家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子BmASCa4基因的生物信息學(xué)分析及功能預(yù)測

王 琦，常 虹，王 榮

（1.長治學(xué)院 生物科學(xué)與技術(shù)系，山西 長治 046011；2.南京林業(yè)大學(xué) 森環(huán)院，江蘇 南京 210037；3.長治衛(wèi)生學(xué)校，山西 長治 046000）

家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子BmASCa4基因的生物信息學(xué)分析及功能預(yù)測

王 琦1，常 虹2，王 榮3

（1.長治學(xué)院 生物科學(xué)與技術(shù)系，山西 長治 046011；2.南京林業(yè)大學(xué) 森環(huán)院，江蘇 南京 210037；3.長治衛(wèi)生學(xué)校，山西 長治 046000）

家蠶的基因測序工作已于2003年10月完成，但是對于其bHLH轉(zhuǎn)錄因子BmASCa4基因的生物信息學(xué)分析及功能預(yù)測鮮有報(bào)道。文章利用生物信息學(xué)的方法，就家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子BmASCa4基因結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行了分析，研究結(jié)果表明：家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子BmASCa4基因結(jié)構(gòu)信息只來自一條EST序列，該基因在編碼區(qū)內(nèi)無內(nèi)含子；BmASCa4由l'sc基因編碼，在促進(jìn)神經(jīng)前體的形成中發(fā)揮作用。

家蠶；bHLH；BmASCa4；生物信息學(xué)

真核生物bHLH（basic helix-loop-helix，堿性螺旋-環(huán)-螺旋）轉(zhuǎn)錄因子構(gòu)成了生物體蛋白的家族，各成員構(gòu)起著生長與發(fā)育調(diào)控的作用。bHLH轉(zhuǎn)錄因子因其結(jié)構(gòu)中含有bHLH基序而得名。bHLH基序包含有六十個(gè)左右的氨基酸殘基，包括堿性區(qū)域和螺旋-環(huán)-螺旋，其中堿性區(qū)域能與DNA結(jié)合，而環(huán)的長度在不同bHLH蛋白中會有差異[1，2]。bHLH蛋白的堿性區(qū)域與DNA相連接，HLH區(qū)域則參與形成二聚體[3，4]。目前，已在動物、植物、酵母等二十種生物基因組中鑒定到bHLH家族成員[5-8]。bHLH蛋白的功能主要表現(xiàn)在調(diào)控神經(jīng)細(xì)胞生成、肌細(xì)胞生成、中胚層形成；胚胎分節(jié)、體節(jié)形成與器官發(fā)生；頭部發(fā)育、嗅覺神經(jīng)元生成等[9-11]。

家蠶（Bombyxmori）屬于昆蟲綱、鱗翅目中重要的經(jīng)濟(jì)動物，早在5000多年前中國就有栽桑養(yǎng)蠶的記載。一直以來，有關(guān)家蠶在生長、發(fā)育、遺傳、變異、生理、病理等方面的研究數(shù)量巨大，并且收集了很多有科研價(jià)值的數(shù)據(jù)。家蠶（Bombyxmori）bHLH轉(zhuǎn)錄因子成員有52個(gè)，分屬于A、B、C、D、E、F等6個(gè)組，位于不同的染色體上，有不同的功能。而家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子BmASCa4為A組成員，位于第13號染色體上[12]，其電子克隆及功能預(yù)測鮮有報(bào)道。文章對家蠶生長與發(fā)育調(diào)控機(jī)理進(jìn)行了分析，同時(shí)也為深入開展相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)譜分析、物種與物種間bHLH基因結(jié)構(gòu)和功能的比較等不同方面的研究提供了有益借鑒。

1 材料與方法

1.1 家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子BmASCa4基因的生物信息學(xué)分析

