پیش‏بینی و مقایسه ساختارهای آنزیم تریپسین معده‏ ی میانی در بید کلم Plutella xylostella و شپشه قرمز آردTribolium castaneum
کد مقاله : 1238-23IPPC
نویسندگان
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
موضوعات
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