Phân tích họ gene mã hóa β-Amylase ở cây sắn (manihot esculenta crantz) bằng phương pháp tin sinh học - Cao Phi Bằng

Tài liệu Phân tích họ gene mã hóa β-Amylase ở cây sắn (manihot esculenta crantz) bằng phương pháp tin sinh học - Cao Phi Bằng: Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 4 (9) – 2017 49 KHOA HỌC TỰ NHIÊN 1. Đặt vấn đề Cây sắn (Manihot esculenta Crantz) là cây lương thực quan trọng thứ 6 trên thế giới chỉ sau cây lúa mì, cây lúa gạo, cây ngô, cây khoai tây và cây lúa mạch� Cây sắn có nguồn gốc từ Nam Mỹ thuộc họ Euphorbiaceae này hiện được trồng khắp vùng nhiệt đới và Phân tích họ gene mã hóa β-amylase Ở CÂY SẮN (Manihot esculenta Crantz) BẰNG PHƯƠNG PHÁP TIN SINH HỌC Cao Phi Bằng Khoa Khoa học Tự nhiên – Trường Đại học Hùng Vương TÓM TẮT Các beta-amylase (β-amylase, EC 3.2.1.2) thuộc họ glycosyl hydrolase 14 có chức năng phân cắt các liên kết (1,4)-α-D-glycosidic trong các phân tử tinh bột, giải phóng các maltose từ đầu không khử của chuỗi. Sử dụng phương pháp tin sinh học, tổng số 10 gene mã hóa β-amylase đã được xác định trong hệ gene của cây sắn. Các gene β-amylase của cây sắn phân bố trên 5 trong tổng số 18 nhiễm sắc thể. Dựa trên kết quả phân tích cây phả hệ, các β-amylase của cây sắn ...

pdf9 trang | Chia sẻ: quangot475 | Ngày: 18/01/2021 | Lượt xem: 42 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Phân tích họ gene mã hóa β-Amylase ở cây sắn (manihot esculenta crantz) bằng phương pháp tin sinh học - Cao Phi Bằng, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 4 (9) – 2017 49 KHOA HỌC TỰ NHIÊN 1. Đặt vấn đề Cây sắn (Manihot esculenta Crantz) là cây lương thực quan trọng thứ 6 trên thế giới chỉ sau cây lúa mì, cây lúa gạo, cây ngô, cây khoai tây và cây lúa mạch� Cây sắn có nguồn gốc từ Nam Mỹ thuộc họ Euphorbiaceae này hiện được trồng khắp vùng nhiệt đới và Phân tích họ gene mã hóa β-amylase Ở CÂY SẮN (Manihot esculenta Crantz) BẰNG PHƯƠNG PHÁP TIN SINH HỌC Cao Phi Bằng Khoa Khoa học Tự nhiên – Trường Đại học Hùng Vương TÓM TẮT Các beta-amylase (β-amylase, EC 3.2.1.2) thuộc họ glycosyl hydrolase 14 có chức năng phân cắt các liên kết (1,4)-α-D-glycosidic trong các phân tử tinh bột, giải phóng các maltose từ đầu không khử của chuỗi. Sử dụng phương pháp tin sinh học, tổng số 10 gene mã hóa β-amylase đã được xác định trong hệ gene của cây sắn. Các gene β-amylase của cây sắn phân bố trên 5 trong tổng số 18 nhiễm sắc thể. Dựa trên kết quả phân tích cây phả hệ, các β-amylase của cây sắn được xếp vào bốn phân họ khác nhau, gồm phân họ I, II, III và IV. Các gene này mã hóa không liên tục với số lượng intron thay đổi theo phân họ và theo từng gene trong phân họ. Các protein suy diễn của chúng có mức tương đồng khá cao khi so với các β-amylase cùng phân họ của cây Arabidopsis. Các protein β-amylase của cây sắn có điểm đẳng điện (pI) dao động từ 5,44 tới 8,92. Tất cả các β-amylase của cây sắn đều mang vùng bảo thủ của họ enzyme glycosyl hydrolase 14 và hầu hết trong số chúng có mang các amino acid giữ vai trò quan trọng đối với chức năng enzyme. Ngoài ra, MeBAM5 và MeBAM10 còn chứa đoạn amino acid giống với vùng bảo thủ của tác nhân điều