石　鹏， 曹红星， 李东霞， 王　永， 雷新涛

( 中国热带农业科学院 椰子研究所 海南省热带油料作物生物学重点实验室， 海南 文昌 571339 )



油棕等热带植物DXS基因的生物信息学分析

石鹏， 曹红星， 李东霞， 王永， 雷新涛*

( 中国热带农业科学院 椰子研究所 海南省热带油料作物生物学重点实验室， 海南 文昌 571339 )

摘要：油棕等热带植物含有丰富的胡萝卜素和维生素E等类异戊二烯物质，类胡萝卜素和甾醇等类异戊二烯物质在植物生命活动中扮演重要角色，并且对保护人类健康具有重要意义，MEP途径是合成类异戊二烯的重要途径之一。DXS是MEP途径中的第一个限速酶，其功能在油棕等热带植物中极其保守。为了弄清油棕等热带植物DXS的结构和功能特点，该研究利用生物信息学工具和软件对以油棕等热带植物类异戊二烯合成关键基因DXS为对象，进行核酸和氨基酸序列的理化性质、蛋白质结构以及功能结构域等分析，探讨了不同物种间的亲缘关系。结果表明：DXS基因起始密码子均为ATG，终止密码子则分为TAG、TAA和TGA，DXS蛋白质属于不具有信号肽的亲水性蛋白，可能作为转运蛋白在叶绿体基质中发挥作用，未发现明显的跨膜结构域，磷酸化位点有36个，其中丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸位点分别为17、11和8个，无规则卷曲和α-螺旋是蛋白质二级结构主要的结构元件，三级结构预测具有DXS酶特征，硫胺素焦磷酸盐结合位点和PLN02582保守结构域，不同植物DXS功能结构域非常保守，可以作为判断不同物种间亲缘关系的重要依据。该研究结果为油棕等热带植物DXS的结构、功能分析和利用提供了进一步的信息，为其品质性状分子机制研究及遗传改良奠定了基础。

关键词：油棕， DXS基因， 生物信息学， 系统进化树

油棕(ElaeisguineensisJacq.)属棕榈科多年生乔木，是热带产油植物，果实中类胡萝卜素的含量是决定油棕品质的一个重要指标。粗棕榈油中含有600 mg·kg-1类胡萝卜素，其中80%都是β-胡萝卜素和α-胡萝卜素，这也是粗棕榈油呈黄色或红棕色的原因(雷新涛和曹红星，2013)。巴西橡胶、可可、白木香、杜仲和麻疯树都是重要的热带植物，对油棕等热带植物进行DXS的生物信息学分析，对于了解这些重要植物的DXS蛋白质结构和功能具有重要意义，同时也为分析这些热带植物间进化关系提供依据。

类异戊二烯是最大的一类天然产物，目前为止已知的有3万多种(Sacchettini & Poulter，1997)。一些类异戊二烯在细胞中有着重要作用，如甾醇是细胞膜结构的重要组分(Erick，2008)，长萜醇在蛋白质糖基化中担任糖基载体(Vincent & Dirk，2011)，泛素和质体醌在光合作用和呼吸作用中扮演电子转运体的角色(Keisuke et al，2010)，脱落酸、细胞分裂素、赤霉素和甾醇作为激素控制着生理和发育过程(Jonathan & Neil，2001)。尽管各种类异戊二烯的结构和功能存在差异，但是所有的都由异戊烯焦磷酸(IPP)和它的同分异构体二甲基丙烯焦磷酸(DMAPP)构成。IPP和DMAPP能通过两个不同生物合成路线：甲羟戊酸(MVA)途径，其主要存在真菌、酵母和动物细胞质中；2-C-甲基-D-赤藻糖醇-4-磷酸(MEP)途径，其存在原生生物，大多数细菌，绿藻和高等植物质体中(Lombard & Moreira，2011；Wanke et al，2001；Vranova et al，2013)。MEP途径的第一步是丙酮酸和3-磷酸甘油醛在1-脱氧木酮糖-5-磷酸合成酶(DXS)的催化下生成1-脱氧木酮糖-5-磷酸(DXP)。DXS是一种新的转酮酶，由DXS基因翻译而来(Elizabeth et al，2009；Han et al，2013)。在植物和大肠杆菌中，由此反应产生的DXP被用来在质体中生成IPP。DXS基因最初在大肠杆菌中被克隆和分析，其它细菌和高等植物中随后也找到了同源基因(Cordoba et al，2011；Zhang et al，2009；Gong et al，2006；Luisa et al，1998；Kuzuyama et al，2000；Hahn et al，2001)。胡萝卜素和叶黄素统称为类胡萝卜素，是所有进行光合作用生物中的色素。在高等植物中，类胡萝卜素在绿色组织光合作用中扮演重要角色。其中，β-胡萝卜素是维生素A的前体，具有抗癌的作用，其缺乏会导致失明和早逝(Rao et al，2007；Shan & Li，2008；Aguila & Manuel，2012)。由于类胡萝卜素的重要性，高等植物中编码类胡萝卜素生物合成的酶基因成为了增加类胡萝卜素生物合成的潜在位点。有文献报道证实DXS是途径中的限速酶，MEP途径中的基因高表达与植物中更高含量的类胡萝卜素有直接关系(Peng，2008)。

