شناسایی، همسانه‌سازی و آنالیز بیوانفورماتیکی ژن کدکننده پروتئین NIa ویروس موزاییک نواری گندم (WSMV)

نوع مقاله: علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای رشته بیوتکنولوژی کشاورزی، گروه بیوتکنولوژی و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل، زابل، ایران

2 استاد، گروه بیوتکنولوژی و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل، زابل، ایران

3 دانشیار، گروه ژنتیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

4 دانشیار، گروه بیوتکنولوژی و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل، زابل، ایران

10.30473/cb.2019.48896.1785

چکیده

ویروس موزاییک نواری گندم از مهم‌ترین آلودگی‌های گندم محسوب می‌شود که شیوع آن در ایران نیز رو به افزایش است. پروتئین NIa یکی از انواع پروتئین‌های حیاتی موجود در این ویروس است که دارای وظایف مهمی در همانندسازی، تکثیر و هضم پروتئولیتیک پلی پروتئین ویروسی می‌باشد. با توجه به نقش حیاتی پروتئین NIa در آلودگی ویروسی، هدف از مطالعه حاضر جداسازی، تعیین توالی و بررسی دقیق ساختار دوم و سوم این پروتئین بود. همچنین، آمینواسیدهای موجود در جایگاه فعال پروتئین NIa که می‌توانند به‌عنوان هدفی جهت طراحی و توسعه عوامل ضد ویروسی جدید استفاده شوند، مورد بررسی قرار گرفتند. در این مطالعه، توالی ژنی کد کننده پروتئین NIa از ویروس موزاییک نواری گندم (WSMV) ایزوله میمه، جداسازی و پس از همسانه‌سازی در ناقل پروکاریوتی pEST، تعیین توالی شد. توالی نوکلئوتیدی حاصل در پایگاه اطلاعاتی NCBI با شماره دسترسی MK335432 ثبت گردید. بررسی ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی پروتئین NIa نشان داد که این پروتئین دارای 426 آمینواسید، وزن مولکولی 8/48 kD و نقطه ایزوالکتریک برابر با 81/8 می‌باشد. بررسی ساختار دوم پروتئین NIa نشان داد که 29/53% از ساختار آن از لوپ‌های نامنظم تشکیل شده است، که این امر توجیهی برای وجود بی‌نظمی در ساختار این پروتئین بود. نتایج حاصل از بررسی جایگاه فعال پروتئین NIa براساس هم‌ردیفی توالی‌های همولوگ و همچنین ساختار سه‌بعدی پروتئین نشان داد که این جایگاه بسیار حفاظت شده و شامل سه آمینواسید هیستیدین، آسپارتیک اسید و سیستئین بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Identification, cloning and bioinformatics analysis of the gene encoding NIa protein of wheat streak mosaic virus (WSMV)

نویسندگان [English]

  • Samaneh Bagheri 1
  • Barat-Ali Fakheri 2
  • Ali Mohammad Ahadi 3
  • Abbasali Emamjomeh 4
1 Ph.D. Candidate, Department of Plant Breeding and Biotechnology, Faculty of Agriculture, University of Zabol, Zabol, Iran.
2 Professor, Department of Plant Breeding and Biotechnology (PBB), Faculty of Agriculture, University of Zabol, Zabol, Iran.
3 Associate Professor, Department of Genetics, Faculty of Science, Shahrekord University, Shahrekord, Iran.
4 Associate Professor, Department of Plant Breeding and Biotechnology (PBB), Faculty of Agriculture, University of Zabol, Zabol, Iran.
چکیده [English]

