韩 斌，刘 江，赵兴华，唐朝晖，任永康，牛瑜琦 ，王长彪

（1.山西农业大学生命科学学院，山西太原030031；2.山西农业大学农学院，山西太原030031）

茉莉酸（Jasmonic Acid，JA）[1]是植物在受到生物胁迫和非生物胁迫反应中起着关键作用的激素类物质。目前，SCFcoll[2]、coll蛋白[3]以及 JAZ 蛋白质[4]等已被鉴定参与到茉莉酸信号通路途径中。其中，JAZ蛋白质由位于N端的TIFY功能结构域和位于C端的CCT_2功能结构域组成。通常，TIFY功能结构域通过参与JAZ与其共抑制因子NINJA相互作用，从而调控JA相应基因的表达。目前，在拟南芥[5]中发现了12个JAZ家族基因，水稻中[6]发现了15个JAZ基因。玉米[7]作为单子叶植物，同样发现含有JAZ结构域的基因，该基因在玉米抵御昆虫和病原微生物的危害中发挥作用。随着玉米基因组测序的完成，玉米逐渐成为研究基因组学的重要模式生物之一。但是目前对玉米JAZ基因家族成员的研究还不多。据报道，玉米JAZ家族共有23个基因[8]，它们的表达具有组织特异性，且在非生物胁迫反应中均发挥了重要作用。

本研究利用生物信息学方法，对玉米JAZ家族基因进行氨基酸组成及其理化性质等多方面的信息进行预测和分析，旨在为功能基因的研究提供数据支持以及为玉米育种提供重要的理论基础。

1 材料和方法

1.1 JAZ基因碱基序列

玉米JAZ家族基因序列信息来自玉米基因数据库（https：//www.maizegdb.org/）。

1.2 试验方法

利用ProtParam对JAZ编码的氨基酸组成、相对分子质量、等电点等进行分析，用NetPhos3.1server对JAZ蛋白磷酸化位点进行预测，采用Protscale软件进行JAZ蛋白疏水性或亲水性预测和分析，采用SOPMA进行JAZ蛋白二级结构预测，采用TMHMM对JAZ蛋白跨膜结构域进行预测和分析，JAZ蛋白信号肽预测，采用Signal 3.0软件进行分析，采用WoLF PROST进行JAZ蛋白亚细胞定位预测和分析，采用Pfam在线软件进行JAZ蛋白保守结构域预测和分析。

2 结果与分析

2.1 玉米JAZ蛋白的氨基酸组成及理化性质分析

通过运用ProtParam软件在线分析玉米中JAZ蛋白氨基酸残基数目、理论等电点、相对分子质量、氨基酸组成及高含量氨基酸所占比例以及JAZ蛋白的稳定性和亲水性，其结果如表1所示，JAZ蛋白的氨基酸残基数目介于110～426个，相对分子质量介于11 834.49～30 494.24，玉米JAZ蛋白理论等电点均大于7，呈碱性；高含量氨基酸及其比例分析结果显示，玉米JAZ1～JAZ23蛋白高含量氨基酸中亮氨酸含量最高，在玉米 JAZ2、JAZ3、JAZ12、JAZ14、JAZ16、JAZ20、JAZ22中，丙氨酸含量分布范围为9.7%～24.9%，脯氨酸含量分布范围为8.2%～14.5%，甘氨酸含量分布范围为8.5%～12.4%。总体来看，玉米JAZ蛋白的主要氨基酸为丙氨酸、脯氨酸、甘氨酸。稳定性预测分析结果表明，玉米JAZ蛋白均为非稳定性蛋白质。

表1 玉米JAZ蛋白理化性质的预测分析

2.2 玉米JAZ蛋白磷酸化位点预测及分析

在对JAZ蛋白磷酸化位点预测时，设定参数Threshold大于0.5，预测结果如表2所示，预测玉米JAZ蛋白磷酸化位点和数量结果表明，蛋白磷酸化位点数量最多的是丝氨酸，其次是苏氨酸，络氨酸最小。在丝氨酸蛋白位点数预测中，玉米JAZ蛋白均含有丝氨酸位点，其中，JAZ17位点数最多，为42个；其次为JAZ13，含有位点数39个；最少的为JAZ10，含有位点数2个。在苏氨酸蛋白位点数预测中，玉米JAZ蛋白也均含有苏氨酸位点，其中，JAZ4位点数最多，为14个；其次为JAZ14，含有位点数13个；最少的为JAZ1和JAZ10，均含有位点数1个。在络氨酸位点预测中，JAZ3、JAZ4、JAZ9、JAZ10、JAZ14、JAZ18中均无络氨酸磷酸化位点。

