Геномный анализ пероксиредоксинов суперсемейства сгиба тиоредоксина у арабидопсиса и риса

1. Таблица 1
2. Таблица 2
3. Таблица 3

Широкий спектр пероксидов, образующихся в субклеточных компартментах, включая хлоропласты, детоксифицируется пероксидазами, называемыми пероксиредоксинами (Prx). Prx повсеместно распространены во всех организмах, включая бактерии, грибы, животных, а также в цианобактерии и растения. Недавно Prx стали новыми молекулами в антиоксидантной защите растений. Здесь идентифицированы члены, принадлежащие к семейству генов Prx у Arabidopsis и риса. В целом, члены Prx составляют небольшую семью с 10 и 11 генами у арабидопсиса и риса соответственно. Гены prx из риса распределены по их функциональным группам на основе поиска гомологии в базе данных белков Arabidopsis. Расшифровка функций Prx в рисе добавит новую информацию о механизме антиоксидантной защиты у растений. Кроме того, Prx также является частью редокс-сигнального каскада. Здесь семейство генов Prx было описано для риса.

Ключевые слова: антиоксидантная защита, хлоропласт, семейство генов, окислительный стресс, активные формы кислорода.

Образование свободных радикалов и активных форм кислорода (АФК) происходит в нескольких ферментативных и неферментативных реакциях во время клеточного метаболизма. Накопление этих реактивных и вредных промежуточных соединений подавляется механизмом антиоксидантной защиты, состоящим из низкомолекулярных антиоксидантов и ферментов. В фотосинтезирующих организмах защита от повреждения свободными радикалами и окислительным стрессом имеет решающее значение. Например, производство АФК происходит в фотосистеме II с образованием синглетного кислорода (1O2) и перекиси водорода (H2O2), 1 , 2 фотосистема I из супероксидных анионных радикалов (O2-), 3 и во время фотодыхания с образованием H2O2. 4 Производство АФК может превышать в условиях стресса окружающей среды, таких как избыточный свет, низкая температура и засуха. 5

Механизм антиоксидантной защиты активируется метаболизмом антиоксидантов и ферментами, которые детоксифицируют АФК и перекиси липидов. Детоксикация АФК может происходить в различных клеточных компартментах, таких как хлоропласты, митохондрии, пероксисомы и цитозоль. 6 Ферменты, такие как аскорбатпероксидаза, каталаза, глутатионпероксидаза и супероксиддисмутаза, являются известными антиоксидантными ферментами. 6 Пероксиредоксины (Prx) появились в качестве новых компонентов в антиоксидантной защитной сети ячменя. 7 , 8 Позже Prx были изучены на других растениях. 9 - 14

Prx можно классифицировать на четыре различные функциональные группы: PrxQ, 1-Cys Prx, 2-Cys Prx и Type-2 Prx. 15 , 16 Они являются членами суперсемейства тиоредоксиновых фолдов. 17 , 18 В этом исследовании идентифицированы гены prx, обнаруженные в геномах арабидопсиса и риса. Геном Arabidopsis кодирует 10 генов prx, разделенных на четыре функциональные категории: 1-Cys Prx, 2-Cys Prx, PrxQ и Type-2 Prx. 13 Из них один из 1-Cys Prx и PrxQ, два из 2-Cys Prx (2-Cys PrxA и 2-Cys PrxB) и шесть Тип-2 Prx (PrxA-F) идентифицированы 13 (). Члены категории Prx типа 2 больше в Arabidopsis ().

Таблица 1

Список генов, кодирующих пероксиредоксины у Arabidopsis thaliana L.

Локус Аннотация Синоним A * B * C * AT1G48130 1-Цистеин пероксиредоксин 1 (ATPER1) 1-Cys Prx 216 24081,3 6.603 AT1G60740 Пероксиредоксин типа 2 Тип-2 PrxD 162 17471,9 5.2297 AT1G65970 Тиоксоксин-зависимая пероксидаза 2-зависимая пероксидаза 2 типа 2-цистеина 17413.9 5.2297 AT1G65980 Тиоредоксин-зависимая пероксидаза 1 (TPX1) Type-2 PrxB 162 17427.8 4.9977 AT1G65990 Type 2 Пероксиредоксин-связанный тип-2 PrxA 553 62653.6 6.4368 AT3G06050 Пероксиредоксин IIF (PRXIIFF 2FFFFF) Тип 2-пер. (2CPA, 2-Cys PrxA) 2-Cys PrxA 266 29091,7 7,5686 AT3G26060 ATPRX Q, периредоксин Q PrxQ 216 23677,8 10.0565 AT3G52960 Пероксиредоксин типа 2, тип 2 PrxE 234 24684,0 9,572 АТ5G06290 2-Cbin 2-Cin Bine 2-Cin 2-Cinte 2-Cin Bine 2-Cin 2-Cys PrxB 273 29779,5 5,414