Wheat streak mosaic virus (WSMV) is one of the most important wheat infectious which its prevalence is increasing in Iran. NIa protein as a key protein in WSMV, plays important roles in viral replication and proteolytic digestion of viral polyprotein. Considering the critical role of NIa protein in viral infection, isolation, sequencing and determination of secondary and tertiary structure of this protein were the objectives of the present study. Also, the amino acids present in the NIa protein active site, which can be used as the targets for design and developement of new antiviral agents, were investigated. In this study, the gene encoding NIa protein was isolated from WSMV and its sequencing was done followed by cloning in pEST prokaryotic vector. The resulted nucleotide sequence was deposited in NCBI database with accession number MK335432. Investigation of physical and chemical properties showed that NIa protein is including 426 amino acids, 48.8 kD molecular weight and 8.81 PI. Prediction of secondary structure of NIa protein revealed that 53.29% of its structure composed of irregular loops, which was justified by the structural dirsorder of this protein. The results of the active site investigation of NIa protein based on homologous sequences alignment and three-dimensional structure of the protein showed a highly conserved site which was included of histidine, aspartic acid and cysteine amino acids.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Viral infection
  • NIa protein
  • Active site
  • Wheat
  • Cloning
Adams MJ, Antoniw JF, Beaudoin F (2005) Overview and analysis of the polyprotein cleavage site in the family Potyviridae. Mol. Plant. Pathol. 6: 471-487.

Bordat A, Houvenaghel MC, German-Retana S (2015) Gibson assembly: an easy way to clone potyviral full-length infectious cDNA clones expressing an ectopic VPg. Virol. J. doi: 10.1186/s12985-015-0315-3

Charon J, Barra A, Walter J, Millot P, Moury B, Michon T (2017) First experimental assessment of protein intrinsic disorder involvement in an RNA virus natural adaptive process. Mol. Biol. Evol. 35: 38-49.

Darabi M, Seddigh S, Abarshahr M (2017) Structural, functional and phylogenetic studies of cytochrome P450 enzyme in seed plants by bioinformatics tools. Caryologia. 70: 62-76.

Dong X, Zhang Y (2011) Improving the physical realism and structural accuracy of protein models by a two-step automic-level energy minimization. Biophys. J. 101: 2525-2534.

Gadhe CG, Balupuri A, Cho SJ (2015) In-silico characterization of binding mode of CCR8 inhibitor: homology modeling, docking and membrane based MD simulation study. J. Bimol. Struct. & Dyn. 33: 2492-510.

Gasteiger E, Hoogland C, Gattiker a, Duvaud S, Wilkins MR, Appel RD, Bairoch A (2005) Protein identification and analysis tools in the ExPASy server. The Proteomics Protocol Handbook. 571-607.

Ghazi Y, Haddadi F (2018) Bioinformatics analysis of IFN receptor protein to counteract the effect of VP35 antagonist protein of Ebola virus. Gen. Eng. BSA. 2: 37-52.

Guo B, Lin J, Ye K (2011) Structure of the autocatalytic cysteine protease domain of potyvirus helper-component proteinase. J. Biol. Chem. 24: 21937-21943.

Hadi BA, Lengham MAC, Osborne L, Tilmon KJ (2011) Wheat streak mosaic virus on wheat: Biology and management. J. Integr. Pest. Manag. 2: J1-J5.

Hafren A, Makinen K (2008) Purification of viral genome-linked protein VPg from potato virus A-infected plants reveals several post-translationally modified forms of the protein. J. Gen. Virol. 89: 1509-1518.

Hosseini M, Saidi A (2019) Phylogenetic and structural study of plant polyamine oxidases. Crop Biotech. 8: 19-36.

Jebasingh T, Pandaranayaka E, Mahalakshmi A, Yadunandam A, Krishnaswamy S, Usha R (2012) Expression, purification and molecular modeling of the NIa protease of Cardamom mosaic virus. J. Bimol. Struct. Dyn. 31: 602-11.

Jones R, Naidu RA (2019) Global dimensions of plant virus diseases: current status and future perspectives. Annu. Rev. Virol. 6: 20-23.

Khadivar R, Nasrollah Nezhad S (2009) Serological and molecular tracking of Wheat streak mosaic virus in cereal fields of Guilan province. J. Crop. Prod. Res.16: 137-148.

