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In silico characterization of the impact of mutation (LEU112PRO) on the structure and function of carotenoid cleavage dioxygenase 8 in Oryza sativa
Phytochemistry ( IF 3.2 ) Pub Date : 2020-07-01 , DOI: 10.1016/j.phytochem.2020.112365 Manoj Kumar Gupta 1 , Gayatri Gouda 2 , Ravindra Donde 2 , Ramakrishna Vadde 1 , Lambodar Behera 2
Phytochemistry ( IF 3.2 ) Pub Date : 2020-07-01 , DOI: 10.1016/j.phytochem.2020.112365 Manoj Kumar Gupta 1 , Gayatri Gouda 2 , Ravindra Donde 2 , Ramakrishna Vadde 1 , Lambodar Behera 2
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Mutation (p.LEU112PRO) in "carotenoid cleavage dioxygenase 8" (CCD8) protein increases tiller formation in rice plants by cross-talking with auxin and cytokinins. However, owing to the nonexistence of a "three-dimension" structure of CCD8, detail information about its structure and function remain elusive until date. Hence, in the present study, computational approaches were adopted to predict "three-dimensional" (3D) structure of CCD8 protein through comparative modeling techniques and to study the effect of mutation (p.LEU112PRO) on its function as well as architecture through "molecular dynamics" simulation studies. The obtained result reveals that wild-type CCD8 protein is made up of 10 α-helix and 25 β-strands while mutant CCD8 is made up of 11 α-helix and 24 β-strands. Further, molecular docking studies reveals that the wild-type has a better binding affinity with auxin and cytokinin in comparison to mutant. Subsequent molecular dynamics simulation of these four complexes, separately, reveals that the movement of both wild-type as well as mutant CCD8 get reduced after binding with auxin, which in turn prevent auxin transport out of the bud and increases tiller number. However, when cytokinin binds with wild-type and mutant CCD8, it inhibits and enhance CCD8 activity, respectively. As cytokinin positively regulates tiller number formation, enhance activity of mutant CCD8 after binding with cytokinin might be the main reason for more tiller number in mutant than wild-type plant. In the near future, mutant CCD8 along with auxin and cytokinin may be utilized for increasing grain yield in rice plants.
中文翻译：
突变 (LEU112PRO) 对水稻中类胡萝卜素裂解双加氧酶 8 的结构和功能影响的计算机表征
“类胡萝卜素裂解双加氧酶 8”（CCD8）蛋白中的突变（p.LEU112PRO）通过与生长素和细胞分裂素的交互作用增加了水稻分蘖的形成。然而，由于 CCD8 不存在“三维”结构，迄今为止关于其结构和功能的详细信息仍然难以捉摸。因此，在本研究中，采用计算方法通过比较建模技术预测 CCD8 蛋白的“三维”（3D）结构，并通过“分子动力学”模拟研究。所得结果表明，野生型CCD8蛋白由10个α-螺旋和25个β-链组成，而突变型CCD8由11个α-螺旋和24个β-链组成。更多，分子对接研究表明，与突变体相比，野生型与生长素和细胞分裂素具有更好的结合亲和力。随后对这四种复合物分别进行的分子动力学模拟表明，野生型和突变型 CCD8 在与生长素结合后的运动减少，从而阻止生长素从芽中转运并增加分蘖数。然而，当细胞分裂素与野生型和突变型 CCD8 结合时，它会分别抑制和增强 CCD8 的活性。由于细胞分裂素正调控分蘖数的形成，突变体CCD8与细胞分裂素结合后活性增强可能是突变体分蘖数多于野生型的主要原因。在不久的将来，突变体 CCD8 连同生长素和细胞分裂素可用于增加水稻的谷物产量。
更新日期：2020-07-01
中文翻译：
突变 (LEU112PRO) 对水稻中类胡萝卜素裂解双加氧酶 8 的结构和功能影响的计算机表征
“类胡萝卜素裂解双加氧酶 8”（CCD8）蛋白中的突变（p.LEU112PRO）通过与生长素和细胞分裂素的交互作用增加了水稻分蘖的形成。然而，由于 CCD8 不存在“三维”结构，迄今为止关于其结构和功能的详细信息仍然难以捉摸。因此，在本研究中，采用计算方法通过比较建模技术预测 CCD8 蛋白的“三维”（3D）结构，并通过“分子动力学”模拟研究。所得结果表明，野生型CCD8蛋白由10个α-螺旋和25个β-链组成，而突变型CCD8由11个α-螺旋和24个β-链组成。更多，分子对接研究表明，与突变体相比，野生型与生长素和细胞分裂素具有更好的结合亲和力。随后对这四种复合物分别进行的分子动力学模拟表明，野生型和突变型 CCD8 在与生长素结合后的运动减少，从而阻止生长素从芽中转运并增加分蘖数。然而，当细胞分裂素与野生型和突变型 CCD8 结合时，它会分别抑制和增强 CCD8 的活性。由于细胞分裂素正调控分蘖数的形成，突变体CCD8与细胞分裂素结合后活性增强可能是突变体分蘖数多于野生型的主要原因。在不久的将来，突变体 CCD8 连同生长素和细胞分裂素可用于增加水稻的谷物产量。
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