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茉莉素是一种重要的植物激素,介导植物的胁迫反应,调节植物的生长发育。茉莉素受体是一个多组分复合物,由拟南芥SKP-LIKEPROTEIN1(ASK1)、CORONATINEINSENSITIVE1(COI1)、磷酸肌醇(InsP)、茉莉素ZIM结构域蛋白(JAZ)组成。COI1作为各组分信号中心与其他各组分相结合。InsP在激素感知中起着重要作用。InsP如何与COI1相结合以及COI1与InsP、(3R,7S)-jasmonoyl-L-isoleucine(JA-Ile)和JAZ结合后构象是如何变化的目前尚不清楚。Solano等基于茉莉素和冠菌素(Coronatine, COR)的结构设计了小分子(3R,7S)-jasmonoyl-L-isoleucine-O-methyloxime(JA-Ile-MO )和Coronatine-O-Methyloxime(COR-MO),能够抑制COI1和JAZ蛋白的互作,JAZ蛋白的降解以及茉莉素响应基因的表达,可作为茉莉素受体的竞争性拮抗剂。但其作用模式和作用机理尚不清楚。由于茉莉素,冠菌素的化学合成和修饰过程非常复杂,很难大量合成,微生物发酵的方法也难以提供足够的数量。所以寻找茉莉素的替代化合物在农业生产中有广阔的前景。本研究综合运用分子对接,分子动力学模拟,残基相互作用网络分析,结合自由能计算等多种计算方法,探讨InsP对COI1构象动力学的影响、以及茉莉素受体复合物各组分的识别机理。通过对JA-Ile、COR和拮抗剂JA-Ile-MO、COR-MO进行分子动力学模拟后,对比分析激动剂、拮抗剂结合时,JAZ1与COI1的结合模式差异和激动剂/拮抗剂与JAZ1结合模式的差异。最后基于茉莉素受体复合物结构进行了新化合物的虚拟筛选。主要结论如下:
1.与InsP,JA-Ile和JAZ1结合后,COI1的结构变得更加紧密。InsP与COI1的结合稳定了COI1的构象,促进了JA-Ile或JAZ1与COI1的结合。
2.通过残基互作网络分析找到了网络中的一些重要节点,包括Met88,His118,Arg120,Arg121,Arg346,Tyr382,Arg409,Trp467和Lys492。
3.拮抗剂与激动剂相比,拮抗剂的加入,JAZ1中Arg206的位置发生了摆动,导致与1,5-InsP8的相互作用消失。
4.JAZ1中Ala204和Arg206与拮抗剂无法形成相互作用,而与激动剂的相互作用仍然保留。
5.通过残基相互作用网络可以看到,与拮抗剂相比,激动剂与1,5-InsP8的联系更加紧密。
6.通过虚拟筛选,我们从InterBioScreen数据库中首先使用Glide筛选得到了698个化合物,然后通过VanderWaalsfiltering(vdW)进行距离和能量筛选,使用toxicityfiltering进行毒性化合物筛除,使用层次聚类方法(Hierarchical clustering)得到49个分组,挑选Vina,Xscore,MMGBSA三种打分函数一致性较高的化合物,得到了比较有潜力的25个打分排名靠前的化合物。将最终得到的化合物通过pymol观察COI1与JAZ1的作用模式,选择保留23个化合物为最终结果,生物活性还需进一步检测。
1.与InsP,JA-Ile和JAZ1结合后,COI1的结构变得更加紧密。InsP与COI1的结合稳定了COI1的构象,促进了JA-Ile或JAZ1与COI1的结合。
2.通过残基互作网络分析找到了网络中的一些重要节点,包括Met88,His118,Arg120,Arg121,Arg346,Tyr382,Arg409,Trp467和Lys492。
3.拮抗剂与激动剂相比,拮抗剂的加入,JAZ1中Arg206的位置发生了摆动,导致与1,5-InsP8的相互作用消失。
4.JAZ1中Ala204和Arg206与拮抗剂无法形成相互作用,而与激动剂的相互作用仍然保留。
5.通过残基相互作用网络可以看到,与拮抗剂相比,激动剂与1,5-InsP8的联系更加紧密。
6.通过虚拟筛选,我们从InterBioScreen数据库中首先使用Glide筛选得到了698个化合物,然后通过VanderWaalsfiltering(vdW)进行距离和能量筛选,使用toxicityfiltering进行毒性化合物筛除,使用层次聚类方法(Hierarchical clustering)得到49个分组,挑选Vina,Xscore,MMGBSA三种打分函数一致性较高的化合物,得到了比较有潜力的25个打分排名靠前的化合物。将最终得到的化合物通过pymol观察COI1与JAZ1的作用模式,选择保留23个化合物为最终结果,生物活性还需进一步检测。