家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子BmASCa4基因的基序?yàn)镾VARRNARERNRVKQVNNGFAALRQHIPSAVTAA LAGGRGSSRKLSKVDTLRLAVEYIKSLK，根據(jù)此序列對家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子BmASCa4基因進(jìn)行生物信息學(xué)分析，主要涉及 TBLASTN、EST、BLASTN、內(nèi)含子、SMART、基因結(jié)構(gòu)圖分析等。

1.2 家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子BmASCa4的功能預(yù)測

將家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子BmASCa4與其它生物物種bHLH轉(zhuǎn)錄因子蛋白質(zhì)序列進(jìn)行比較，分析其序列相似度、結(jié)構(gòu)域保守性等，進(jìn)而對家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子BmASCa4的功能進(jìn)行分析預(yù)測。

2 結(jié)果與分析

2.1 家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子BmASCa4基因的生物信息學(xué)分析結(jié)果

家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子BmASCa4的基因結(jié)構(gòu)源自僅一條EST（表達(dá)序列標(biāo)簽）序列，基因結(jié)構(gòu)不完整，缺少poly（A）加尾信號，除此以外，該EST序列頭四個(gè)nt（核苷酸）也不存在基因組序列中對應(yīng)的部分（見表 1）。

表1 家蠶BmASCa4基因結(jié)構(gòu)的生物信息學(xué)表Tab.1Gene structure bioinformatics chartof BmASCa4 in Bombyxmori

2.2 家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子BmASCa4功能預(yù)測

關(guān)于ASCa轉(zhuǎn)錄因子家族的研究，始于黑腹果蠅（Drosophilamelanogaster）的研究[13-15]，研究結(jié)果表明：在黑腹果蠅神經(jīng)前體的發(fā)生中，ASCa轉(zhuǎn)錄因子起重要作用。為了進(jìn)一步搞清楚家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子BmASCa4源自何種基因，這里把家蠶與其它生物物種的ASCa轉(zhuǎn)錄因子蛋白質(zhì)序列進(jìn)行比較分析（見圖 1）。

圖1 家蠶與9個(gè)其它物種ASCa轉(zhuǎn)錄因子氨基酸序列的相似度與趨異度Fig.1 Similarity degree and divergence degree between ASCa transcription factor amino acid sequencesof Bombyxmori and other 9 species

比較家蠶與其它9個(gè)物種ASCa氨基酸序列的相似度，可知家蠶BmASCa序列與蜜蜂（Apismellifera）的相似度最高，為52.3%；其次是岡比亞按蚊（Anopheles gambiae），為47.7%。對所研究的十條蛋白質(zhì)序列進(jìn)行多序列比對分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，它們存在較高的保守性，主要在bHLH基序及其側(cè)翼的氨基酸，并且C末端出現(xiàn)完全一致序列（見圖2）。

圖2 家蠶與9個(gè)其它物種ASCa轉(zhuǎn)錄因子氨基酸序列的多序列比對（A）bHLH基序及其側(cè)翼區(qū)域；（B）羧基末端Fig.2Multiple alignmentof ASCa transcription factoramino acid sequencesbetween Bombyxmoriand other9 species（A）bHLHmotifand its flanking regions；（B）The carboxyl terminus

以上結(jié)果表明，家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子BmASCa4的功能與蜜蜂（Apismellifera）、紅粉甲蟲（Tribolium castaneum）等昆蟲中對應(yīng)的序列相關(guān)。為此，用以上序列登錄號在NCBI中進(jìn)行深入搜索以得到相應(yīng)生物體蛋白的功能資料，搜索結(jié)果顯示只涉及紅粉甲蟲中的一條（NP_0010345）、果蠅中的兩條（BAA33212與BAA33210）序列的功能資料，其它六條氨基酸序列均利用GENSCAN軟件對其基因組序列進(jìn)行分析，所得到的預(yù)測結(jié)果沒有更多功能資料可供借鑒。

已有研究結(jié)果表明，紅粉甲蟲（Tribolium castaneum）的ASCa氨基酸序列是由基因l'sc（lethal of scute）編碼的，是原神經(jīng)基因[16]；蛋白質(zhì)序列BAA33212（Drosophilasimulans）與 BAA33210（Drosophilayakuba）也都是基因l'sc的產(chǎn)物[17]。由此推測得到的家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子BmASCa4序列由家蠶l'sc基因編碼。l'sc基因的功能在黑腹果蠅中有過研究，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此基因表達(dá)于體細(xì)胞中胚層細(xì)胞團(tuán)，進(jìn)而通過l'sc基因表達(dá)成為肌肉細(xì)胞的祖先，其功能在于促進(jìn)神經(jīng)前體形成[18]。基于家蠶與黑腹果蠅是迄今為止發(fā)現(xiàn)的具有4個(gè)ASCa家族成員的兩種昆蟲，推測家蠶中l(wèi)'sc基因的功能與黑腹果蠅接近，也即具有促進(jìn)神經(jīng)前體形成的功能。

3 討論

3.1 家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子BmASCa4基因結(jié)構(gòu)分析

實(shí)驗(yàn)方法對家蠶bHLH基因克隆方面的研究很少，到目前為止，僅有Trh[19]和Bmal[20]的基因結(jié)構(gòu)得到了詮釋。文章利用生物信息學(xué)的方法基本搞清楚了家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子BmASCa4基因的結(jié)構(gòu)，為深入研究這些基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)譜等提供了有益借鑒。

3.2 家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子BmASCa4的功能分析

關(guān)于家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子功能的研究進(jìn)行的還不多，到目前為止，只在Trh和Bmal有過一定的涉及。Bmal是調(diào)節(jié)控制晝夜節(jié)律的轉(zhuǎn)錄因子，而Trh是調(diào)控氣管發(fā)育的轉(zhuǎn)錄因子。由于在家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子功能所開展的實(shí)驗(yàn)研究還很少，本研究用家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子BmASCa4與其它物種bHLH轉(zhuǎn)錄因子的相應(yīng)氨基酸序列進(jìn)行了比較分析，由此對家蠶bHLH轉(zhuǎn)錄因子BmASCa4功能進(jìn)行預(yù)測。通過本研究，對今后基因研究提供了方法與借鑒。對此類基因結(jié)構(gòu)與功能開展研究，有助于了解長期人工馴化對家蠶遺傳特性的影響。

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Bioinformatics Analysis and Functional Anticipation of bHLH Transcription Factor BmASCa4Gene in Bombyxmori

WANG Qi1，CHANG Hong2，WANG Rong3

（1.Department of Life Science and Technology Changzhi University，Changzhi Shanxi 046011；2.College of Forest Resources and Environment Nanjing Forestry University，Nanjing Jiangsu 210037；3.ChangzhiMunicipal Health School，Changzhi Shanxi 046000）

Silkworm（Bombyxmori）is amode organism of Insecta，Lepidoptera.In October，2003，Silkworm genome sequencing project was finished，but there have been seldom reports on bioinformatics analysis and functional anticipation of bHLH transcription factor BmASCa4gene in Bombyx mori.This article employed bioinformatic methods to study gene structure and function of bHLH transcription factor BmASCa4in Bombyx mori.These results are indicated，that gene structural information of bHLH transcription factor BmASCa4is from only one EST sequence，which has no intron in coding district and that l'sc gene encoded BmASCa4and formation of neural precursorswas promoted by BmASCa4.

Bombyxmori；bHLH；BmASCa4；Bioinformatics

Q785

A

1673-2014（2011）05-0021-05

2011—05—08

長治學(xué)院校級課題基金資助項(xiàng)目（2010111）。

王 琦（1980— ），男，山西長治人，碩士，講師，主要從事生物化學(xué)、分子生物學(xué)、生物信息學(xué)研究。

（責(zé)任編輯 王璟琳）