生物信息学兴起于21世纪，利用信息学工具分析核酸和蛋白质等大分子，大规模挖掘这些大分子的生物学意义(Luscombe et al，2001)。目前，植物中开展DXS的生物信息学分析还不多，尤其在油棕等热带植物中还很少报道。本文主要以油棕等热带植物的DXS核酸和蛋白质序列为分析对象，利用大量的生物信息学工具挖掘其序列的生物学意义，为进一步研究油棕等热带植物DXS基因功能和类胡萝卜素代谢过程奠定基础。

1材料与方法

1.1 数据来源

核酸和蛋白质序列均来源于NCBI(National Center for Biotechnology Information)数据库中已有的油棕等热带植物1-脱氧木酮糖-5-磷酸合成酶基因的核酸序列及其对应的蛋白质序列，如油棕(ElaeisguineensisJacq.，AY583783、AAS99588)、白木香(Aquilariasinensis，JX860326、AFU75321)、杜仲(Eucommiaulmoides，JX458817、AFU93068)、巴西橡胶(Heveabrasiliensis，AB294698、BAF98288)、麻疯树(Jatrophacurcas，KF955327、AHL17583)、可可(Theobromacacao，XM007035370、XP007035432)；另外，构建系统进化树还用到了以下几种植物的DXS蛋白质序列：高良姜(Alpiniaofficinarum，AEK69518)、阳春砂(Amomumvillosum，ACR02668)、拟南芥(Arabidopsisthaliana，NP193291)、巴豆(Crotonstellatopilosus，BAF75640)、海岛棉(Gossypiumbarbadense，ABN13970)、苜蓿(Medicagotruncatula，XP003609567)、烟草(Nicotianatabacum，ACF60511)、粳稻(Oryzasativa，NP001055524)、葛麻姆(Puerariamontana，AAQ84169)、蓖麻(Ricinuscommunis，XP002516843)、罗汉果(Siraitiagrosvenorii，AEM42997)、番茄(Solanumlycopersicum，NP001234672)、马铃薯(S.tuberosum，NP001275130)、南非醉茄(Withaniasomnifera，AFI98878)、玉米(Zeamays，NP001157805)。

表 1　生物信息学分析使用的工具和软件

1.2 方法

所用生物信息学工具和软件如表1所示，具体参数设置见结果。

2结果与分析

2.1 油棕等热带植物DXS基因核酸及氨基酸序列分析

利用ORF Finder和ProtParam对油棕、巴西橡胶、麻疯树、杜仲、可可和白木香6种热带植物DXS基因的核酸序列及其氨基酸序列进行分析。分析结果如表2所示，不同植物DXS基因开放读码框的碱基数及所编码的氨基酸残基数变化不大，起始密码子均为ATG，终止密码子分为3种，即油棕、巴西橡胶和白木香均为TAG，麻疯树和杜仲为TAA，可可则为TGA ；而且不同植物DXS的分子量、理论等电点和高含量氨基酸成分基本一致; Leu、Ala、Gly是这6种热带植物DXS中含量最丰富的氨基酸；根据不稳定性指数小于40为稳定性蛋白质判断，巴西橡胶、杜仲和可可的DXS为稳定类蛋白质，而油棕、麻疯树和白木香的DXS为不稳定类蛋白质；且它们的亲水系数较低，均为亲水性蛋白质。