hòa phiên mã chống chịu với Brassinazole ở đầu amin. Từ khóa: β-amylase, cây sắn, cây phả hệ, đặc trưng của gene, tin sinh học. cận nhiệt đới châu Phi, châu Á và châu Mỹ, trong đó có Việt Nam [10]� Củ sắn là nguồn cung cấp lương thực cho khoảng 800 triệu người trên toàn cầu, mặc dù tất cả các bộ phận của cây sắn đều có thể sử dụng [3]� Củ sắn có hàm lượng tinh bột cao (20-40%), là một nguồn năng lượng tốt cho nhu cầu của Nhận bài ngày 10/11/2017, Phản biện xong ngày 25/11/2017, Duyệt đăng ngày 26/11/2017 50 Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 4 (9) – 2017 KHOA HỌC TỰ NHIÊN con người và đặc biệt là trong công nghiệp nhiên liệu sinh học� Vì là cây có vai trò lớn đối với con người nên hệ gene của cây sắn đã được giải trình tự [1; 17], là cơ sở cho các nghiên cứu về cấu trúc, chức năng và tiến hóa của gene, công cụ hữu hiệu trong chọn tạo giống loài cây này� Các beta-amylase (β-amylase, EC 3�2�1�2) thuộc họ glycosyl hydrolase 14, xúc tác phản ứng thủy phân các phân tử amylose và liên kết (1,4)-α-D-glycosidic trong các phân tử tinh bột, glycogene và maltooligosaccharide [16]� β-amylase có ở thực vật bậc cao và một số vi sinh vật� β-amylase được tích lũy nhiều trong hạt nảy mầm và trong một số mô chịu tác động của các yếu tố bất lợi [11; 23; 24]� Enzyme này còn có vai trò trong sự dự trữ protein hay các hợp chất chứa nitơ [19]� Ngoài ra, hai protein có chứa vùng bảo thủ β-amylase (BAM7 và BAM8) hoạt động như tác nhân điều hòa phiên mã kiểm soát sự sinh trưởng của thân và sự phát triển của Arabidopsis [20; 21]� Các β-amylase ở thực vật có chứa vùng bảo thủ của họ glycosyl hydrolase 14 [4]� Cấu trúc không gian của phân tử protein có các chuỗi β và các vòng với các trình tự đặc trưng [18] cũng như có chứa nhiều xoắn α trong cấu trúc bậc hai [13]� Trên quy mô hệ gene, 9 β-amylase đã được phát hiện ở cây Arabidopsis thaliana [5], 19 β-amylase đã được phát hiện ở cây đậu tương (Glycine max) [2]� Phân tích cây phả hệ cho thấy các β-amylase này được xếp vào bốn nhóm khác nhau với cấu trúc khá khác nhau [2]� Không phải tất cả các protein này đều có mang các amino acid đặc trưng và cũng không phải tất cả chúng đều có hoạt tính enzyme β-amylase [5]� Cây sắn có chất dự trữ trong củ chủ yếu là tinh bột, và các gene liên quan đến sinh tổng hợp tinh bột đã được nghiên cứu [15] trong khi mới chỉ có những nghiên cứu về cấu trúc và hoạt tính enzyme β-amylase [9; 14] nhưng chưa có nghiên cứu toàn diện về họ gene này trên quy mô hệ gene của cây sắn� Nghiên cứu này hướng tới việc xác định các gene mã hóa β-amylase trong hệ gene của cây sắn, đồng thời phân tích các đặc điểm của họ gene này bằng phương pháp tin sinh học� Những kết quả bước đầu cung cấp các thông tin khoa học có ý nghĩa về nghiên cứu chức năng của các β-amylase trên cây lương thực quan trọng này� 2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 2.1. Cơ sở dữ liệu về các trình tự hệ gene và RNAseq ở cây sắn Trình tự hệ gene của cây sắn được lấy từ website phytozome (https://phytozome�jgi� doe�gov/pz/portal�html#!info?alias=Org_ Mesculenta), nền tảng so sánh hệ gene thực vật [7], phiên bản 1�0 thuộc dự án PRJNA234389 của Bredeson et al. (2016) [1]� 2.2. Xác định các gene thuộc họ β-amylase ở cây sắn Các β-amylase của cây Arabidopsis [5] được dùng làm khuôn dò để tìm kiếm các gene tương đồng trên dữ liệu nucleotide của toàn hệ gene của cây sắn nhờ chương trình TBLASTN� 2.3. Xây dựng cây phả hệ Các protein β-amylase của cây Arabidopsis và sắn được sắp dãy bằng MAFFT [12]� Cây phả hệ được xây dựng bằng phần mềm MEGA5 [22]� 2.4. Phân tích các đặc điểm hóa–lý Các đặc điểm vật lý, hóa học của các gene/ protein được phân tích nhờ các công cụ của Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 4 (9) – 2017 51 KHOA HỌC TỰ NHIÊN ExPASy [6]� Cấu trúc CDS/intron được thiết lập nhờ GSDS 2�0 [8]� 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận 3.1. Xác định họ gene β-amylase ở cây sắn Nhờ sử dụng các protein β-amylase của cây Arabidopsis làm khuôn dò trên toàn hệ gene của cây sắn bằng chương trình TBLASTN, tổng số 10 gene mã hóa cho các β-amylase được tìm thấy trong hệ gene của cây sắn (bảng 1)� Phân tích trình tự protein suy diễn cho thấy các gene đều mang vùng bảo thủ của họ glycosyl hydrolase 14 (pfam 01373)� Khi so sánh mức độ tương tự giữa các protein β-amylase của cây sắn với của cây Arabidopsis, giá trị dao động nằm trong khoảng từ 31% đến 76% (bảng 2)� Khi so sánh các β-amylase cùng phân họ kết quả cho thấy, mức độ tương tự giữa các β-amylase phân họ I của hai loài thấp nhất là 65% và cao nhất là 71%� Số liệu tương ứng đối với các β-amylase phân họ II là 50% và 76%, phân họ III là 36% và 74%, phân họ IV là 49% và 72%� Như vậy, họ gene β-amylase của cây sắn là họ đa gene (10 gene), kích thước tương đồng với của cây Arabidopsis (9 gene) [5], nhưng nhỏ hơn so với cây đậu tương (19 gene) [2]� Bảng 1. Các gene thuộc họ β-amylase của cây sắn và đặc điểm của chúng Gene Phân nhóm Tên locus Kích thước gene (bp) Chiều dài protein (aa) Khối lượng protein (kD) pI Định khu dưới tế bào Số intron MeBAM1 II Manes�02G006200 3158 569 64,18 8,59 Lục lạp 3 MeBAM2 II Manes�03G155800 2232 581 64,97 5,67 Lục lạp 3 MeBAM3 III Manes�03G191000 2180 535 59,22 6,04 Lục lạp 2 MeBAM4 IV Manes�05G034800 6614 545 61,67 5,69 Lục lạp 8 MeBAM5 IV Manes�05G034900 5676 701 79,13 5,63 Tế bào chất 9 MeBAM6 I Manes�12G078500 4338 594 67,69 6,04 Tế bào chất 7 MeBAM7 II Manes�15G047700 2553 582 64,84 6,05 Tế bào chất 3 MeBAM8 III Manes�15G060100 7107 522 59,42 8,92 Ti thể 9 MeBAM9 II Manes�15G171200 5823 546 61,34 8,7 Tế bào chất 3 MeBAM10 IV Manes�15G190300 34143 689 77,33 5,44 Nhân 9 Bảng 2. So sánh từng cặp protein β-amylase tương đồng của cây sắn và Arabidopsis. Giá trị biểu thị mức độ tương đồng (%) Gene Arabi dopsis AtBAM5 AtBAM6 AtBAM1 AtBAM3 AtBAM4 AtBAM9 AtBAM2 AtBAM7 AtBAM8 Sắn Phân nhóm I I II II III III IV IV IV MeBAM6 I 71 65 48 48 41 31 47 44 39 MeBAM1 II 37 35 50 50 38 34 37 35 37 MeBAM2 II 49 46 76 62 43 37 49 43 38 MeBAM7 II 51 47 76 58 42 36 50 44 40 MeBAM9 II 48 48 60 72 46 38 50 45 41 MeBAM3 III 34 34 40 41 38 57 35 34 37 MeBAM8 III 42 42 44 45 74 36 42 38 36 MeBAM4 IV 54 55 50 52 42 34 72 68 59 MeBAM5 IV 50 53 47 48 38 35 71 68 52 MeBAM10 IV 41 44 40 42 42 35 57 49 69 52 Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 4 (9) – 2017 KHOA HỌC TỰ NHIÊN 3.2. Bản đồ gene, phân tích cây phả hệ và phân loại các β-amylase Các gene β-amylase phân bố trên 5 trong tổng số 18 nhiễm sắc thể (NST) của cây sắn (hình 1)� Trong đó, NST số 15 mang nhiều gene nhất (4 gene), NST số 3 và số 5 mang 2 gene, hai NST số 2 và số 12 mang một gene� Kiểu phân bố này cũng bắt gặp ở cây Arabidopsis cũng như ở cây đậu tương� Ở cây Arabidopsis, các gene mã hóa cho β-amylase cũng chỉ phân bố trên 4 trong tổng số 5 NST [5] còn ở cây đậu tương, chỉ có 12 trong tổng số 20 NST có mang gene mã hóa β-amylase� Hình 1. Bản đồ phân bố của các gene mã hóa β-amylase của cây sắn (chỉ thể hiện các NST có mang gene mã hóa β-amylase) Hình 2. Cây phả hệ được xây dựng từ các β-amylase của cây sắn (Me) và cây Arabidopsis thaliana (At). Cây phả hệ được xây dựng từ 19 trình tự protein của hai loài sắn và Arabidopsis với các tham biến: thuật toán Maximum Likelihood, mô hình Jones-Taylor-Thornton (JTT), phương pháp Bootstrap với 1000 lần lặp lại, giá trị bootstrap được thể hiện trên mỗi nhánh, thước tỷ lệ là số amino acid thay thế trên một vị trí. Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 4 (9) – 2017 53 KHOA HỌC TỰ NHIÊN Cây phả hệ được xây dựng từ 19 protein β-amylase của hai loài sắn và Arabidopsis sau khi chúng đã được sắp dãy được thể hiện trong hình 2� Cây phả hệ chia làm bốn nhánh tương ứng với bốn phân họ khác nhau được kí hiệu từ I tới IV� Số lượng gene β-amylase của cây sắn thuộc các phân họ I, II, III và IV lần lượt là 1, 4, 2 và 3� Có một sự kiện nhân gene trên quy mô hệ gene (Whole Geneome Duplication, WGD) giữa MeBAM2 và MeBAM7 được ghi nhận sau quá trình biệt hóa giữa tổ tiên của Arabidopsis và sắn� 3.3. Đặc điểm các gene β-amylase ở cây sắn Các gene β-amylase của cây sắn có kích thước và cấu trúc không giống nhau, chứa từ 2�180 đến 3�4143 nucleotide (bảng 1)� Các gene β-amylase của cây sắn có số lượng intron không giống nhau� Các gene phân họ I có 7 intron, các gene phân họ II có 3 intron, các gene phân họ III cùng có 2 hoặc 7 intron và các gene phân họ IV có 8-9 intron (hình 3)� Số lượng intron của các gene thuộc các phân họ ở cây sắn tương đồng với ở cây đậu tương đã được báo cáo [2]� Các gene β-amylase của cây sắn mã hóa cho các protein có độ dài từ 522 tới 701 amino acid, tương ứng với khối lượng phân tử từ 59,22 kD tới 79,13 kD� Các protein β-amylase của cây sắn có điểm đẳng điện (pI) dao động từ 5,44 tới 8,92 (bảng 1)� Các protein phân họ I và phân họ IV có tính axit (với giá trị pI nhỏ hơn 7)� Trong khi đó, các protein thuộc phân họ II và phân họ III có tính kiềm hoặc tính axit� Những đặc điểm vật lý này của các β-amylase của cây sắn khá tương đồng với các đặc điểm của các β-amylase đã được báo cáo ở cây Arabidopsis [5]� Hình 3. Cấu trúc CDS (trình tự mã hóa)/intron của các gene β-amylase của cây sắn 54 Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 4 (9) – 2017 KHOA HỌC TỰ NHIÊN 3.4. Các motif bảo thủ và cấu trúc của các β-amylase ở cây sắn Các β-amylase của cây sắn có chứa các trình tự bộ phận bắt đầu với chuỗi beta và tiếp tục nối với các vòng (β4/L4, β5/L5, β6/L6, β7/L7, β8/L8)� Các đoạn trình tự bộ phận, ngoại trừ L3/H5, đều có chứa các amino acid giữ vai trò quan trọng như trung tâm xúc tác của enzyme, duy trì cấu trúc, liên kết với cơ chất hay với các chất ức chế [18]� Tuy nhiên, không phải tất cả các protein trong họ đều có chứa đầy đủ các amino acid giữ vai trò quan trọng trong chức năng của enzyme, tương đồng với ở cây Arabidopsis [5]� Riêng MeBAM5 và MeBAM10 thuộc phân họ IV của cây sắn, ngoài vùng bảo thủ của họ glycosyl hydrolase 14, còn chứa đoạn amino acid giống với vùng bảo thủ của tác nhân điều hòa phiên mã chống chịu với Brassinazole (Brassinazole resistant, BZR1) ở đầu amin (N-terminal)� Kết quả này cũng phù hợp với các kết quả phân tích cấu trúc của hai gene BAM7 và BAM8 (phân họ IV) của cây Arabidopsis [20]� 4. Kết luận Trong công trình này, chúng tôi đã xác định và phân tích họ gene β-amylase ở cây sắn bằng phương pháp tin sinh học với tổng số 10 gene được phát hiện trong toàn hệ Hình 4. Kết quả sắp dãy các protein β-amylase của cây sắn. Dấu  đánh dấu các amino acid bảo thủ, các vùng bảo thủ được đóng khung. Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 4 (9) – 2017 55 KHOA HỌC TỰ NHIÊN gene� Các đặc điểm lý – hóa và cấu trúc của tất cả các gene và protein suy diễn trong họ cũng đã được xác định� Các motif bảo thủ đã được tìm thấy trong hầu hết các protein của họ β-amylase của cây sắn� Thông qua phân tích cây phả hệ, chúng tôi đã phân loại các β-amylase của cây sắn vào bốn phân họ tương tự như ở các loài thực vật khác đã được nghiên cứu� Bản đồ phân bố của các gene trong họ này trên các nhiễm sắc thể đã được xây dựng� Kết quả nghiên cứu này sẽ mở đường cho việc tách dòng gene và phân tích chi tiết chức năng của các gene trong họ β-amylase ở cây sắn� Lời cảm ơn Công trình này được hoàn thành với sự hỗ trợ kinh phí từ chương trình nghiên cứu khoa học cơ bản của Trường Đại học Hùng Vương, tỉnh Phú Thọ� Tài liệu tham khảo [1] Bredeson J� V�, Lyons J� B�, Prochnik S� E�, Wu G� A�, Ha C� M�, Edsinger-Gonzales E�, Grimwood J�, Schmutz J�, Rabbi I� Y�, Egesi C�, Nauluvula P�, Lebot V�, Ndunguru J�, Mkamilo G�, Bart R�S�, Setter T� L�, Gleadow R� M�, Kulakow P�, Ferguson M� E�, Rounsley S�, Rokhsar, D� S� (2016)� Sequencing wild and cultivated cassava and related species reveals extensive interspecific hybridization and genetic diversity� Nat Biotechnol, 34(5), 562-570� doi:10�1038/nbt�3535 [2] Cao Phi Bằng, Trần Thị Thanh Huyền (2015)� Phân tích họ gen β-amylase ở cây đậu tương (Glycine max)� Tạp chí Sinh học, 37(1SE), 165- 176� doi:10�15625/0866-7160/v37n1se�6106 [3] Ceballos H�, Okogbenin E�, Pérez J� C�, López- Valle L� A� B�, Debouck D� (2010)� Cassava� In Root and tuber crops (pp� 53-96): Springer� [4] Filiz E� (2014)� In silico sequence analysis and homology modeling of predicted beta-amylase 7-like protein in Brachypo- dium distachyon L� 3(1), 7� [5] Fulton D� C�, Stettler M�, Mettler T�, Vaughan C� K�, Li J�, Francisco P�, Gil M�, Reinhold H�, Eicke S�, Messerli G�, Dorken G�, Halliday K�, Smith A� M�, Smith S� M�, Zeeman S� C� (2008)� Beta-AMYLASE4, a noncatalytic protein required for starch breakdown, acts upstream of three active beta-amylases in Arabidopsis chloroplasts� Plant Cell, 20(4), 1040-1058� doi:10�1105/tpc�107�056507 [6] Gasteiger E�, Hoogland C�, Gattiker A�, Wilkins M� R�, Appel R� D�, Bairoch A� (2005)� Protein identification and anal- ysis tools on the ExPASy server� In The Proteomics Protocols Handbook (pp�571- 607): Springer� [7] Goodstein D� M�, Shu S�, Howson R�, Neupane R�, Hayes R� D�, Fazo J�, Mitros T�, Dirks W�, Hellsten U�, Putnam N�, Rokhsar D� S� (2012)� Phytozome: a comparative platform for green plant genomics� Nucleic Acids Res, 40 (Database issue), D1178-1186� doi:10�1093/nar/gkr944 [8] Guo A� Y�, Zhu Q� H�, Chen X�, Luo J� C� (2007)� GSDS: a gene structure display server� Yi Chuan, 29(8), 1023-1026� [9] Hirata A�, Adachi M�, Utsumi S�, Mikami B� (2004)� Engineering of the pH optimum of Bacillus cereus beta-amylase: conversion of the pH optimum from a bacterial type to a higher-plant type� Biochemistry, 43(39), 12523-12531� doi:10�1021/bi049173h [10] Howeler R�, Lutaladio N�, Thomas G� (2013)� Save and grow: Cassava. A guide to sustain- able production intensification� Rome: FAO� [11] Kaplan F�, Guy C� L� (2004)� Beta-Amylase induction and the protective role of maltose 56 Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 4 (9) – 2017 KHOA HỌC TỰ NHIÊN during temperature shock� Plant Physiol, 135(3), 1674-1684� doi:10�1104/pp�104�040808 [12] Katoh K�, Standley D� M� (2013)� MAFFT multiple sequence alignment software version 7: Improvements in performance and usability� Mol Biol Evol, 30(4), 772-780� doi:10�1093/molbev/mst010 [13] Luo J� C�, Wang S� C�, Jian W� B�, Chen C� H�, Tang J� L�, Lee C� I� (2012)� Formation of amyloid fibrils from beta-amylase� FEBS Lett, 586(6), 680-685� doi:10�1016/j�feb- slet�2012�01�062 [14] Mikami B�, Degano M�, Hehre E� J�, Sac- chettini J� C� (1994)� Crystal structures of soybean beta-amylase reacted with beta- maltose and maltal: active site components and their apparent roles in catalysis� Bio- chemistry, 33(25), 7779-7787� [15] Munyikwa T� R� I�, Langeveld S�, Salehu- zzaman S� N� I� M�, Jacobsen E�, Visser R� G� F� (1997)� Cassava starch biosynthesis: new avenues for modifying starch quan- tity and quality� Euphytica, 96(1), 65-75� doi:10�1023/A:1002935603412 [16] Oyefuga O� H�, Adeyanju M� M�, Adebawo O� O�, Agboola F� K� (2011)� Purification and some properties of β-amylase from the nodes of sugar cane, Saccharium offinacium� International Journal of Plant Physiology and Biochemistry, 3(5), 117-124� [17] Prochnik S�, Marri P� R�, Desany B�, Rab- inowicz P� D�, Kodira C�, Mohiuddin M�, Rodriguez F�, Fauquet C�, Tohme J�, Harkins T�, Rokhsar D� S�, Rounsley S� (2012)� The Cassava Genome: Current Progress, Future Directions� Tropical Plant Biology, 5(1), 88-94� doi:10�1007/s12042-011-9088-z [18] Pujadas G�, Ramirez F� M�, Valero R�, Palau J� (1996)� Evolution of beta-amylase: Patterns of variation and conservation in subfamily sequences in relation to parsimony mecha- nisms� Proteins, 25(4), 456-472� doi:10�1002/ prot�6 [19] Qi J� C�, Zhang G� P�, Zhou M� X� (2006)� Protein and hordein content in