梨Metacaspase基因家族的生物信息学分析(2)
在动物细胞中, 细胞程序性死亡的发生绝大多数情况下与Caspase（Cys-dependent Asp-specific peptidases，天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白水解酶）有关，Caspase是半胱氨酸蛋白酶家族中的一类，在哺乳动物或昆虫等动物细胞程序性死亡的调控中起到关键作用，也是动物细胞程序性死亡过程中的关键调控因子，对天冬氨酸具有底物专一性[4]。尽管通过完整的基因组可用性拟南芥序列进行比对，Caspase蛋白酶在植物中尚未被鉴定出，然而，在对正在凋亡的植物细胞出现酶的活性增加现象的研究中，已经观察到使用了合成的Caspase底物，并且使用Caspase抑制剂可以抑制该过程，比较真核生物体基因组序列已经允许识别植物序列中的类Caspase蛋白酶，Metacapsase就是被识别出来的三个基因家族之一[5]。目前鉴定出的植物体中的Metacaspase蛋白酶为半胱氨酸蛋白酶(cysteine-dependent proteases)，这是一种类Caspase蛋白酶(caspases-like)。近期的研究证明，Metacaspase-9，就像动物Caspase蛋白酶一样，容易受到serpin-1的抑制作用，允许接受这些属于类Caspase蛋白酶，因此可以说Metacaspase蛋白酶是Caspase蛋白酶在植物体中的一类相似物[6]。
植物Metacaspase基因家族基于氨基酸序列的相似性和通用结构域可以分成两个类型，I型植物pro-Metacaspases含有约80-120个氨基酸的N-末端前结构域，其可以代表无活性动物起始物半胱天冬氨酸蛋白酶典型的前结构域。该结构域可能是Metacaspase前导肽之间的蛋白质 - 蛋白质相互作用的原因，从而导致甲过氧化氢酶活化，I型拟南芥pro-Metacaspase的前体是富含脯氨酸（AtMC1和AtMC2）或富含谷氨酰胺（AtMC3）并包括锌指Motif的区域，与在植物超敏反应中表达的调节蛋白LSD-1类似[7]。II型植物pro-Metacaspase的特点是缺乏一个长的前端结构域，尽管存在一个并不能排除的段前端结构域。在两种类型的Metacaspase中，存在对应于哺乳动物中的大半胱天冬氨酸蛋白酶亚基约150个氨基酸的保守结构域，在C末端侧存在类似于小半胱天冬氨酸蛋白酶亚基的第二保守结构域，同时在这些结构域之间对应于大和小半胱天冬氨酸蛋白酶亚基存在长度可变的连接区域[8]。
随着梨全基因组测序的完成，梨分子生物学越来越成为研究的热点[9]。尽管在许多植物中的Metacaspase基因已经被鉴定，但目前梨的Metacaspase基因组分析尚未被报道。在本次研究中，我们的研究对象是梨Metacaspase基因家族，运用了结构分析，氨基酸序列理化性质分析，系统发育分析对Metacaspase基因进行了信息挖掘。本研究将有助于了解Metacaspase基因在梨果实石细胞形成中有关细胞程序性死亡的调控功能及分子进化机制，提高其对果实发育的适宜性，及在梨果实发育和石细胞形成期间选择关键的Metacaspase基因，并运用生物工程方法提供候选基因来调节果实品质。