表 2　6种热带植物DXS核酸及氨基酸序列分析

2.2 油棕等热带植物DXS亲水性/疏水性的预测和分析

利用ProtScale对油棕氨基酸序列的疏水性/亲水性进行预测(图1)。从图1发现，多肽链第55位的His具有最低的分值-2.656，亲水性最强；而第185位的Gly具有最高的分值2.067，疏水性最强。整体来看，亲水氨基酸分布比较均匀，且数量大于疏水氨基酸，故推测油棕DXS蛋白质为亲水性蛋白。

2.3 油棕等热带植物DXS二级结构的预测和分析

利用SOPMA对油棕DXS氨基酸序列进行二级结构预测(图2)。从图2可以发现，油棕DXS由40.45%的无规则卷曲(Random coil)，38.19%的α-螺旋(Alpha helix)，15.28%的延伸链(Extended strand)和6.08%β-转角(Beta turn)组成。在整个蛋白质结构中，无规则卷曲和α-螺旋是油棕DXS最主要的结构元件，而延伸链和β-转角则次之。

2.4 油棕等热带植物DXS蛋白三级结构的预测和分析

利用SWISS-MODEL的同源建模方法预测油棕DXS蛋白的三级结构，获得油棕DXS三维结构模式(图3)。同源建模分析发现其与蛋白质模板2o1s.1.A有50.58%的相似性，且根据三级结构特征推测为1-脱氧木酮糖-5-磷酸合成酶(1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase)。从图3可以看出，紫色卷曲状结构代表的无规则卷曲遍布在油棕DXS三级结构中。

2.5 油棕等热带植物DXS跨膜结构域的预测和分析

利用TMHMM对不同热带植物DXS氨基酸序列的跨膜结构域进行预测(图4)，未发现明显的跨膜结构域。

2.6 油棕等热带植物DXS翻译后修饰的预测和分析

利用NetPhos 2.0 Server对油棕DXS的翻译后修饰预测的结果表明(图5)，整个多肽链中分值在0.5(阈值)以上的氨基酸位点有36个，可知油棕DXS的磷酸化位点有36个，其中Ser：17，Thr：11，Tyr：8。

2.7 油棕等热带植物DXS的亚细胞定位分析

利用PSORT对油棕等热带植物的DXS基因的编码产物进行亚细胞定位分析，结果表明，油棕和其它热带植物的DXS蛋白质定位在叶绿体中基质的可能性最大，该结果说明热带植物DXS蛋白可能主要是在叶绿体基质中行使功能。

2.8 油棕等热带植物DXS信号肽和导肽的预测及分析

利用SignalP 4.1 Server对油棕DXS氨基酸序列的信号肽进行预测(图6)。图6结果表明，油棕DXS不含有信号肽。

同时利用TargetP1.1 Server进行导肽分析也证实了其作为叶绿体转运蛋白(分值为0.409)的可能性比较大(图7)，该蛋白存在信号肽(分值为0.030)的可能性很小。此结果与亚细胞定位及信号肽预测结果基本一致。

2.9 油棕等热带植物DXS保守结构域的预测和分析

通过NCBI中的保守结构域数据库 (Conserved

Domain Database，CDD)工具对DXS基因的氨基酸序列分析发现，DXS含有硫胺素焦磷酸盐(TPP，Thiamine pyrophosphate)和嘧啶(PYR，Pyrimidine)结合位点，TPP_DXS、TPP_PYR_DXS_TK_like和Transketolase_C保守域，TPP_enzymes、TPP_enzyme_PYR和Transketolase_C superfamily家族和PLN02582保守结构域。其中PLN02582是1-脱氧木酮糖-5-磷酸合成酶的特征序列(图8)。

图 1　油棕DXS的疏水性/亲水性预测和分析Fig. 1　Hydrophobicity or hydrophilicity prediction and analysis of EgDXS

2.10 油棕等热带植物DXS序列比对及系统进化分析

用Blast程序比对油棕与其它植物DXS的核酸及氨基酸序列同源性，结果表明油棕DXS的核酸序列与其它植物如高良姜(HQ874656)、麻疯树(KF955327)、葛麻姆(FJ455512)、橡胶(AB294698)、番茄(NM001247743)和南非醉茄(JQ710678)的一致性分别是80%、80%、79%、79%、

