目录
摘要2
关键词2
Abstract3
Key words3
引言4
1材料与方法9
1.1小分子数据库获取9
1.2 ABA受体蛋白准备10
1.3产生对接所需要的格点文件11
1.4基于分子对接的虚拟筛选11
1.5聚类分析和人工挑选12
2结果与分析12
2.1对接模型的验证12
2.2小分子化合物筛选结果与分析13
3讨论 16
4总结与展望 19
致谢20
参考文献21
基于ABA受体结构的ABA功能类似物的筛选与设计
摘 要
本课题使用基于分子对接的虚拟筛选查找ABA功能类似物，以求寻找低成本、高稳定性的类ABA化合物。我们将通过基于分子对接的虚拟筛选策略，运用薛定谔等相关软件，通过对基于ABA受体PYL9蛋白晶体结构和ZINC小分子库的虚拟筛选，找到与ABA受体PYL9蛋白结合较好的小分子化合物，以期发现ABA功能类似的活性化合物。如果能找到低成本、高稳定性的ABA功能类似化合物，可以研发相关新农药，能够显著降低农药研发的成本，还可以大大缩短新农药的研发周期，提高农业生产力。具体研究内容包括：（1）小分子数据库的获取及处理；（2）PYL9蛋白晶体结构的获得及处理；（3）基于分子对接的虚拟筛选；（4）聚类分析和人工挑选。
引言
ABA也就是脱落酸，是一种倍半萜烯类植物素[1]，可调节植物的生长发育，例如胚胎成熟、气孔调节、休眠、种子发育、发芽和激活胁迫应答基因。调节植物和环境的适应性是ABA最为重要功能之一，一方面ABA在适应多种非生物胁迫，如干旱、高盐、低温冷害等发挥重要作用，通过调节胁迫相关基因表达和气孔开闭状态等增强植物对逆境的抵御能力；另一方面ABA能调节植物对病原体的防御应答反应，增强植物对某些病原菌的抗性。在ABA信号转导途径中，许多信号分子受ABA调节并参与其应答过程。应答过程中ABA受体基因、ABA信号通路下游相关基因的表达等受到影响[2，3]。ABA作为一个古老激素分子，它的信号转导通路起源于原始的藻类 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: ^351916072# 
，也是植物由水生到陆生不断进化，为了适应缺水环境而演化形成的一种适应的机制[4]。植物响应ABA信号的首要条件就是受体PYLs与ABA结合，从而促进或抑制下游相关基因的表达，引起一系列分子、生化、生理反应。
目前最被广泛认可的植物脱落酸受体是PYLs/PYR1/RCARs蛋白家族，其中PYL9蛋白是位于细胞膜上的一种脱落酸受体，结构解析表明，PYL9蛋白是一类含有START特征结构域的蛋白超家族，它包含一个特有的保守的结合疏水性配基的空腔，被称为配体结合口袋[5]。当ABA与其结合时，ABA 识别ABA受体导致两个保守的“LATCH loop”和“GATE loop”发生重要的结构改变[6，7]。一个环连接β5和β6链，被称作闩环，该环上的一个组氨酸残基的咪唑环转向空腔内和ABA的环己烯基通过范德华力相互作用，使闩环的构象发生改变，闩环通过氢键和范德华力将关闭的门环锁上，另一个环连接 PYR/PYL 的β3和β4链，这称作门环，环上的一个保守的丝氨酸残基则被ABA 分子挤到空腔外，ABA分子由于两个环构象的改变而固定在空腔内，还为PYR/PYL 受体与PP2C的相互结合提供了界面，当与PP2C结合时，暴露在PYL/PYR蛋白门环外面的保守丝氨酸残基与PP2C的保守谷氨酸残基形成氢键，影响了PP2C与金属离子（Mg和Mn） 的结合，从而导致对PP2C活性的竞争性抑制，阻碍了底物蛋白进入PP2C 的催化活性中心，更加重要的是该丝氨酸残基还能通过氢键与PP2C 活性位点上的甘氨酸残基结合，从而直接抑制了PP2C的磷酸酶活性，SnRK2磷酸激酶活性上升[8]，下游靶蛋白磷酸化，进一步激活细胞内ABF和ABRE等bZIP型转录因子，从而完成ABA信号由PYR/PYL/RCARs→PP2Cs→SnRKs→转录因子→靶基因的信号转导和应答。
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图1 ABA信号网络图[9]
尽管ABA核心信号通路和模型已经建立，但是它是否就可以解释所有的ABA响应机制目前还不清楚，毕竟ABA信号转导网络是相当复杂。目前很多ABA信号分子被报道，包括ABA受体、RNA绑定蛋白、转录因子、蛋白激酶/磷酸化酶、ABA绑定蛋白等等，进一步研究参与ABA信号通路的其他蛋白的功能及进化过程同样重要；这些分子是否依赖或不依赖这个核心通路还有待于通过试验进行验证；植物感知外界环境刺激的部位以及把外界胁迫转化为ABA信号的过程也是挑战性的问题[10]。
一方面，ABA的信号转导网络相当复杂，运输过程的调节以及与环境之间的关系还有待进一步研究；另一方面，由于ABA生产成本过高和结构不稳定的因素制约了其在农业生产中的作用。如果能找到低成本、高稳定性的与ABA功能类似的化合物，可以增加相关领域科研手段，促进相关领域科研发展，也能够研发相关新农药，显著降低农药研发的成本，还可以大大缩短新农药的研发周期，提高农业生产力。鉴于此，本课题将用采用基于分子对接的虚拟筛选策略寻找ABA的功能类似物，运用薛定谔等相关软件，通过对基于ABA受体PYL9蛋白的晶体结构和ZINC小分子数据库的虚拟筛选，找到能和ABA受体PYL9蛋白结合较好的小分子化合物，以期发现低成本、高稳定性的ABA功能类似的小分子化合物。
目前，已经有总数已超过2000万个有机小分子被发现，有许多不同种类的数据库根据这些数据衍生，同时，这些发现还加深人们对药物等小分子的理解。但是想要直接利用如此庞大的数据量进行传统的新药物研发显然是不切实际的，虚拟筛选就是解决这个问题的有效途径之一。虚拟筛选(virtual screening，VS)也称计算机筛选，即在进行生物活性筛选之前，利用计算机上的分子对接软件模拟目标靶点与候选药物之间的相互作用，计算两者之间的亲和力大小，以降低实际筛选化合物数目，同时提高先导化合物发现效率。分子对接是一种基于靶标蛋白结构的药物筛选方式。通过小分子化合物与靶标进行分子对接，综合分析得分及空间构象情况，包括静电作用、氢键作用、疏水作用、范德华作用等性质，可以探索配体小分子与受体生物大分子具体作用方式和结合构型，解释化合物产生活性的原因，为合理地优化化合物结构提供指导；也可筛选潜在活性化合物，为实验提供参考。随着结构生物学和生物信息学的发展，对于特定靶标结构的活性化合物信息的获取将会越来越容易，这让所要的研究的目标大大减少，从而提高筛选化合物的速率和准确性，降低新药发现的时间和经费。作为传统制药领域与现代信息技术的优秀结合，虚拟筛选技术在药物设计领域具有很强的优越性，近些年引起了研究人员和制药公司的高度重视。

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