關(guān)于生物基因序列中重復(fù)序列的探討

摘要 生物基因序列中，重復(fù)序列作用重大，現(xiàn)階段，生物學(xué)領(lǐng)域研究的熱點問題之一即為重復(fù)序列，研究目的在于將生物進(jìn)化機制等相關(guān)信息反映出來。在本文中，首先介紹了的生物基因序列及重復(fù)序列，接著研究了tRNA序列及HIV全序列中的重復(fù)序列。

關(guān)鍵詞 生物基因序列；重復(fù)序列；tRNA；HIV

中圖分類號 Q1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2016）14-0006-02

蛋白質(zhì)合成過程中，tRNA的作用非常重要，引起了大量研究者的注意，再加上AIDS對社會及人類健康的嚴(yán)重威脅，研究者們開始研究生物基因序列中的重復(fù)序列，旨在通過研究，了解生物進(jìn)化機制，并掌握相應(yīng)的功能與特征。

1生物基因序列及重復(fù)序列概述

1.1生物基因序列

tRNA的全稱為Transfer-RNA，為小分子核糖核酸。核苷酸為構(gòu)成tRNA的物質(zhì)，通常，在一個tRNA中，核苷酸的數(shù)量為70到90幾個，分子量25000～30000左右，主要功能為向核糖體轉(zhuǎn)運氨基酸，同時，發(fā)揮轉(zhuǎn)接器作用，解讀mRNA信息，因此，將其稱之為轉(zhuǎn)運RNA。tRNA在蛋白質(zhì)合成中首次被發(fā)現(xiàn)的時間為1958年，隨后，越來越多的學(xué)者開始研究tRNA序列結(jié)構(gòu)?？v觀學(xué)者研究結(jié)果可知，tRNA序列結(jié)構(gòu)包含三級，線性排列結(jié)構(gòu)為一級結(jié)構(gòu)，具備一定恒定性，而且修飾性堿基的數(shù)量比較多；三葉草結(jié)構(gòu)為二級結(jié)構(gòu)，其中，手臂共四條，分別為受臂體、D臂、反密碼子臂、TIVC臂，多余臂一條；與倒立的L結(jié)構(gòu)相類似的為三級結(jié)構(gòu)。tRNA序列結(jié)構(gòu)具備恒定性，因此，基本不會改變堿基的位置，而堿基數(shù)量發(fā)生改變時，多發(fā)生在D臂和多余臂中。近年來，人類健康受到艾滋?。ˋIDS）的嚴(yán)重威脅，世界各國都廣泛的關(guān)注該疾病的防治工作。引起AIDS的主要原因即為人感染人類免疫缺陷病毒（HIV），感染后，免疫系統(tