Bioinformatic analysis of maize gene encoding starch branching enzyme SBEIIb. | Биоинформатический анализ гена кукурузы, кодирующего энзим ветвления крахмала SBEIIb | Біоінформатичний аналіз гена кукурудзи, що кодує ензим розгалуження крохмалю SBEIIb

English. Purpose. Investigation of maize ae1 gene polymorphism by bioinformatic methods. Methods. Global and local alignment of the nucleotide and amino acid sequences, in silico translation and transcription, translates modeling, pri­mers design, phylogenetic analysis. Results. 255 nucleotide sequences of maize аe1 gene, 500 amino acid sequences of homology translates of maize ae1 gene (SBEIIb enzyme homologs) and 100 mRNA expressed from the maize ae1 gene were analyzed to establish phylogenetic relationships. Polymorphism of maize ae1 gene different regions was investigated by bioinformatic methods. Modeling of the maize enzyme SBEIIb was performed. Conclusions. According to the results of amino acid sequences of SBEIIb enzyme homologs alignment, it was found that ae1 gene orthologs are pre­sent only in monocots, paralogs – in monocots, dicots, and other taxa, including algae and animals. Based on the results of alignment of plants mRNA from which enzyme SBEIIb is translated, maize ae1 gene orthologs and the nearest paralogs encoding starch branching enzymes with chloroplast localization were defined; this suggests a possible origin of ae1 gene due to duplication of the gene encoding the 1,4-alpha-glucan-branching enzyme 2 with chloroplast or amyloplast localization. In the maize ae1 gene structure, regions were found that include polymorphic sites not defined previously. For the polymorphic sites design primers were developed that allowed to differentiate the maize lines. It was determined that the detection of polymorphism in theory can influence the enzyme function and, as a result, change the concentration of amylopectin in maize grain.

Russian. Цель. Исследование полиморфизма гена ае1 кукурузы биоинформатическими методами. Методы. Глобальное и локальное выравнивание нуклеотидных и аминокислотных последовательностей, in silico трансляция и транскрипция, моделирование транслятов, дизайн праймеров, филогенетический анализ. Результаты. Проанализированы 255 нуклеотидных последовательностей гена аe1 кукурузы, 500 аминокислотных последовательностей гомологов транслятов гена ae1 кукурузы (гомологов энзима SBEIIb) и 100 мРНК, экспрессирующихся с гена ae1 кукурузы, для установления его филогенетических взаимосвязей. Биоинформатическими методами исследован полиморфизм различных участков гена ae1 кукурузы. Осуществлено моделирование фермента SBEIIb кукурузы. Выводы. По результатам выравнивания аминокислотных последовательностей гомологов фермента SBEIIb установлено, что ортологи гена ae1 присутствуют лишь у однодольных растений, паралоги – у однодольных, двудольных и других таксонов, включая водоросли и животных. По результатам выравнивания мРНК растений, с которых транслируется энзим SBEIIb, определены как ортологи гена ae1 кукурузы, так и ближайшие паралоги, кодирующие ферменты ветвления крахмала с хлоропластной локализацией; это свидетельствует о возможном происхождении гена ae1 в результате дупликации гена, кодирующего 1,4-α- -глюкан-энзим ветвления крахмала 2 с хлоропластной или амилопластной локализацией. В структуре гена ае1 кукурузы найдены регионы, которые включают в себя не определенные ранее полиморфные участки. К полиморфным регионам разработан дизайн праймеров, которые позволяют дифференцировать линии кукурузы. Определено, что обнаруженный полиморфизм теоретически способен влиять на функцию фермента и в результате этого изменять концентрацию амилопектина в зерне кукурузы.

Ukrainian. Мета. Дослідження поліморфізму гена ае1 кукурудзи біоінформатичними методами. Методи. Глобальне та локальне вирівнювання нуклеотидних та амінокислотних послідовностей, in silico трансляція і транскрипція, моделювання транслятів, дизайн праймерів, філогенетичний аналіз. Результати. Проаналізовано 255 нуклеотидних послідовностей гена аe1 кукурудзи, 500 амінокислотних послідовностей гомологів транслятів гена ae1 кукурудзи (гомологів ензиму SBEIIb) і 100 мРНК, що експресуються з гена ae1 кукурудзи, для встановлення його філогенетичних взаємозв’язків. Біоінформатичними методами досліджено поліморфізм різних ділянок гена ae1 кукурудзи. Здійснено моделювання ензиму SBEIIb кукурудзи.Висновки. За результатами вирівнювання амінокислотних послідовностей гомологів ензиму SBEIIb з’ясовано, що ортологи гена ae1 присутні лише в однодольних рослин, паралоги – в однодольних, дводольних та інших таксонів, включаючи водорості та тварин. За результатами вирівнювання мРНК рослин, з яких транслюється ензим SBEIIb, встановлено як ортологи гена ae1 кукурудзи, так і найближчі паралоги, що кодують ензими розгалуження крохмалю з хлоропластною локалізацією; це свідчить про можливе походження гена ae1 внаслідок дуплікації гена, що кодує 1,4-α- -глюкан-ензим розгалуження крохмалю 2 з хлоропластною або амілопластною локалізацією. В структурі гена aе1 кукурудзи знайдено регіони, що містять не визначені раніше поліморфні ділянки. До поліморфних регіонів розроблено дизайн праймерів, які дають можливість диференціювати лінії кукурудзи. Визначено, що встановлений поліморфізм теоретично здатний впливати на функцію ензиму та внаслідок цього змінювати концентрацію амілопектину в зерні кукурудзи.