图 2　油棕DXS二级结构预测　蓝色线条，红色线条，绿色线条和紫色线条分别表示α-螺旋，延伸链，β-转角和无规则卷曲。横坐标和纵坐标分别表示二级结构在所处的位置和数量。Fig. 2　Secondary structure prediction of EgDXS　Blue lines, red lines, green lines, purple lines represent alpha helix, extended strand, beta turn and random coil respectively. Horizontal and vertical axis represent position and quantity of secondary structure respectively.

图 3　油棕DXS三级结构预测Fig. 3　Tertiary structure prediction of EgDXS

图 4　油棕DXS的跨膜结构域预测Fig. 4　Transmembrane structure prediction of EgDXS

图 5　油棕DXS翻译后修饰预测　磷酸化位点分为丝氨酸，苏氨酸和酪氨酸3种。Fig. 5　Posttranslational modification prediction of EgDXSPhosphorylation sites are divided into serine, threonine and tyrosine.

图 6　油棕DXS信号肽预测　C-score. 切割位点的可能性； S-score. 氨基酸是信号肽的可能性； Y-score. 结合C-score和S-score的导数，能更好地反映切割位点的可能性。Fig. 6　Signal peptide prediction of EgDXS　C-score. Possibility of cleavage site; S-score. Possibility of signal peptide; Y-score. Derivative of the C-score combined with the S-score resulting in a better cleavage site prediction than the raw C-score alone.

图 7　油棕DXS导肽预测　Len. 蛋白质长度； cTP. 作为叶绿体转运蛋白的可能性； mTP. 作为线粒体转运蛋白的可能性； SP. 信号肽的可能性。Fig. 7　Leading peptide prediction of EgDXS　Len. Length of protein; cTP. Possibility of chloroplast transport protein; mTP. Possibility of mitochondira transport protein; SP. Possibility of signal pepetide.

79%和79%；蛋白质的Blastp比对发现，油棕DXS的氨基酸序列与其他植物的氨基酸序列有更高的相似性，如与长春花(AGL40532)、阳春砂(ACR02668)、玉米(ACG27905)、麻疯树(AHL17583)、高良姜(AEK69518)和罗汉果(AEM42997)的一致性分别为86%、85%、86%、86%、86%和85%。以上结果表明，植物DXS氨基酸序列之间的相似性高于核酸序列。

把21个来自不同植物的DXS氨基酸序列用MEGA 6.06软件采用Neighbor-Joining法，进行1 000次bootstrap统计学检验构建系统进化树(图9)。图9结果表明，21种不同植物的DXS氨基酸序列可以分为3大类，巴西橡胶和蓖麻等10种植物分为第Ⅰ类，其中大戟科植物麻疯树、巴豆、蓖麻和巴西橡胶在此类，而白木香、可可和杜仲等热带植物也聚在此类；豆科植物和茄科植物分在第Ⅱ类，其中同为豆科植物的葛麻姆和苜蓿聚成一簇的信心指数为100%，马铃薯、番茄、南非醉茄和烟草为茄科，其中马铃薯和番茄聚成一簇的信心指数为100%；油棕、姜科和禾本科植物分在第Ⅲ类，其中同为禾本科的粳稻和玉米聚成一簇的信心指数为100%，同为姜科的高良姜和阳春砂聚成一簇的信心指数为100%。从聚类分析结果可以发现，用DXS氨基酸序列构建的系统进化树可以比较真实地反映不同植物之间的进化关系，对判断植物间的亲缘关系具有很好的参考价值。

