База данных структуры растительных белков поможет раскрыть неизвестные функции генов растений

Тщательный анализ структур тысяч растительных белков, проведенный Тэцуей Сакураи и коллегами из Центра устойчивых ресурсов RIKEN, привел к созданию базы данных, которая поможет ученым определить функции большего числа растительных генов.

Хотя полные геномы ряда растений секвенированы, а их гены идентифицированы, функции многих из этих генов остаются неизвестными. Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля) — одна из таких модельных растений с полностью секвенированным геномом, которая широко используется в исследованиях. Однако, несмотря на то, что полная структура генома Arabidopsis известна уже 15 лет, функция как минимум трети его генов остается неясной. Чтобы заполнить эти пробелы, Сакураи и его коллеги из RIKEN и Токийского университета сельского хозяйства и технологий проанализировали структуры белков, кодируемых этими «неизвестными» генами.

«Каждый белок свернут, что приводит к образованию определенной трехмерной структуры из линейной цепи аминокислот», — объясняет Сакураи. «Информация об этих свернутых структурах белков может помочь выяснить функцию соответствующего гена, поскольку структуры высокоспецифичны и связаны с функциями каждого белка».

Используя опубликованные данные для отбора только уникальных белковых последовательностей, исследователи с помощью компьютерного моделирования предсказали физико-химические и структурные свойства белков из полных геномов Arabidopsis и пяти других растений: сои, тополя, риса, мха и водоросли.

Затем команда проанализировала особенности трехмерных структур, специфичные для белков с определенными функциями. Например, для каждого белка они подсчитывали количество трансмембранных спиралей — свернутых структур, характерных для белков, расположенных в клеточных мембранах и действующих как рецепторы для внешних молекул или как каналы для межмембранной передачи.

Дальнейший анализ белковых структур позволил идентифицировать области в белках, наиболее вероятно выполняющие функции. Команда определила более 52 000 функциональных областей в белках шести растений. Результаты легли в основу новой базы данных RIKEN под названием Plant Protein Annotation Suite (Plant-PrAS).

«Исследования белковых структур у растений отстают от таковых у животных и бактерий в отношении структурного анализа отдельных белков и функциональной аннотации генов», — говорит Сакураи. «Мы разработали базу данных Plant-PrAS, чтобы решить такие проблемы. В ней содержится уникальная информация о растительном протеоме, которую можно загружать и по которой можно проводить расширенный поиск».