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摘 要

硫氧还蛋白（thioredoxin，Trx）是广泛存在于生物体的多功能氧化蛋白质，具有较高的热稳定性，并在多种还原反应中充当氢供体。Trx基因已在水稻、拟南芥等植物中得到了广泛研究，但在作物玉米中鲜有报道。本文采用生物信息学方法鉴定出玉米基因组中49个Trx基因，并对其进行分子发育和表达分析。根据亚细胞定位预测，叶绿体中Trx蛋白分布较多。基因复制分析表明，5对基因起源于片段复制事件，1对基因起源于串联重复事件。系统发育分析表明，Trx蛋白家族可分为六个亚族（I~VI），每个亚族至少有1对旁系同源基因，说明该家族以物种特异性的方式进行了扩张。保守结构域鉴定表明，除含有Trx结构域外，部分蛋白还含有ERP29结构域。基因表达分析显示，Trx基因在根、叶、雌穗和多组织混合器官中高度表达。蛋白互作分析表明，Trx蛋白的互作蛋白多属于还原酶类，还有一些蛋白在DNA的转录翻译中起作用，为研究玉米Trx蛋白功能提供参考。

关键词：玉米，Trx基因家族，生物信息学，表达分析

Abstract: Thioredoxin (Trx) is a multifunctional oxidized protein widely present in organisms. It has high thermal stability and acts as a hydrogen donor in various reduction reactions. Trx genes have been extensively studied in rice and Arabidopsis, but have rarely been reported in crop corn. In this paper, 49 Trx genes in maize genome were identified using bioinformatics method, and their phylogenetic relationships and expression profiles were analyzed. Subcellular localization prediction showed that the ZmTrx proteins were mainly distributed in chloroplasts. Gene duplication analysis indicated that 5 pairs of genes originated from fragmental duplication events and 1 pair of genes originated from tandem repeat events. Phylogenetic analysis indicated that Trx proteins can be divided into six subfamilies (I~VI), and each subfamily has at least one pair of paralogous genes, indicating that the family has expanded in a species-specific manner. Conserved domain analysis suggested that in addition to the Trx domain, several proteins also contained the ERP29 domain. Gene expression analysis revealed that the Trx genes were mainly expressed in root, leaf, ear and multi-tissue mixed sample. Protein interaction analysis showed that most interaction proteins were reductases, and some proteins played a role in the transcription and translation processes. These results provided a foundation for functional study of maize Trx proteins.

Keywords: maize, Trx gene family, bioinformatics, expression analysis

目 录

1 前言 4

2 材料与方法 5

2.1 玉米Trx基因家族成员的鉴定 5

2.2 染色体分布与基因复制分析 5

2.3 系统进化分析 5

2.4 基因结构和保守序列分析 5

2.5 基因表达分析 6

2.6 蛋白质互作分析 6

3 结果与分析 6

3.1基因家族成员鉴定 6

3.2 染色体分布和基因复制事件 9

3.3 系统发育分析 9

3.4 基因结构和保守序列鉴定 10

3.5 基因表达分析 16

3.6 玉米Trx蛋白互作分析 16

讨 论 27

参 考 文 献 29

致谢 30

1 前言

硫氧还蛋白（thioredoxin，Trx）是一类分布广泛、具有多种生物学功能的酸性蛋白质，与底物结合催化底物二硫键异构化，在蛋白质翻译后修饰起重要作用。Trx蛋白最初从叶绿体中发现，是细胞氧化还原信号的主要传递者，主要用于催化硫化还原反应^[1]。Trx蛋白通过与其他蛋白质相互作用的系统来执行体内各种氧化还原反应功能。按照电子传递方向和催化相关反应的酶，硫氧还蛋白反应系统有两类，即铁氧还原蛋白/铁硫蛋白还原酶/硫氧还蛋白系统（FTR）和NADPH/NADP一硫氧还蛋白还原酶/硫氧还蛋白系统（NTR）^[2]。Trx蛋白功能的发挥在动物和植物中均有所体现。

动物中的Trx蛋白参与维持机体氧化还原状态的稳定。可分为Trx1和Trx2两类，Trx1主要分布在胞浆或细胞核，特异性较差；Trx2只在线粒体中存在，是Trx 家族中一种特异性蛋白^[3]。人体许多细胞因子样分子，如成淋巴细胞经EB病毒感染后产生的类白细胞介素- 1、成人T细胞白血病衍生因子ADF以及妊娠早期因子等都被确认是Trx蛋白^[4]。此外，Trx蛋白还能通过刺激某些转录因子的表达，并促进其与DNA的结合，从而保护内皮细胞和避免肾脏损伤。

植物中含有丰富的Trx蛋白，尤其是高等植物，已经报道了六种不同类型的Trx蛋白（f，h，m，o，x和y）分别存在于细胞质、叶绿体、线粒体中^[5]。其中f型、m型、x型和y型Trx蛋白存在于叶绿体中，h型在细胞质中分布广泛，而o型仅存在于线粒体中。Trx蛋白与植物中氧化还原反应密切相关。冯爱花等^[6]人通过对重组玉米f型和m型Trx功能的研究，证明了硫氧还蛋白对还原胰岛素能力有显著的影响。植物光合器官内许多反应都需要Trx蛋白的参与，如利用FTR系统参与磷酸戊糖途径中相关酶活性的调节。此外，Trx蛋白对于改变植物自交不亲和性状中起重要作用，同时在适应温度变化、抗氧化胁迫以及抗逆基因的表达调控中扮演重要角色。

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