3讨论与结论

类胡萝卜素对于植物来说是必需的，并且在为人类提供营养和保护健康方面具有重要作用。本文利用生物信息学工具和软件对油棕等热带植物的DXS基因的核酸及蛋白质理化性质、结构组成和功能特征等进行了预测和分析，并构建了油棕等21种植物的系统进化树。预测结果表明，不同植物DXS的理化性质差异不大，蛋白质稳定性不一，都属于亲水性蛋白质。跨膜结构域、信号肽和导肽预测结果表明，油棕等热带植物的DXS都没有发现明显的跨膜结构域和信号肽，主要是在叶绿体基质中发挥作用，可能作为叶绿体转运蛋白行使功能。DXS的保守结构域分析发现，DXS含有硫胺素焦磷酸盐和嘧啶结合位点， TPP_DXS、TPP_PYR_DXS_TK_like和Transketolase_C保守域，TPP_enzymes、TPP_enzyme_PYR和Transketolase_C superfamily家族以及PLN02582保守结构域，其中PLN02582保守结构域是1-脱氧木酮糖-5-磷酸合成酶的特征结构域。

图 8　油棕DXS保守结构域预测Fig. 8　Conserved domain prediction of EgDXS

图 9　油棕等21种植物DXS氨基酸序列系统进化树分析Fig. 9　Phylogenetic tree analysis of Amino acid series from 21 plants including oil palm

在MEP途径中，以丙酮酸和3-磷酸甘油醛为底物，先后经过8个酶的催化最终形成了合成类异戊二烯的通用底物IPP和DMAPP。实验证实作为MEP途径第一个酶DXS在IPP和DMAPP合成过程中发挥重要作用。拟南芥中对MEP途径中的酶研究较多，目前MEP途径中的所有酶都已经确认。MEP途径的第一个反应就是在DXP合成酶DXS的催化作用下甘油醛-3-磷酸硫胺素缩合生成1-脱氧木酮糖-5-磷酸。研究表明，通过MEP途径合成类胡萝卜素主要受到限速酶DXS，DXR和HDR的控制(Sawitri & Wallie，2005；Elizabeth et al，2009)。Paruicia et al(2006)认为在充分了解植物类胡萝卜素合成机制的基础上，可以通过生物技术手段提高植物中的类胡萝卜素，为人类提供类胡萝卜素含量更高的食物。目前，番茄、马铃薯、油菜和水稻中都已经开展了相关转基因实验。植物中类胡萝卜素的代谢和生物合成途径已经得到广泛研究，合成途径中几乎所有编码合成酶的基因都被分离出来。Sanae & Akemi(2006)研究菊花花瓣颜色发现，是类胡萝卜素的合成和积累机制不同形成了黄色和白色两种花瓣颜色，其中LCYE，LCYB和DXS的表达量与花瓣中类胡萝卜素的含量息息相关。在番茄果实发育过程中，DXS的表达量与果实中类胡萝卜素含量呈正相关关系，说明DXS在番茄果实发育和器官形成过程中发挥重要作用(Luisa et al，2000)。莱茵衣藻中研究发现，DXS和DXR等基因的表达量随着光周期波动，DXS等基因的表达量表现出典型的昼夜节律模式，并且也会受到中间代谢产物的反馈调节(Tian et al，2010)。因此，在植物类胡萝卜素合成代谢过程中，DXS是调控类胡萝卜素合成的关键酶，对其进行生物信息学分析为今后深入研究具有重要意义。油棕和巴西橡胶等热带植物DXS生物信息学分析，可以寻找这些不同科的热带植物在DXS上的共同特征和不同点，希望为热带植物DXS结构和功能研究奠定基础。植物激素、类胡萝卜素和甾醇等类异戊二烯物质在热带植物生命活动中具有重要作用，而它们在热带植物中的具体功能作用及其控制基因研究较少，需要进一步开展相关研究，揭开类异戊二烯在热带植物中的生物合成途径及其调控机制。油棕等21种植物DXS氨基酸序列比对和系统进化树分析发现，不同植物的DXS序列相似性较高，功能域非常保守，以DXS氨基酸序列构建的进化树能准确反映不同植物间的亲缘关系，也可作为评价油棕等热带植物种质资源的重要依据。

参考文献:

AGUILA RS, MANUEL RC, 2012. Carotenoid biosynthesis inArabidopsis: a colorful pathway [J]. Arabidopsis Book, 10:e0158.CORDOBA E, PORTA H, ARROYO A, et al, 2011. Functional characterization of the three genes encoding 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate synthase in maize [J]. J Exp Bot, 62(6):2 023-2 038.

ERICK JD, 2008. Sterols and membrane dynamics [J]. J Chem Biol, 1(1-4):63-77.

