生物信息学研究论文3100字生物信息学研究毕业论文范文模板.docx

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生物信息学研究论文3100字

（一）：

基于结构生物信息学的白介素17进化及其结构研究论文

摘要：

目的：

基于结构生物信息学的白介素17进化及其结构研究，以为防治许多炎症相关重大疾病提供借鉴。

方法：

采用医学研究资料调研分析法，对我院2019年1月2019年10月收治的狼疮性肾炎、稽留流产、阿尔茨海默病、左右半结腸癌等疾病患者，就白介素17受体基因进行研究，具体方法应用基因组学、生物信息学，序列比对和注释后，就其进化和结构进行研究。

结果：

RecombinantHumanIL-17通过SDS-PAGE，银染色和Coomassie？

Blue染色定量光密度法显示，纯度>95%。

通过LAL方法，每1微克蛋白质的内毒素水平<0.01EU。

辅助T细胞的细胞增殖测定中测量中，为此作用的ED50为0.06-0.24ng/mL。

即细胞因子转运蛋白至机体关联的高浓度区细胞因子生物学效应；与mCK-R相应成竞争性配体，抑制mCK-R介导生物学效用明显。

结论：

IL-17的进化及其结构在狼疮性肾炎、稽留流产、阿尔茨海默病、左右半结肠癌等疾病等疾病的防治中效果和表达较为明显，可作为疾病防治领域的科研依据加以重视。

关键词：

白介素17；进化；结构；结构生物信息学

白介素17是最初源于鲤科鱼类最具代表性的二个物种—鲤和草鱼IL17受体基因家族的起源进化，无论是基因组学和生物信息学的研究方法，均证实了在鲤和草鱼中分别注释得到9个和5个IL17受体基因家族成员；与四足动物相比，大多数硬骨鱼类中IL17受体基因没有明显增多。

两类物种除在IL17RB和IL17受体基因家族成员在不同组织中全基因组复制后不同基因拷贝的功能发生了分化。

本研究旨在基于结构生物信息学的白介素17进化及其结构研究，以为防治许多炎症相关重大疾病提供借鉴，具体内容分析如下：

1资料和方法

1.1一般资料

采用医学研究资料调研分析法，对我院2019年1月2019年10月收治的狼疮性肾炎、稽留流产、阿尔茨海默病、左右半结肠癌等疾病患者，就白介素17受体基因进行研究，具体方法应用基因组学、生物信息学，序列比对和注释后，就其进化和结构进行研究。

1.2方法

以银屑病患者的临床治疗为例，最初治疗方法为靶向T细胞生物制剂Alefacept和Efalizumab；随后肿瘤坏死因子（TNF-a）抑制剂依那西普获批；针对同一靶点的英夫利昔单抗和阿达木单抗获批该适应症，TNF-α抑制剂成为首类被证明对本病治疗有效的生物制剂。

白介素因子的产品在科研领域应运而生，以IL-12/23抑制剂乌司奴单抗，IL-17A抑制剂司库奇尤单抗、依奇珠单抗等，均成为以结构生物信息学的白介素17进化及其结构研究中的翘楚。

进化效应在PASI90/100的响应率上也有明显的表现。

应用12周时，TNF-α抑制剂的PASI90与PASI100仅为20%左右及不到10%；IL-12/23抑制剂的PASI90与PASI100分别约为40%和15%；IL-17A抑制剂的PASI90与PASI100约为70%和35%以上，而应用16周IL-17A抑制剂后，PASI90可达85%以上，PASI100最高可达40%。

