驢生長(zhǎng)激素基因序列初步分析

摘要：通過(guò)對(duì)驢（Equus asinus）GH基因序列進(jìn)行生物信息學(xué)分析，結(jié)果表明，驢GH基因共包含5個(gè)外顯子和4個(gè)內(nèi)含子。5個(gè)外顯子連接形成651 nt的CDS區(qū)序列，整個(gè)CDS區(qū)翻譯出216個(gè)氨基酸構(gòu)成的多肽。驢GH基因編碼的216個(gè)氨基酸中，大多數(shù)氨基酸為親水性氨基酸。原始肽鏈的前20多個(gè)氨基酸序列出現(xiàn)一個(gè)典型的疏水峰，為該原始肽鏈的信號(hào)肽片段。驢的GH基因中的氨基酸以亮氨酸所占的比例最高（13.89%，共出現(xiàn)30次），其次為丙氨酸（10.19%，共出現(xiàn)22次），最低的為色氨酸（0.93%，共出現(xiàn)2次）。驢生長(zhǎng)激素的編碼存在明顯的密碼子使用偏好。

關(guān)鍵詞：驢（Equus asinus）；生長(zhǎng)激素；生物信息分析；密碼子使用偏好

中圖分類(lèi)號(hào)：Q81 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）07-1751-04

驢（Equus asinus）屬奇蹄目馬科馬屬，廣泛分布于世界各地，亞洲數(shù)量最多，其次為非洲。中國(guó)驢的現(xiàn)存數(shù)量居世界首位，多集中在中溫帶和暖溫帶氣候的西北、華北、西南以及東北的部分地區(qū)[1]。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的推進(jìn)和交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，驢作為家畜的地位日益降低，而逐漸向肉用和藥用方向過(guò)渡。

哺乳動(dòng)物生長(zhǎng)激素（Growth hormone，GH）是由腦垂體前葉部分細(xì)胞分泌的一種單一肽鏈的蛋白質(zhì)激素。GH具有廣泛的生理作用，主要是通過(guò)刺激肝和其他組織分泌IGF-1來(lái)刺激肌原細(xì)胞的分化和增殖，并刺激肌肉和其他組織氨基酸的攝入和蛋白質(zhì)的合成。GH可影響動(dòng)物機(jī)體蛋白質(zhì)、脂肪和糖類(lèi)的代謝，對(duì)機(jī)體各器官和組織具有影響，與機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)[2]；GH也參與機(jī)體的性別分化、性腺類(lèi)固醇類(lèi)激素的發(fā)生、生殖細(xì)胞發(fā)生、排卵、妊娠反應(yīng)和泌乳等過(guò)程，對(duì)哺乳動(dòng)物的繁殖也有很重要的影響[3]。因此，GH作為一個(gè)在提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度、生長(zhǎng)性能等方面研究的熱點(diǎn)遺傳標(biāo)記已廣泛用于家畜和家禽生長(zhǎng)發(fā)育的機(jī)理分析和生產(chǎn)性狀的改良，如提高家畜和家禽體重、產(chǎn)毛量、產(chǎn)乳量、飼料轉(zhuǎn)化率和瘦肉率等。

在驢GH基因研究方面，朱文進(jìn)等[4，5]最早對(duì)驢GH基因進(jìn)行測(cè)序，克隆了驢GH基因的DNA和cDNA的全序列，并分析了該序列和對(duì)應(yīng)的氨基酸序列的特征及其在不同物種中的遺傳差異。朱文進(jìn)等[6]克隆并分析了德州驢GH基因的DNA序列，認(rèn)為GH基因在進(jìn)化上非常保守。關(guān)學(xué)敏等[7]分析了我國(guó)7個(gè)家驢品種共174個(gè)體GH基因第二內(nèi)含子的遺傳多樣性，首次證實(shí)驢GH基因內(nèi)含子2存在多態(tài)性。

本研究通過(guò)對(duì)驢的GH基因序列進(jìn)行生物信息學(xué)方面的分析，為進(jìn)一步對(duì)GH基因的表達(dá)調(diào)控、基因多態(tài)性及其與生長(zhǎng)速度、生產(chǎn)性能的相關(guān)性及分子進(jìn)化等方面的研究提供必要的基礎(chǔ)，以期為合理利用家驢的遺傳資源，為培育優(yōu)質(zhì)、高效的肉用驢品種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