В рисе ( rice.plantbiology.msu.edu/ ), существует 11 геномных локусов, которые кодируют белки Prx (). Эти локусы распределены по хромосомам 1, 2, 4, 6 и 7 (). Два Prx, пероксиредоксин-2E-1 (LOC_Os01g24740) и 2-Cys пероксиредоксин BAS1 (LOC_Os04g33970) аннотированы, чтобы содержать предшественник хлоропласта (). Остальные гены Prx помечены как «пероксиредоксин, предполагаемый, экспрессированный» (). В ходе исследования эти гены были отнесены к их функциональным группам на основе поисков BLAST по базе данных белков Arabidopsis. Обобщает эти результаты, в которые включены LOC риса и их соответствующие гомологи в Arabidopsis. Предложена номенклатура для генов риса prx, основанная на гомологии белка% идентичности / сходства с их аналогами Arabidopsis ( и ). Интересно, что новый ген prx (LOC_Os07g15670), аннотированный как «пероксиредоксин, предполагаемый, экспрессированный», идентифицирован, что делает подсчет генов prx в одиннадцать в рисе по сравнению с десятью в арабидопсисе ( и ). Поиск BLAST выявил своего аналога в Arabidopsis, который был аннотирован как «антиоксидант / оксидоредуктаза» (AT1G21350) в базе данных TAIR ( www.arabidopsis.org ). Рис LOC_Os07g15670 и Arabidopsis AT1G21350 имеют гомологию белка% 68/78 для 236 аминокислот ().

Таблица 2

Гены, кодирующие пероксиредоксины в рисе

Хромосома Локус Id Предполагаемые функции / аннотаций A * B * C * 1 LOC_Os01g16152 пероксиредоксин, предполагаемая, выраженное 199 20873,6 8.2209 1 LOC_Os01g24740 пероксиредоксин-2Е-1, хлоропластов предшественника, мнимого 107 11591,5 6,7906 1 LOC_Os01g48420 пероксиредоксинов, предполагаемая, выраженное 163 17290,8 5,6828 2 LOC_Os02g09940 пероксиредоксин, предполагаемый, экспрессированный 226 23179,5 6,535 2 LOC_Os02g33450 пероксиредоксин, предполагаемый, экспрессированный 262 28096,9 5,7709 4 LOC_Os04g33970 2-Cys пероксиредоксин BAS1, предшественник хлоропласта, предполагаемый, выраженный 122 13410,2 4,3705 030 080 0 0 6 0 0 6 0 0 6 0 0 6 0 0 6 0 6 0 6 0 6 0 6 0 6 0 0 0 6 09 6 6 6 09 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 59 6 6 59 экспрессировано 233 23688,3 9,2059 7 LOC_Os07g15670 пероксиредоксин, предположительно, экспрессировано 253 27684,6 9,8545 7 LOC_Os07g44440 пероксиредоксин, предположительно, экспрессировано 221 24232,6 5,3618 7 LOC_Os07g44430 пероксиредоксин, предположительно 256 27785,3 6

Таблица 3

Идентификация рисовых гомологов пероксиредоксинов у A. thaliana

Locus Id (Os *) Гомолог (At *) Номенклатура Идентичность / Сходство (%) № aa * по сравнению LOC_Os01g16152 AT3G06050 Тип-2 PrxF 73/84 201 LOC_Os01g24740 AT1G65980 Тип-2 PrxB 42/59 77 LOC_Os1g659709 74/86 162 LOC_Os02g09940 AT1G60740 Type-2 PrxD 56/72 166 LOC_Os02g33450 AT5G06290 2-Cys Prx B 74/82 272 LOC_Os04g33970 AT3G11630 2-Cys PrxA 92/96 88 LOC_Os0 0,60 0 680 0 680 0 680 0 680 0 680 0 680 0 0 6 6 6 6 74 240 LOC_Os07g15670 AT1G21350 Антиоксидант 68/78 236 LOC_Os07g44440 AT1G65990 Type-2 PrxA 27/44 83 LOC_Os07g44430 AT1G48130 1-Cys Prx 69/83 221

Исследование выравнивания белков членов Prx в рисе с каноническими Prx2-B и Prx2-E арабидопсиса показано на рис. Prx-белки типа 2 характеризуются наличием каталитических остатков цистеина (Cys) (). Выравнивание белков Prx риса показывает, что остаток Cys хорошо сохраняется в таких членах, как LOC_Os02g09940 (тип 2 PrxD), LOC_Os06g42000 (тип 2 Prx E), LOC_Os01g48420 (тип 2 Prx C), LOC_Os01g16152 (тип 2 Prx F ), LOC_Os02g33450 (2-Cys Prx B), LOC_Os07g44440 (Type-2 Prx A), LOC_Os07g44430 (1-Cys Prx) и LOC_Os06g09610 (PrxQ) (). Однако LOC_Os01g24740 (Type-2 PrxB) и LOC_Os04g33970 (2-Cys PrxA), которые содержат предшественник хлоропласта, не имеют каталитических остатков Cys (). Недавно идентифицированные LOC_Os07g15670 и AT1G21350 с аннотациями «пероксиредоксин, предполагаемый, экспрессированный» и «антиоксидант / оксидоредуктаза» соответственно также не имеют каталитических остатков Cys ().

Аминокислотное выравнивание пероксиредоксинов (Prx) в рисе. Белки риса выровнены с каноническими арабидопсисами Prx2-B и Prx2-E. Консервативные остатки цистеина указаны стрелками в верхней части выравнивания. Обратите внимание на сохранение последовательности между недавно идентифицированными LOC_Os07g15670 и AT1G21350. Идентификаторы локуса риса идентифицированы слева, а аминокислотные позиции справа. Выравнивание было сделано с ClustalX.

Взятые вместе, результаты показывают, что подобно Arabidopsis, Prx составляют небольшое семейство генов в рисе. Однако функциональная роль Prx в рисе не совсем понятна.

Похожие