Laskowski RA, MacArthur MW, Moss DS, Thornton JM (1993) PROCHECK: a program to check the stereochemical quality of protein structures. J. App. Cryst. 26: 283-291.

Malkov S, Zivkovic MV, Beljanski MV, Zaric SD (2005) Correlation of amino acids with secondary structure types: connection with amino acid structure. arXiv preprint q-bio/0505046

Mann K, Sanfacon H (2019) Expanding repertoire of plant positive-strand RNA virus proteases. Virus. doi: 10.3390/v11010066

Martinez F, Rodrigo G, Aragones V, Ruiz M, Lodewijk I, Fernandez U, Elena S, Daros JA (2016) Interaction network of tobacco etch potyvirus NIa protein with the host proteome during infection. BMC. Genomics. doi: 10.1186/s12864-016-2394-y

Mathur C, Jimsheena VK, Banerjee S, Makinen K, Gowda LR, Savithri HS (2012) Functional regulation of PVBV nuclear nuclear inclusion protein-a protease activity upon interaction with viral protein genome-linked and phosphorylation. Virol. 422: 254-264.

McGuffin L, Bryson K, Jones DT (2000) The PSIPRED protein structure prediction server. Bioinform. 16: 404-405.

Mishra KP, Sharma N, Diwaker D, Ganju L, Singh SB (2013) Plant derived antivirals: A potential source of drug development. J. Virol. Antiviral Res. doi: org/10.4172/2324-8955.1000109

Nigam D, Latourrette K, Souza P, Garcia-Ruiz H (2019) Genome-wide variation in potyviruses. Front. Plant. Sci. doi: 10.3389/fpls.2019.01439

Radivojac P, Iakoucheva LM, Oldfield CJ, Obradovic Z, Uversky VN, Dunker AK (2007) Intrinsic disorder and functional proteomics. Biophys. J. 92: 1439-1456.

Rantalainen KI, Uversky VN, Permi P, Kalkkinen N, Dunker AK, Makinen K (2008) Potato virus Agenome-linked protein VPg is an intrinsically disordered molten globule-like protein with a hydrophobic core. Virol. 377: 280-288.

Riechmann JL, Cervera MT, Garcia JA (1992) Highlights and prospects of potyvirus molecular biology. J. Gen. Virol. 73: 1-16.

Rost B, Yachdav G, Liu J (2004) The PredictProtein server. Nucleic. Acids. Res. 32: 321-326.

Roy A, Kucukural A, Zhang Y (2000) I-TASSER: a unified platform for automated protein structure and function prediction. Nat. Protoc. 5: 725-738.

Rubio-Pina JA, Zapata-Perez O (2011) Isolation of total RNA from tissues rich in polyphenols and polysaccharides of mangrove plants. Electron. J. Biotechn. 14: 1-8.

Satheshkumar PS, Gayathri P, Prasad K, Savithri HS (2005) Natively unfolded VPg is essential for Sesbania mosaic virus serine protease activity. J. Biol. Chem. 280: 30291-30300.

Singh K, Wegulo SN, Skoracka A, Kundu JK (2018) Wheat streak mosaic virus: a century old virus with rising importance worldwide. Mol. Plant. Pathol. doi: 10.1111/mpp.12683

Teferi TA (2015) Wheat leaf rust (Puccinia triticina) epidemics and host plant response in South Tigray, Ethiopia. Int. J. Plant. Pathol. 6: 21-28.

Trebick P, Nancarrow N, Cole E, Bosque-Perez NA, Constable FE, Freeman AJ, Rodoni B, Yen A, Luck J, Fitzgerald G (2015) Virus disease in wheat predicted to increase with a changing climate. Glob. Change. Biol. 21:3511-3519.

Urcuqui-Inchima S, Haenni AL, Bernardi F (2001) Potyvirus proteins: a wealth of functions. Virus. Res. 74: 157-175.

Ziarani MF, Tohidfar M, Aminfar Z (2017) Bioinformatic analysis of Acyl Carier Protein (ACP) in eukaryotes and prokaryotes. Crop. Biotech. 17: 15-29.