試驗(yàn)所使用的驢GH基因序列來(lái)自參考文獻(xiàn)[5]。

1.2 分析方法

采用DNAMAN 7.0軟件分析驢GH基因的密碼子使用情況以及各氨基酸位點(diǎn)的疏水性。

2 結(jié)果與分析

2.1 驢GH基因基本構(gòu)成

驢GH基因的外顯子和內(nèi)含子的大小構(gòu)成情況見(jiàn)圖1。從圖1中可知，家驢GH基因共包含5個(gè)外顯子和4個(gè)內(nèi)含子。第一個(gè)外顯子非常小，只有10 bp，這是不包括5′UTR在內(nèi)的大小，是一個(gè)不完整的外顯子。第五個(gè)外顯子序列最長(zhǎng)，為201 bp，但也只是到終止密碼子出現(xiàn)就結(jié)束了，不包括3′UTR，也是一個(gè)不完整的外顯子。5個(gè)外顯子在初始mRNA經(jīng)內(nèi)含子剪切成熟過(guò)程中會(huì)連接在一起，形成651 nt的CDS區(qū)序列。整個(gè)CDS區(qū)翻譯出216個(gè)氨基酸構(gòu)成的多肽。

2.2 驢GH肽鏈各氨基酸位點(diǎn)疏水性

對(duì)驢GH基因編碼的216個(gè)氨基酸進(jìn)行了疏水性統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)圖2。從圖2中可知，多數(shù)位點(diǎn)的疏水性都在0以下，說(shuō)明大多數(shù)氨基酸為親水性氨基酸。原始肽鏈的第4位到第24位氨基酸序列出現(xiàn)一個(gè)典型的疏水峰，很可能是構(gòu)成該原始肽鏈的信號(hào)肽片段。

2.3 驢GH基因的密碼子使用情況分析

通過(guò)對(duì)驢GH基因密碼子使用情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)驢GH基因CDS區(qū)共翻譯出216個(gè)氨基酸構(gòu)成多肽，其中共217個(gè)密碼子，包含1個(gè)終止密碼子UAG（圖3）。驢的GH基因中的氨基酸以亮氨酸所占的比例最高（13.89%，共出現(xiàn)30次），其次為丙氨酸（10.19%，共出現(xiàn)22次），最低的為色氨酸（0.93%，共出現(xiàn)2次）。

從圖3可以看出，除了UAA、UGA兩個(gè)終止密碼子未被使用外，亮氨酸的兩個(gè)密碼子（UUA和CUU）、異亮氨酸的兩個(gè)密碼子（AUU和AUA）、纈氨酸的兩個(gè)密碼子（GUU和GUA）、精氨酸的2個(gè)密碼子（CGU和CGA）、絲氨酸的1個(gè)密碼子（UCA）、脯氨酸的1個(gè)密碼子（CCA）、蘇氨酸的1個(gè)密碼子（ACU）、丙氨酸的1個(gè)密碼子（GCG）、組氨酸的1個(gè)密碼子（CAU）、天冬酰胺的1個(gè)密碼子（AAU）、甘氨酸的1個(gè)密碼子（GGU）也未被使用。而這幾種氨基酸都由其他密碼子進(jìn)行編碼的，說(shuō)明驢生長(zhǎng)激素的編碼存在明顯的密碼子使用偏好。除這幾種明顯的密碼子使用偏好外，其余氨基酸的編碼也存在著較明顯的偏好。

從表1中可看出，密碼子3個(gè)位置各個(gè)核苷酸所占的比例差異較大，密碼子第一位以C和G所占比例最大（30%），U為最?。?8%）；密碼子第二位以U和A所占比例最大（29%），G為最?。?8%）；密碼子第三位以C所占比例最大（46%），A為最?。?%）。