2结果

IL17基因编码一个155个氨基酸残基组成的多肽，此多肽中包括一段N-末端疏水信号序列。

NorthernBlot分析发现该基因只在被刺激的T细胞中转录出一个1.9kb大小的mRNA，而在任何其它人类组织中都无法检测到这种转录。

所表达的IL17以糖基化和非糖基化两种形式分泌。

RecombinantHumanIL-17通过SDS-PAGE，银染色和Coomassie？

Blue染色定量光密度法显示，纯度>95%。

通过LAL方法，每1微克蛋白质的内毒素水平<0.01EU。

辅助T细胞的细胞增殖测定中测量中，为此作用的ED50为0.06-0.24ng/mL。

即细胞因子转运蛋白至机体关联的高浓度区细胞因子生物学效应；与mCK-R相应成竞争性配体，抑制mCK-R介导生物学效用明显。

3讨论

白介素-17是以A或E为构成形态的机体感染损伤处指标，在淋巴细胞迁移环节，充当诱导炎症因子以及趋化因子表达的角色，同时在免疫细胞到达炎症部位时具有加剧效能，是有效抑制多种自身免疫病病理程度的金指标。

白介素-17E对人体抵抗寄生虫感染非常重要，一方面促进机体过敏反应、加剧了哮喘等呼吸道疾病发病程度。

另一方，在人体遭遇肠道或皮肤炎症时，肠道上皮细胞和皮肤角质层细胞会分泌白介素-17C，对外来刺激做出早期反应较烈。

本研究的结果表明，RecombinantHumanIL-17通过SDS-PAGE，银染色和Coomassie？

Blue染色定量光密度法显示，纯度>95%。

通过LAL方法，每1微克蛋白质的内毒素水平<0.01EU。

辅助T细胞的细胞增殖测定中测量中，为此作用的ED50为0.06-0.24ng/mL。

即细胞因子转运蛋白至机体关联的高浓度区细胞因子生物学效应；与mCK-R相应成竞争性配体，抑制mCK-R介导生物学效用明显。

文献资料数据进一步佐证，寻常型银屑病患者血清IL-17和IL-23⊿CT值；⊿CT值和mRNA表达量则呈反比差异显著，具有统计学意义（P<0.05）；在不同性别、年龄、白细胞等相关实验室指标差异不明显（P>0.05）；血清IL-17表达与PASI呈正相关（P<0.05）。

与癌旁正常组织比较，结肠癌组织中IL-17、VimmRNA表达水平升高，E-cadmRNA表达水平降低，有统计学意义（P<0.05）；IL-17mRNA表达水平在左半结肠癌中较右半结肠癌高（P<0.05）。

白介素（IL）-17作为一种促炎性细胞因子，被认为在强直性脊柱炎（AS）/轴突性脊柱关节炎（axSpA）以及其他脊柱关节炎的免疫发病机制中发挥重要作用。

IL-17A抑制剂secukinumab和ixekizumab的临床和放射学结果以及安全性数据，扩大了AS治疗的有效范围，并证实了IL的病理生理作用在axSpA中为-17。

即使在肿瘤坏死因子抑制剂失效后，IL-17抑制也显示出足够的抗疾病迹象和症状功效，且极为安全。

银屑病患者血清TNF-α、IL-17、IL-21及IL-22水平差异均有统计学意义（P<0.05）；血清TNF-α水平与IL-17水平呈明显正相关（r=0.7138，P<0.05），而血清IL-17水平还与家族其他因子如IL-21及IL-22水平成正比。

综合来讲，白介素是白细胞或免疫细胞间相互作用的淋巴因子，即白介素-17细胞因子可以结合到受体成员上来介导不同的炎症反应，白介素17应用在急性炎症反应上的效果突出。

从其进化作用来讲，白介素和血细胞生长因子同属细胞因子，白介素-17细胞因子在急性炎症反应中，具有加速分泌、保护机体不受外源有害物质侵害的作用，同时受多种遗传和环境因素所导致的慢性炎症环节，其加速多种慢性疾病病程效应明显。

IL-17基因分子生物学功能表现在增强IL-1及INF的功能，诱导核因子-κB及IL-6、IL-8的产生，增强细胞间黏附分子（ICAM-1）在细胞表面的表达；促进哮喘炎症发生、发展作用；激素可抑制T细胞分泌IL-17的结构进化效果。

综上所述，IL-17的进化及其结构在狼疮性肾炎、稽留流产、阿尔茨海默病、左右半结肠癌等疾病等疾病的防治中效果和表达较为明显，可作为疾病防治领域的科研依据加以重视。