barley seeds as affected by nitrogen level and their rela- tionship to beta-amylase activity� Journal of Cereal Science, 43(1), 102-107� [20] Reinhold H�, Soyk S�, Simkova K�, Hostet- tler C�, Marafino J�, Mainiero S�, Vaughan C� K�, Monroe J� D�, Zeeman S� C� (2011)� Beta-amylase-like proteins function as tran- scription factors in Arabidopsis, controlling shoot growth and development� Plant Cell, 23(4), 1391-1403� doi:10�1105/tpc�110�081950 [21] Soyk S�, Simkova K�, Zurcher E�, Luginbuhl L�, Brand L� H�, Vaughan C� K�, Wanke D�, Zeeman S� C� (2014)� The Enzyme-Like Domain of Arabidopsis Nuclear beta-Am- ylases Is Critical for DNA Sequence Rec- ognition and Transcriptional Activation� Plant Cell, 26(4), 1746-1763� doi:10�1105/ tpc�114�123703 [22] Tamura K�, Peterson D�, Peterson N�, Stecher G�, Nei M�, Kumar S� (2011)� MEGA5: Molecular evolutionary genetics analysis using maximum likelihood, evolu- tionary distance, and maximum parsimony methods� Mol. Biol. Evol, 28(10), 2731-2739� doi:10�1093/molbev/msr121 [23] Todaka D�, Kanekatsu M� (2007)� Analyt- ical method for detection of beta-amylase isozymes in dehydrated cucumber cotyle- dons by using two-dimensional polyacryl- amide gel electrophoresis� Anal. Biochem, 365(2), 277-279� doi:10�1016/j�ab�2007�03�026 [24] Todaka D�, Matsushima H�, Morohashi Y� (2000)� Water stress enhances beta-amylase activity in cucumber cotyledons� J. Exp. Bot, 51(345), 739-745� Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 4 (9) – 2017 57 KHOA HỌC TỰ NHIÊN SUMMARY Analysis of β-amylase encoded gene family in Cassava (Manihot esculenta Crantz) by using bioinformatic methods Cao Phi Bang Faculty of Natural Sciences – Hung Vuong University Beta-amylases (β-amylase, EC 3.2.1.2) belong to the glycosyl hydrolase family 14 which function by hydrolyzing the 1,4-α-D-glycosidic linkages in starch-type poly- saccharide substrates to remove successive maltose units from the non-reducing ends of the chains. Using bioinformatic methods, a total of 10 genes encoding the β-amy- lase was identified in the whole geneome of cassava. These 10 genes distributed on 5 out of 18 chromosomes. Based on phylogenetic analysis, the cassava β-amylases were classified into four subfamilies I, II, III and IV. All of 10 genes encoded discontin- uously, their intron numbers differed up on the subfamily. The pairwise comparison of predicted proteins from the same subfamily between the two species (cassava and Arabidopsis) showed that they were similar. The pI values of soybean β-amylase ranged from 5.44 to 8.92. All cassava β-amylases contained the conserved domain of the glycosyl hydrolase family 14, and most of the proteins included amino acids which are important for the enzymatic function. In addition, MeBAM5 and MeBAM10 proteins contained the amino acid sequence in N-terminal which was similar to the transcription factors of the Brassinazole Resistant1 (BZR1) type. Keywords: β-amylase, cassava, phylogenetic tree, gene characterization, bioinformatics, gene identification.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdf107_9302_2218872.pdf
Tài liệu liên quan