ELIZABETH C, MARI S, PATRICIA L, 2009. Unravelling the regulatory mechanisms that modulate the MEP pathway in higher plants [J]. J Exp Bot, 60(10):2 933-2 943.

GONG YF, LIAO ZH, GUO BH, et al, 2006. Molecular cloning and expression profile analysis ofGinkgobilobaDXS gene encoding 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate synthase, the first committed enzyme of the 2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate pathway [J]. Plant Med, 72(4):329-335.

HAN M, HEPPEL SC, SU T, et al, 2013. Enzyme inhibitor studies reveal complex control of meghyl-D-erythritolf-4-phosphate (MEP) pathway enzyme expression inCatharanthusroseu[J]. PLoS ONE, 8(5):e62467.

HAHN FM, EUBANKS LM,TESTA CA, et al, 2001. 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase, the gene product of open reading frame (ORF) 2816 and ORF 2895 inRhodobactercapsulatus[J]. J Bact, 183:1-11.JONATHAN DB, NEIL WP, 2001. Plant hormones and the control of physiological processes [J]. New Phytol, 152(3):375-407.

KEISUKE Y, MASARU S, ICHIRO T,et al, 2010. Simultaneous determination ofinvivoplastoquinone and ubiquinone redox states by HPLC-based analysis [J]. Plant Cell Physiol, 51(5):836-841.

KUZUYAMA T, TAKAGI M, TAKAHASHI S, et al, 2000. Cloning and characterization of 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase fromStreptomycessp. Strain CL190, which uses both the mevalonate and nonmevalonate pathway for isopentenyl diphoshate biosynthesis [J]. J Bacteriol, 182(4):891-897.

LEI XT,CAO HX, 2013. Oil Palm [M]. Beijing: China Agriculture Press:103-104. [雷新涛,曹红星, 2013. 油棕 [M]. 北京: 中国农业出版社:103-104.]

LOMBARD J, MOREIRA D, 2011. Origins and early evolution of the mevalonate pathway of isoprenoid biosynthesis in the three domains of life [J]. Mol Biol Evol, 28(1):87-99.

LUISA ML, NARCISO C, SURYA RP, et al, 1998. Cloning and characterization of a gene fromEscherichiacoliencoding a transketolase-like enzyme that catalyzes the synthesis of D-1-deoxyxylulose-5-phosphate, a common precuisor for isoprenoid, thiamin, and pyridoxol biosynthesis [J]. Proc Natl Acad Sci, 95(5):2 105-2 110.

LUSCOMBE NM, GREENBAUM D, GERSTEIN M, et al, 2001. What is bioinformatics? A proposed definition and overview of the field [J]. Meth Inf Med, 40(4):346-358.

LUISA ML, MANUEL RC, FRANCESCA G,et al, 2000. Carotenoid biosynthesis during tomato fruit development: regulatory role of 1-deoxy-D-sylulose 5-phosphate synthase [J]. Plant J, 22(6):503-513.

PENG HC, 2008. Bioimage informatics: a new area of engineering biology [J]. Bioinformatics, 24(17):1 827-1 836.

PATRICIA BP, MANUEL RC, 2006. Carotenoid biotechnology in plants for nutritionally improved foods [J]. Physiol Plant, 126(3):369-381.

RAO AV, RAO LG, 2007. Carotenoids and human health [J]. Pharmacol Res, 55:207-216.

SACCHETTINI JC, POULTER CD. 1997. Creating isoprenoid diversity [J]. Science, 277:1 788-1 789.

SANAE K, AKEMI O, 2006. Regulation of carotenoid biosynthesis in petals and leaves of chrysanthemum (Chrysanthemummorifolium) [J]. Physiol Plant, 128(3):436-447.SAWITRI K, WALLIE S, 2005. Molecular cloning and expression of a cDNA encoding 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase from oil palmElaeisguineensisJacq. [J]. Plant Sci,169:571-578.

SHAN L, LI L, 2008. Carotenoid metabolism: biosynthesis, regulation, and beyond [J]. J Integr Plant Biol, 50(7):778-785.

TIAN HS, CHENG QL, YUAN YH, et al, 2010. Coordinated regulation of gene expression for carotenoid metabolism inChlamydomonasreinhardtii[J]. J Integr Plant Biol, 52(10):868-878.

