拟南芥和荷花Cystatin基因家族的生物信息学分析开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

课题意义：植物在长期的演化发展中，面对多变的自然环境，昆虫和植食动物以及病原体的侵害以及植物之间的竞争等多样的生物环境，形成了丰富的自身防御机制。半胱氨酸蛋白酶抑制剂广泛存在于动植物体内，能抑制半胱氨酸蛋白酶水解活性，在调控半胱氨酸蛋白酶参与的生理生化反应中起到了重要作用。而半胱氨酸蛋白酶参与了部分昆虫的食物消化，病原体的侵染与扩展等各种过程，当植物中的半胱氨酸蛋白酶抑制剂通过昆虫消化系统与其体内半胱氨酸蛋白酶结合反应，则会造成昆虫消化不良，代谢紊乱，影响其生理活动。因此可以作出合理假设：拟南芥和荷花中半胱氨酸蛋白酶抑制剂对多种昆虫的生长发育有着抑制作用，这将成为荷花虫害防治的有效手段。

研究概况：

1.对植物中半胱氨酸蛋白酶抑制剂的研究

2. 研究的基本内容和问题

研究的目标：通过实验在基因组水平上对拟南芥和荷花中的cystatin基因家族的成员进行鉴定和系统发生分析，以研究拟南芥和荷花cystatin基因的基本特征，从而探究拟南芥和荷花的cystatin基因的表达对植物避害可能起到的重要作用。

研究的内容：

本实验将利用已经分离出的植物cystatin基因所编码的蛋白序列，查找其相似序列，并通过预测候选蛋白的cystatin结构域，确定拟南芥和荷花中全部的cystatin基因;根据生物信息学的方法，对拟南芥和荷花中的cystatin蛋白质构建系统发生树，分析这一家族基因所编码蛋白质的保守序列;还会通过对genbank的est数据库进行检索，分析该家族基因的器官特异性表达特征，为进一步分离和克隆植物中的cystatin基因奠定基础。

3. 研究的方法与方案

研究方法：

1.数据库的搜索

获得荷花的cystatin基因及其编码的蛋自质序列，利用pfam软件预测这些基因所编码的蛋白质序列的cystatin结构域，以此为检索对象，在tigr的拟南芥全基因组注释数据库中检索拟南芥的cystatin候选蛋白序列，e值(expect value)≤10^-10的序列被认为是候选蛋白。得到的候选序列同样再次利用pfam鉴定出其cystatin结构域序列。新检出的cystatin基因继续作为检索序列，检索以上数据库，直至没有新的序列检出为止。获得拟南芥和荷花的cystatin基因信息后，从tigr数据库中下载相应的核苷酸和氨基酸序列。

4. 研究创新点

关于蛋白酶抑制剂，近些年在多种动植物身上都有研究。蛋白酶抑制剂根据抑制的蛋白酶类型分为丝氨酸、半肤氨酸、天冬胺酸和金属蛋白酶抑制剂，其中对于丝氨酸蛋白酶抑制剂(SPI)已有大量研究，半胱氨酸蛋白酶抑制剂的研究则相对要晚一些。荷花作为我国的传统观赏花卉，对它的分子方面的研究却非常稀少，关于蛋白酶抑制剂的基因研究更是空白。两相结合，就确定了这个关于拟南芥与荷花半胱氨酸蛋白酶抑制剂的研究课题，希望能够得出Cystatin基因的表达信息，也为其在荷花中的功能鉴定奠定基础，有利于将来的深入研究。

5. 研究计划与进展

2016.6.8 毕业设计题目确定

2016.6.8-15 开题报告撰写

2016.8-9 查找资料，前期准备