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（二）：

花生GAIP-B基因的生物信息学分析及表达研究论文

摘要：

为研究DELLA蛋白在花生生长、育种过程中的功能，利用RT-PCR技术从花生栽培种品系花2014中克隆得到一个花生DELLA蛋白编码基因AhGAIP-B（GenBank登录号：

XP_016191184）。

序列分析结果表明，AhGAIP-B开放阅读框（ORF）全长1812bp，只有一个外显子，可编码603个氨基酸。

生物信息学分析发现，AhGAIP-B编码的产物是一类典型DELLA蛋白，其三级结构与拟南芥GAI相似，亲缘关系与大豆GmGAI1最近。

进一步qRT-PCR结果显示，AhGAIP-B基因呈组成型表达，其中在茎中表达量最高；同时，本研究还发现，外源GA3可以诱导AhGAIP-B基因上调表达，其表达量在处理后12h最高。

本结果将为进一步的花生DELLA功能研究提供理論基础。

关键词：

花生；DELLA蛋白；AhGAIP-B基因；赤霉素；组织表达

中图分类号：

S565.2：

Q786文献标识号：

A文章编号：

1001-4942（2019）09-0028-07

赤霉素（Gibberellins，GAs）是一类由四环骨架构成的二萜类化合物，在植物生长发育中发挥着重要的调节作用[1-4]。

目前，研究者们对拟南芥等模式植物中的GAs代谢途径开展了深入研究，其中对于GAs信号转导途径的关键负调控因子DELLA蛋白研究较多[5]。

迄今为止，拟南芥中共鉴定出五个DELLA蛋白，分别为GAI（GAInsensitive）、RGA（RepressorofGA1-3）、RGL1（REPRESSOROFga7-i-LIKEprotein1）、RGL2（REPRESSOROFga7-i-LIKEprotein1）、RGL3（REPRESSOROFga7-i-LIKEprotein1）[6-8]。

已有研究表明，DELLA蛋白含有多个保守功能域：

位于N端特异的DELLA和TVHYNP酸性保守域与GA信号感知区；C端的VHVID、RVER、Pyre及SAW结构域具有GA信号抑制功能；另外其中心区还含有核定位区域NLS[9]。

当GAs存在时，可诱导GID1蛋白构象变化，并与DELLA蛋白结合从而形成GA-GID1-DELLA三聚体；然后在26S蛋白酶泛素化作用下DELLA蛋白发生降解，解除其对植物的生长抑制作用[10]。

不同DELLA蛋白在植物发育中具有不同作用，如拟南芥GAI和RGA对植物伸长生长和开花存在抑制功能[11]，而RGL1和RGL2的主要功能在于调节花瓣、雄蕊和花药的发育[12]。

在我国，花生（Arachishypogaea）是一种重要的油料和经济作物，但每逢夏季多雨年份，花生植株长势过旺容易引起倒伏、影响机械化收获，造成大幅减产。

所以花生的矮化育种具有重要的现实意义，然而传统育种方式获得矮化优良品种周期较长。

近年来基因工程技术的发展为我们提供了新的思路，通过转入GAs抑制因子DELLA蛋白基因可调节植株的高度，从而获得优良矮化品种[13]，但在花生中还未见相关报道。

本研究从花生中克隆到一个DELLA蛋白编码基因GAIP-B，对其进行了生物信息学分析，并进行了不同组织表达分析。

研究结果可为深入研究花生DELLA蛋白的分子作用机制和分子矮化育种提供参考。

1材料与方法

1.1植物材料

本试验材料为花生栽培种品系花2014。

不同组织部位取材：

试验于2018年5月1日至9月10日在河南农业大学毛庄科教园区进行，行距0.4m。

于2018年7—8月取花生的根、主茎、幼叶、花蕾和未成熟种子，3次重复，液氮速冻后-80℃保存。

赤霉素处理材料选取：

花生种子催芽24h后播种，在光周期为16L∶8D、温度为26℃/24℃的人工气候箱中培养，相对湿度60%，于花生三叶期（出苗后7d）叶面喷施50mg/L的赤霉素，在处理后0、2、4、8、12、24、48h采集叶片样品。

