遗传变异是林木长期适应外界复杂环境的先决条件,利用林木的遗传变异进行定向育种是林木分子育种的趋势。基因突变是一类重要的可遗传变异,深入理解基因突变与蛋白结构功能之间的关系,是有效利用遗传变异的前提,也是林木育种的基础。本研究中,我们以裸子植物油松(Pinus tabuliformis)中一个Tau类谷胱苷肽转移酶PtGSTU1为研究对象,通过蛋白三维结构模拟、定点突变、酶学功能检测等方法,探讨氨基酸位点变异对GST蛋白结构及酶学生化特性的影响。结果如下:1)鉴定了油松PtGSTU1蛋白N端结构域与C端结构域之间能够形成氢键的位点。以节节麦(Aegilops tauschii)Ta GSTU4晶体结构为模板进行同源建模,获得模拟的PtGSTU1蛋白三维结构。结果显示:PtGSTU1单体具有典型的GST三维结构,具有N端和C端两个结构域,N端结构域和C端结构域由一段Linker区连接。PtGSTU1蛋白单体N端与C端结构域之间有四对氨基酸能够形成分子内氢键,分别是:第18位精氨酸与第103位天冬氨酸(R18-D103)、第72位谷氨酸与第96位精氨酸(E72-R96)、第12位丙氨酸与第169位色氨酸(A12-W169)、第84位苯丙氨酸与第158位酪氨酸(F84-Y158)。根据这一结果我们推测这些氢键能够稳定蛋白单体结构。2)检测了这四对氨基酸位点对蛋白结构和功能的影响。我们利用定点突变,分别将这些氨基酸突变为丙氨酸Ala,尽可能缩短极性侧链,破坏分子内氢键的形成。结果发现,这四对氨基酸位点突变后蛋白稳定性均受到影响,但不同氨基酸位点的改变对底物活性的影响不同。该结果表明这四对氨基酸是稳定单体结构的关键氨基酸。3)进一步验证了具有不同极性和构象的氨基酸残基对氢键形成及蛋白稳定性的影响。将Arg18突变为丙氨酸Ala、异亮氨酸Ile、色氨酸Trp、赖氨酸Lys、谷氨酸Glu和组氨酸His,检测其蛋白的催化活性及结构稳定性。检测结果发现,6个Arg18突变体均无法获得高纯度的具有正确折叠的可溶蛋白,与Arg18形成氢键的Asp103位点的突变并不会使蛋白完全失活,而是明显降低其的催化能力和稳定性。这意味着Arg18的突变对蛋白结构影响大于Asp103,验证了植物GST蛋白N端的保守性和C端结构域的多变性,同时预示C端结构域中可能存在其他氨基酸位点能够与18位精氨酸形成氢键,从而稳定蛋白单体折叠结构。综合蛋白三维结构模拟、定点突变以及酶学特性等数据,本论文系统性地验证了氢键对稳定GST蛋白单体结构具有重要作用,进一步解释了遗传变异对蛋白结构和功能的影响。