بیست و سومین کنگره گیاهپزشکی ایران

پیش&rlm;بینی و مقایسه ساختارهای آنزیم تریپسین معده&rlm; ی میانی در بید کلم Plutella xylostella و شپشه قرمز آردTribolium castaneum

نویسندگان

¹نازنین آتشی؛ ²مهدی طوسی

؛ ³اصغر بابامیر ساطحی؛ ⁴سید علی همتی

¹فارس,شیراز, خیابان معالی آباد, خلبانان, کوچه 9,ساختمان نیلوفر, واحد 3

²اهواز. نادری. خیابان شهید جهانیان. بین حافظ و کتانباف. پلاک 74. طبقه 4

³گروه گیاه پزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید چمران اهواز, ایران

⁴گروه گیاه پزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید چمران. اهواز. ایران

چکیده

کاهش محصولات کشاورزی در سطح جهان توسط آفات در صورت عدم استفاده از راهبردهای کنترل شیمیایی و غیر شیمیایی، در حدود 70% تولید محصولات را شامل می‏شود. سموم شیمیایی به دلیل طیف وسیع آفتکشی و بکارگیری راحت آن‏ها در بین محصولات، نقش محوری در کنترل حشرات آفت را ایفا کرده‏اند. با این حال، کاربرد چنین ترکیباتی سبب بروز مشکلات متعددی از جمله باقیمانده بیش از حد مجاز آفتکش‏ها، مسمومیت برای کارگران، اثرات سوء بر محیط‏زیست و افزایش مقاومت حشرات شده است. اخیرا تلاش‏هایی برای استفاده از مهارکننده‏های آنزیمی گوارشی جهت کنترل خسارت آفات انجام شده, که در این میان مهارکننده‏های پروتئازی با منشا طبیعی می توانند گزینه‏های مناسبی برای این منظور باشند. پروتئازها، آمینواسیدهای لازم برای حشرات آفت را از طریق هیدرولیز باندهای پپتیدی پروتئین‏های موجود در غذا فراهم می‏کنند. غیرفعال شدن آنزیم‏های پروتئازی توسط مهارکننده‏های پروتئاز، باعث اختلال در جذب مواد غذایی و در نتیجه مرگ حشره به علت گرسنگی می‏شوند. از میان پروتئازها ، تریپسین گزینه مناسبی برای مهار می‏باشد. برای درک برخی از خصوصیات آنزیم تریپسین موجود در معده‏ی میانی Plutella xylostella L. و Tribolium castaneum Herbst ، شامل ساختار جایگاه فعال و پروفایل pH قلیایی، نیاز به پیش‏بینی و آنالیز ساختاری آن می‏باشد. بدین منظور ابتدا به جستجوی توالی آمینواسیدی و ساختار کریستالی آنزیم تریپسین هر دو حشره از پایگاه‏های اطلاعاتی پرداخته و پس از بدست آوردن توالی تریپسین هر دو حشره و با توجه به عدم وجود ساختار کریستاله این آنزیم در حشرات، توالی‏های تریپسین مشابه با ساختار مشخص از سایر موجودات، جهت استفاده به عنوان الگو در نرم افزار مدل‏سازی جستجو و یافت شد. پس از مدل‏سازی توسط نرم‏افزار، بهترین مدل با ضریب اطمینان بالاتر با انجام آزمون‏های مختلف برای ادامه‏ی کار انتخاب شد. پیش‏بینی مدل‏های ساختاری قابل اطمینان برای تریپسین معده‏ی میانی دو آفت، بر اساس ساختار کریستالی تریپسین Fusarium oxisporum (Schlecht) (PDB: 1GDU) و با استفاده از نرم افزار Modeller 9.13 صورت گرفت. نتایج مدللر برای هر حشره شامل 10 مدل برای هر توالی اسید‏آمینه‏ای بود که بهترین مدل برازش شده برای آنزیم تریپسین هر یک از حشرات با بکارگیری نتایج آزمون‏های حاصل از نرم‏افزارهای Errat، ProCheck و Verify_3D انتخاب شده و ساختارهای سه‏بعدی تریپسین برای مطالعات بعدی به کار گرفته شد. همچنین با استفاده از اطلاعات سرور Anola امتیاز QMEAN6 جهت آزمون کیفیت مدل‏های پیش‏بینی شده محاسبه گردید و نتایج نشان داد که مدل‏های انتخابی واجد بهترین خصوصیات بودند. هدف ما بدست آوردن درک بهتری از مدل‏های سه‏بعدی پیش‏بینی شده جهت فراهم آوردن جنبه‏های جدید در کنترل بید کلم و شپشه قرمز آرد بود. نتایج این تحقیق می‏تواند از طریق فراهم آوردن اطلاعاتی مناسب از ساختار سوم آنزیم‏ها به طراحی مهارکننده‏هایی با کارایی مطلوب در جهت کنترل آفات کمک موثری نماید.

کلیدواژه ها

بید کلم، شپشه قرمز آرد، تریپسین، مدل&rlm؛ سازی، مقایسه ساختاری

موضوعات

آفات-فیزیولوژی و سم شناسی

Title

Prediction and structural comparison of a trypsin from the midgut of Plutella xylostella and Tribolium castaneum

Authors

nazanin atashi, Mehdi Toosi, ASGHAR BABAMIR SATEHI, seyed ali

Abstract

Worldwide crop losses without the use of pesticides and other non-chemical control strategies is estimated to be about 70% of crop production, meanwhile chemical pesticides because of their ability to kill a wide-ranging of insect pests and their easy spreading among the commodity, the synthetic chemical pesticides have played a central role in the control of insect pests. However, their application has caused several problems such as the presence of illegal pesticide residues, acute and chronic toxicity for workers, adverse effects on the environment and development of insect resistance. Recently, efforts have been made for use of digestive enzyme inhibitor, such as inhibitors of proteases to control insect pests. Proteases provide essential amino acids for insect pests through hydrolyzing ingested proteins. Inactivation of proteases by protease inhibitors results in the poor nutrient utilization and death because of starvation. Among digestive proteases, trypsin is of particular interest in targeting. To understand some characteristic of Plutella xylostella L. and Tribolium castaneum Herbst trypsins including structure of active site and alkaline pH profile, prediction and structural analysis is required. For this purpose, reliable structural models of P. xylostella and T. castaneum trypsins were built based on Fusarium oxisporum (Schlecht) trypsin cystal structure (PDB: 1GDU) using Modeller 9.13 program. Modeller output contains 10 models for each amino acid sequence. The best model was approved by ProCheck and Verify_3D programs for each insect. QMEAN6 score was calculated using Anola server to examine the quality of the predicted model. The best fitted model for P. xylostella and T. castaneum trypsins were selected from the output results of Errat, ProCheck and Verify3D analysis, and picked as the 3D structure of midgut trypsin and used for further studies. Another analysis was conducted to further confirm the P. xylostella and T. castaneum trypsins model accuracy. The data obtained from Anola server clearly indicated that the chosen model has the best characteristics. The objective of the current study was to get a better understanding of prediction tertiary structure models to provide new prospects to control P. xylostella and T. castaneum. We hope the results of this research have a central role for computational methods in designing a potent inhibitor and respectable starting point for future of pesticide design.

Keywords

Plutella xylostella, Tribolium castaneum, trypsin, modeling, Structural comparison