表2 玉米JAZ蛋白磷酸化作用位点预测结果

2.3 玉米JAZ蛋白信号肽和跨膜结构的预测分析

信号肽预测结果显示，玉米JAZ蛋白均为非分泌蛋白质，均不含信号肽。跨膜结构预测如图1所示，未发现玉米JAZ蛋白有明显的跨膜结构域。

2.4 玉米JAZ蛋白的二级结构及各元件含量预测

对玉米JAZ蛋白的氨基酸序列进行二级结构预测，结果如表3所示，玉米JAZ蛋白二级结构主要元件为不规则卷曲，其次依次为α-螺旋、延伸链和β-转角。

表3 玉米JAZ蛋白二级结构及各含量预测 %

2.5 玉米JAZ蛋白亚细胞定位预测和分析

对玉米JAZ蛋白进行蛋白质亚细胞定位预测，预测得分如表4所示，在玉米JAZ蛋白中JAZ1、JAZ2、JAZ3、JAZ4、JAZ5、JAZ6、JAZ11、JAZ12、JAZ15、JAZ18、JAZ20、JAZ21、JAZ22 定位在细胞核的得分较高，由此可推断玉米JAZ蛋白很可能是在细胞核内行使其功能。此外，JAZ8、JAZ9、JAZ13、JAZ14、JAZ16、JAZ17、JAZ19和JAZ23定位在细胞质的得分较高，推断其蛋白可能在细胞质中行使功能。JAZ7定位在叶绿体的得分较高，推断其蛋白可能在叶绿体中行使功能。JAZ10定位在线粒体的得分较高，推断其蛋白可能在线粒体中行使功能。

表4 玉米JAZ蛋白亚细胞定位预测和分析

2.6 玉米JAZ蛋白功能结构域的预测和分析

对玉米JAZ蛋白的功能结构域预测发现，玉米JAZ蛋白均含有JAZ蛋白家族典型的TIFY和CCT_2这2个功能结构域（图2）。根据之前的报道，甘薯[9]、丹参[10]、烟草[11]、拟南芥[12]的 JAZ 蛋白均含有TIFY和CCT_2这2个功能结构域。由蛋白质的结构域决定功能可知，玉米JAZ蛋白与其他植物均含有典型的结构域，推断玉米JAZ蛋白与其他植物的JAZ蛋白一样，行使着相似的功能。

3 结论与讨论

玉米是我国第一大粮食作物[13]，其对全国农业经济的发展具有重要的作用。随着分子生物学技术的快速发展，从常规育种选育很难快速定向提高玉米的抗病性[13]。而采用基因工程技术进行定向改良玉米性状为玉米抗病基因工程育种开辟了新的途径[14]。目前，以水杨酸、茉莉酸和乙烯等为抗病信号转导途径是非常具有代表意义的激素[15]抗病信号转导途径[16]。当植物识别到外来物质如病原菌的信号后，通常会激活和调控下游防卫基因的表达，从而诱导植物发生防卫反应[17]。然而，有关玉米茉莉酸途径抗病基因的克隆和功能研究报道较少。本研究采用系列生物信息学软件对玉米JAZ蛋白的氨基酸组成及其理化性质、蛋白质磷酸化位点、JAZ蛋白的二级结构元件和含量、跨膜结构域、信号肽、亚细胞定位和功能域等进行预测分析，结果显示，玉米JAZ蛋白相对分子质量介于11 834.49～30 494.24，主要氨基酸为丝氨酸、脯氨酸、赖氨酸和苏氨酸，理论等电点均大于7，呈碱性，且JAZ蛋白均为非稳定性蛋白质。磷酸化位点预测分析结果表明，磷酸化位点数量由多到少依次为丝氨酸、苏氨酸、络氨酸。根据信号肽和跨膜结构域预测表明，这些蛋白质均为非分泌蛋白质，不含有信号肽，没有明显的跨膜结构域。玉米JAZ蛋白二级结构元件主要为不规则卷曲、α-螺旋和延伸链。亚细胞定位预测结果显示，JAZ蛋白质主要定位于细胞核；结构域预测结果表明，玉米JAZ蛋白均含有家族典型的TIFY和CCT-2这2个功能结构域，推测这些蛋白质行使着相似的功能。对玉米JAZ基因家族的生物信息学预测和分析将有助于预测其在玉米中的生物学功能[18]，并为探究玉米JAZ基因家族抗逆育种奠定理论基础[19]，进而为研究其他禾本科植物的JAZ基因家族[20-21]提供一定理论依据。