每个时间点选定9株长势一致的植株，每3株为1个重复，共设3次重复。

取样后用液氮速冻后-80℃保存。

1.2总RNA提取和cDNA合成

取相应组织的材料在液氮中研磨，总RNA提取采用TransZOLPlant（TRANSGEN）试剂盒，cDNA的合成采用PrimeScriptTMRTreagentKitwithgDNAEraser（TaKaRa）。

引物由上海尚亚生物技术有限公司合成，其编号及序列见表1。

1.3AhGAIP-B基因的克隆

根据NCBI（https：

//www.ncbi.nlm.nih.gov/）数据库搜索到的AhGAIP-B基因设计特异性引物（表1），以花生栽培种花2014的cDNA为模板扩增目的片段AhGAIP-B。

PCR反应体系为50μL：

cDNA模板2.5μL，5×Q5ReactionBuffer10μL，dNTPs1μL，F、R引物各25μL，Q5High-FidelyDNAPolymerase0.5μL，ddH2O补足50μL。

反应程序：

98℃预变性30s；98℃变性10s，59℃退火30s，72℃延伸2min，33个循环；72℃延伸2min。

1%琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物。

凝胶回收试剂盒（ZOMANBIO）纯化目的条带，连接到克隆载体ZT4-Blunt上，转化后筛选阳性克隆送至上海尚亚生物技术有限公司进行测序。

1.4AhGAIP-B基因的生物信息学分析

用在线软件GSDS2.0（http：

//

蛋白质的二级结构用在线软件PRABI（http：

//ww-w.prabi.fr/）进行预测；根据在线软件SWISS-MODEL（https：

//www.swissmode-l.expasy.org/interactive）分析蛋白质三级结构。

在PeanutBase（https：

//www.peanutbase.org/）和NCBI（https：

//www.ncbi.nlm.ni-h.gov/）利用在线Blast工具搜索花生AhGAIP-B蛋白的同源序列；利用本地软件DNAMAN6.0及在线weblogo2.82网站（http：

//weblogo.berkeley.edu/）进行氨基酸多序列比对及同源性分析；使用MEGA7.0选择邻接法（neighbor-joining，NJ）构建系统发育进化树，参数设置Bootstrap=1000。

1.5实时荧光定量PCR分析

分别以不同组织材料总RNA反转录的cDNA为模板，以Actin为内参基因，扩增体系及程序参照TaKaRa公司的SYBRPremixExTaqTMⅡ试剂盒说明书操作。

三次生物学重复，所用引物见表1，采用2-ΔΔCt计算相对表达量。

2结果与分析

2.1AhGAIP-B基因的克隆

以栽培种花2014的cDNA为模板进行PCR扩增，获得AhGAIP-B基因的cDNA序列，长1812bp（图1A）。

测序结果表明，该基因长度及核苷酸序列与参考基因组13号染色体上的基因Arahy.64CHNN预测序列完全一致，与同源染色体03号染色体上的参考基因Arahy.DN4CQF相似度为99.74%。

2.2AhGAIP-B基因的生物信息学分析

2.2.1AhGAIP-B蛋白氨基酸序列分析花生基因组测序结果显示，AhGAIP-B位于花生13号染色体上（图1B），包含一个外显子，无内含子（图2A），可编码603个氨基酸。

氨基酸理化性质分析结果表明，AhGAIP-B蛋白的化学分子式为C2889H4495N803O893S23，相对分子质量为65.50kD，亲水系数为-0.233，预测为亲水性蛋白。

同时，该蛋白无跨膜结构域，亚细胞定位在细胞核上。

进一步保守域分析显示，AhGAIP-B蛋白N端含有DELLA结构域，C端存在GRAS结构域，属于GRAS家族基因（图2B）。

2.2.2AhGAIP-B蛋白结构分析二级结构分析发现，AhGAIP-B由49.1%的α-螺旋、308%的無规则卷曲、11.6%的延伸链和8.5%的β-转角共同组成（图3A）。