3 討論

GH是一種具有廣泛生理功能的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)素，能影響動(dòng)物機(jī)體幾乎所有類(lèi)型的組織和細(xì)胞。其主要功能是刺激骨、軟骨細(xì)胞及免疫細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化，通過(guò)調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在肌肉和脂肪組織中的分配，促進(jìn)蛋白質(zhì)合成、脂肪分解等代謝并調(diào)節(jié)動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖性狀[2，3，8-11]。朱文進(jìn)等[4-6]對(duì)于驢GH基因進(jìn)行了相關(guān)研究，本研究通過(guò)生物信息學(xué)技術(shù)分析驢GH基因的相關(guān)信息。核酸序列分析是生命科學(xué)研究中的重要部分。利用生物信息學(xué)對(duì)核酸序列的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行研究，可以充分利用現(xiàn)有的核酸及蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的龐大資源，并能夠有效減少進(jìn)一步試驗(yàn)的盲目性。

本研究結(jié)果表明，驢最小GH基因第一、第五外顯子都不是完整的外顯子，有待進(jìn)一步測(cè)序鑒定。5個(gè)外顯子連接在一起形成651 nt的CDS區(qū)序列。整個(gè)CDS區(qū)可翻譯出216個(gè)氨基酸構(gòu)成的多肽。驢GH基因編碼的216個(gè)氨基酸多數(shù)位點(diǎn)的疏水性都在0以下，說(shuō)明大多數(shù)氨基酸為親水性氨基酸，其構(gòu)成的氨基酸鏈很可能是一種親水肽。原始肽鏈的第4位到第24位氨基酸序列出現(xiàn)一個(gè)典型的疏水峰，很可能是構(gòu)成該原始肽鏈的信號(hào)肽片段。對(duì)GH多肽鏈進(jìn)行跨膜區(qū)預(yù)測(cè)和信號(hào)肽預(yù)測(cè)時(shí)，可以看到該處存在明顯的跨膜和信號(hào)肽信息，明確了該處為信號(hào)肽序列。

本研究中驢GH基因密碼子，除UAA、UGA兩個(gè)終止密碼子外，還有UUA、CUU、AUU、AUA、GUU、GUA、CGU、CGA、UCA、CCA、ACU、GCG、CAU、AAU和GGU等密碼子未被使用。這些密碼子所編碼的氨基酸都由其他簡(jiǎn)并密碼子進(jìn)行編碼，這一現(xiàn)象說(shuō)明驢生長(zhǎng)激素基因的編碼存在明顯的密碼子使用偏好。當(dāng)然，除這幾種明顯的密碼子使用偏好外，其余氨基酸的編碼也存在著較明顯的偏好。密碼子3個(gè)位置各核苷酸所占的比例差異較大，密碼子第一位以C和G所占比例最大（30%），U為最?。?8%）；密碼子第二位以U和A所占比例最大（29%），G為最?。?8%）；密碼子第三位以C所占比例最大（46%），A為最小（6%）。這一密碼子各位置堿基的分布比例，也可以反映出密碼子出現(xiàn)偏好的原因，因?yàn)槿绻淮嬖诿黠@的偏好，各位置堿基比例應(yīng)該接近25%，也就是說(shuō)AUCG 4個(gè)堿基在密碼子第一、二、三位都應(yīng)該平均分布。

4 小結(jié)

本研究分析發(fā)現(xiàn)，驢GH基因共包含5個(gè)外顯子和4個(gè)內(nèi)含子。5個(gè)外顯子連接形成651 nt的CDS區(qū)序列，整個(gè)CDS區(qū)翻譯出216個(gè)氨基酸構(gòu)成的多肽。驢GH基因編碼的216個(gè)氨基酸中，大多數(shù)氨基酸為親水性氨基酸。原始肽鏈的第4位到第24位氨基酸序列出現(xiàn)一個(gè)典型的疏水峰，經(jīng)分析認(rèn)為是該原始肽鏈的信號(hào)肽片段。驢GH基因中的氨基酸以亮氨酸所占的比例最高（13.89%，共出現(xiàn)30次），其次為丙氨酸（10.19%，共出現(xiàn)22次），最低的為色氨酸（0.93%，共出現(xiàn)2次）。驢生長(zhǎng)激素的編碼存在明顯的密碼子使用偏好。

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