单亚基三级结构模型。同源蛋白与目 标蛋白的一致性为62%,因此该模型可信度较高。 利用PyMOL Viewer软件分析亚基结构,发现该亚 基共有20个仅一螺旋和l2个 一折叠,由3个结构域 组成:大的N端底物结合域(Substrate—binding)、 NAD结合域(NAD—binding domain)和c端域 (C—termina1)(图4)。 3讨论 本研究通过RT-PCR及RACE.PCR技术成功 地克隆了南极冰藻ICE—L S一腺苷同型半胱氨酸水 解酶全序列。ICE—LSAHH基因全长l 844 bp,编 码487个氨基酸。该基因的成功克隆说明其存在 于南极冰藻并进行了表达,与我们立项时的预期 是相符的,它极可能参与了南极冰藻的极端环境 适应性。根据推导的南极冰藻SAHH氨基酸序列, 预测其分子量为53.0 kD,文献报道其他生物 SAHH的分子量为45—55 kD J,分子量与之相符。 白存在两个SAHH基因标志序列,即SAHH标志 性序列l(髂SCNIFSTQDHAAAAI )和SAHH标 志性序列 2(z6 GKVAFIAGYGDVGKGsAs ), 以及1个NAD结合位点( NV-一TG )(图2)。 3D结构也表明其具有明显的3个重要的结构域 (图4)。因此该蛋白符合SAHH的一般结构域构成, 进一步证实了南极冰藻SAHH基因克隆结果的正 确性。Parker[H]等认为NAD结合位点邻近的非 保守区,可能参与酶与辅酶结合的调节,在图2 中也发现南极冰藻SAHH在NAD结合位点之前 具有一个显著的非保守区,其是否参与SAHH与 辅酶的调节,有待进一步的探讨。 不同来源的SAHH在进化过程中具有较高的 保守性,但不同的SAHH在氨基酸在序列上也存 在一定的变化[1O-ll】。本研究中BLAST分析发现, ICE.LSAHH与其他物种SAHH基因具有较高的 同源性,其中与莱茵衣藻的同源性高达85%;它 们的同源性也如实地表现在相似的空间结构与类 似的结构域上(图4)。与此同时,其氨基酸序列也 不乏变化,如NAD结合位点区至少有9个氨基酸 残基与其他SAHH完全不同(图2),这些不同与如 上所述等电点、分子量等参数的差异直接相关。 可见经氨基酸的同源比对分析进一步证实了 SAHH是一个进化上比较保守的蛋白,但ICE— LsAHH也具有一定的特殊性,这种特殊性可能 与该酶的极端环境适应相关,对南极冰藻在极端 条件下的正常生活非常重要。正因为SAHH的保 守性与特殊性,在构建的系统进化树中,各物种 SAHH分类清晰,符合经典生物学分类结果(图 3)。可见SAHH基因的进化与物种进化是一致性 的,考虑到该基因的保守与特殊两方面的特点, 第6期 王金慧等:南极冰藻Chlamydomonas sp.ICE.L S-腺苷同型半胱氨酸水解酶基因的克隆及其生物信息学分析1241 望通过原核表达、基因敲除、荧光定量等技术,能 够深入认识SAHH基因及其产物在南极冰藻极端 环境适应过程中的地位与作用,正确分析其甲基 化调节途径。故本研究为从SAHH角度进一步阐 明南极冰藻的极端环境适应机制奠定了基础。 参考文献 [1】Tanaka H,Masuta C,Kataoka J,et a1.Inducible expression by plant hormones of S-adenosyk—homocysteine hydrolase gene from Nicotiana tabacum during early flower bud for— mation in vitro[J].Plant Sci,1996,113:167-174. 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SAHH can act as a potent feedback inhibitor,blocking the SAM.dependent methylation that is required for the metabolism of a wide variety of biologica1 compounds such as nucleic acids proteins,phospholipids.and other small molecules.SAHH is found in animals.plants fungi.and other microorganisms.Antarctic ice microalgae with special characteristics to withstand the extreme environment characterized by low temperatures and ice.high levels of dissolved oxygen.and strong seasonal changes in light intensity have been investigated in recent years. To further understand the intrinsic mechanisms by which the Antarctic sea ice alga Chlamydomonas sp.ICE.L responds to ecological and environmental factors.we cloned and analyzed its SAHH.A cDNA encoding S.adenosyl homocysteine hydrolasefdesignated as ICE.LSAHH)was cloned from this alga by It r.PCR and RACE.PCR methods.The ICE LSAHH fu11.1ength cDNA sequence was 1 844 bp.including a 5 .terminal untrans— lated region(UTR)of 36 bp,a 3 terminal UTR of 344 bp with a poly(A)tail,and an open reading frame(ORF)of 1461 bp encoding a polypeptide of 487 amino acids.The predicted molecular weight(MW)of ICE.LSAHH was 53 kD with an estimated pI Of 5.16.Using SignalP 3.0 and TMHMM Server v.2.0 software.it was predicted that the ICE—LSAHH protein did not contain a signal peptide or a transmembranous region.suggesting that it is not a sec— retory protein.To further analyze the evolutionary relationship among SAHH enzymes.a molecular phylogenetic tree was constructed using ClustalX 2.0 and Mega 5.0 software.The reliability of branching was tested by boot— strap re-sampling(1 000 pseudo—replicates).In the phylogenetic tree.members of the SAHH protein formed clear subgroups of plants,animals,algae,and bacteria.The Chlamydomonas sp.ICE.LSAHH evolved in parallel with those from Dunaliella salina,Chlamydomonas reinhardtii,and Chlorella variabilis.Sequence analysis with the BLAST algorithm showed that the ICE.LSAHH gene shared 62%-85%sequence identity with other SAHHs.The highest sequence identity was 85%with the SAHH gene of C.reinhardtii.Amino acid sequence alignment be— tween ICE.LSAHH and other SAHHs showed that the ICE.LSAHH protein exhibited high sequence homology with other SAHHs.The three.dimensional structure of ICE—LGPx was determined using SWISS.MODEL work— space and PvM0L Viewer software.The 3D molecular model showed that the ICE.LSAHH subunit has 1 2 B.sheets and 20 .helices,and consists of three domains:a substrate—binding domain,an NAD.binding domain, and a C—terminal domain.In conclusion.SAHH is a conserved protein that is found in the cytoplasm of the ice alga Chlamydomonas sp.ICE—L. Key words:Chlamydomonas sp.;ICE—L;S—Adenosyl homocysteine hydrolase;cloning;3D molecular modeling; bioinformatics Corresponding author:DING Yu.E—mail:dingyu@gdou.edu.cn 

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