蛋白质三维结构分析发现AhGAIP-B蛋白质三级结构与AtGAI类似（图3B），推测两者可能具有相同的功能。

2.2.3不同物种DELLA蛋白的保守结构域与系统进化分析利用DNAMAN软件将AhGAIP-B氨基酸序列与拟南芥（At）、大豆（Gm）、棉花（Gh）、水稻（Os）、芝麻（Si）、小麦（Ta）、油菜（Bn）及玉米（Zm）等物种的DELLA蛋白进行氨基酸多重比对，发现不同物种的DELLA蛋白在C端都含有GA信号阻遏结构域VHVID、RVER和SAW，中心区存在LZ（亮氨酸七肽重复序列）及核定位区域NLS，而N端则具有GA信号感知结构域DELLA和TVHYNP（图4）。

为进一步研究这些物种中DELLA蛋白的亲缘关系，基于前述氨基酸比对结果构建系统发育进化树。

结果显示，

前述花生等9个物种的DELLA蛋白被明确划分为两大类，其中，同为禾本科的单子叶植物水稻、小麦和玉米DELLA蛋白为Ⅰ大类，其余双子叶植物则为Ⅱ大类（图5）。

Ⅱ大类里面根据遗传距离又可细分几个小类，如同为十字花科的拟南芥和油菜的DELLA蛋白可归为一类，锦葵科的棉花和胡麻科芝麻的DELLA蛋白归为一类；而同为豆科的花生和大豆的DELLA蛋白亲缘关系则最近。

2.3AhGAIP-B基因表达分析

荧光定量分析结果表明，AhGAIP-B基因在不同组织均有表达，其中茎中表达量最高，其次为根、种子、叶和花（图6）。

为进一步了解AhGAIP-B应答GA3的表达模式，对GA3处理不同时间基因的表达水平进行了分析，结果表明，AhGAIP-B基因的表达随GA3处理时间延长先逐渐上升，在12h时达到峰值，为处理前的26倍；此后逐渐下调，但处理48h时仍高于处理前水平（图7）。

3讨论与结论

本研究克隆了花生GAIP-B基因，并对其表达模式进行了分析，该基因在花生的根、茎、叶、花、种子中均有表达，与拟南芥GAI及水稻SLR[STBX]1的组织表达模式一致[14，15]。

但并非所有植物的DELLA基因都是如此，擬南芥中的AtRGL1、AtRGL2和AtRGL3仅在花、萌芽的种子和角果中表达[14]；苹果GAI基因仅在幼果中表达[16]；大豆GAI1a仅在叶、花和胚组织中表达[17]；黄瓜GAIP基因在茎和雄花芽中表达[18]，这表明DELLA基因在不同植物中可能存在不同的功能。

模式植物拟南芥中的RGA和GAI结构相似，但RGA比GAI更具主导作用，敲除RGA和GAI基因后使拟南芥GA1-3缺陷型恢复为野生型或过表达GA型[19]；而RGL1和RGL2共同参与种子萌发、叶片衰老和控制花形态发育等途径[20-22]。

Zhang等[23]利用黄瓜GAIP在拟南芥中异源表达，发现CsGAIP能够恢复拟南芥rga-24/gai-t6突变体的花形态、雌蕊发育和株高，并且导致拟南芥雄蕊数量减少；此外，将苹果RGL2a基因在拟南芥中超表达后，转基因植株表现出类似GAI突变矮化型表型[24，25]。

这些结果表明DELLA蛋白可能参与植株矮化、花发育等多个生物学功能。

本研究从花生中成功分离出一个DELLA蛋白编码基因AhGAIP-B，其编码产物具有典型的DELLA蛋白保守结构域，且进化上与同为豆科的大豆DELLA蛋白亲缘关系最近。

进一步研究发现，AhGAIP-B基因在花生多个组织部位均有表达，其中以茎中表达量最高；此外，外源GA3可以诱导AhGAIP-B基因上调表达。

本研究结果有助于深入理解DELLA蛋白在花生生长发育中的调节机制，并为花生株型改良提供理论基础。