VINCENT C, DIRK JL, 2011. From glycosylation disorders to dolichol biosynthesis defects: a new class of metabolic diseases [J]. J Inherit Metab Dis, 34(4):859-867.

VRANOVA E, COMAN D, GRUISSEM W, 2013. Network analysis of the MVA and MEP pathway for isoprenoid synthesis [J]. Ann Rev Plant Biol,64:665-700.

WANKE M, SKORUPINSKA TK, SWIEZEWSKA E, 2001. Isoprenoid biosynthesis via 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate/2-C-methyl-D-erythritol-4-phosphate (DOXP/MEP) pathway [J]. Acta Biochim Pol, 48(3):663-672.

ZHANG M, LI K, ZHANG C, et al, 2009. Identification and characterization of class 1 DXS gene encoding 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase, the first committed enzyme of the MEP pathway from soybean [J]. Mol Biol Rep, 36(5):879-887.

Bioinformatics analysis ofDXSgene from six tropical plants including oil palm (ElaeisguineensisJacq.)

SHI Peng， CAO Hong-Xing， LI Dong-Xia， WANG Yong， LEI Xin-Tao*

(HainanKeyBiologicalLaboratoryofTropicalOilCrops,CoconutResearchInstitute,ChineseAcademyofTropicalAgriculturalSciences, Wenchang 571339, China )

Abstract:The paper unraveled structure characteristics, function features and phylogenetic relationships among species through analyzing nucleic acid and protein sequences of key gene DXS controlling isoprenoids synthesis of tropical plants as oil palm (Elaeis guineensis Jacq.) by using bioinformatics tools. Isoprenoids like carotenoids and sterols play an important role in life of plant, and have important significance for the protection of human health. Tropical plants as oil palm contains abundant isoprenoids like carotenes and vitamin E, MEP is one of the important pathway for isoprenoids biosynthesis. DXS as the first rate limiting enzyme in MEP pathway, its functions were highly conserved in diverse tropical plants. In order to understand the structure and function characteristics of DXS from tropical plants as oil palm, DXS genes nucleic acid and protein sequences from different plants including oil palm were analyzed such as physicochemical property, protein structure, and conserved domain by the tools of bioinformatics in this study. The results showed that the start codon of DXS gene was ATG, but termination codon was divided into TAG, TAA and TGA; DXS protein belonged to a hydrophilic protein without a signal peptide; It might played a role in the chloroplast stroma as a transport protein; No transmembrane domain was found, there were 36 phosphorylation sites, including 17 serine, 11 threonine and 8 tyrosine sites respectively; Random coil and alpha helix were the major structural elements of secondary structure; It had DXS enzyme character, thiamin diphosphate (TPP) binding sites and PLN02582 conserved multi-domains with tertiary structure analysis; Domains of DXS protein from different plant, were very conservative, and could be used as an important basis for determining genetic relationships among species. The results would provide further information for structure and functional analysis of DXS, and lay the foundation for molecular mechanism research and genetic improvement of quality traits for tropical plants including oil palm.

Key words:oil palm (Elaeis guineensis Jacq.)， DXS gene， bioinformatics， phylogenetic tree

中图分类号：Q811.4

文献标识码：A

文章编号：1000-3142(2016)04-0471-08

作者简介：石鹏(1987-)，男，湖南安乡人，硕士，研究实习员，主要从事油棕种质资源评价等研究，(E-mail)624811593@qq.com。*通讯作者： 雷新涛，博士，研究员，主要从事热带油料作物遗传育种等研究，(E-mail)xtlei@263.com。

基金项目：国家林业局“948”项目(No.2013-4-40)[Supported by the Plan of Introducing the Advanced Technology for Agriculture of State Forestry Administration(No.2013-4-40)]。

*收稿日期:2014-12-19修回日期： 2015-02-15

DOI:10.11931/guihaia.gxzw201406013

石鹏，曹红星，李东霞，等. 油棕等热带植物DXS基因的生物信息学分析 [J]. 广西植物， 2016， 36(4)：471-478

SHI P，CAO HX，LI DX，et al. Bioinformatics analysis ofDXSgene from six tropical plants including oil palm (ElaeisguineensisJacq.)[J]. Guihaia， 2016， 36(4)：471-478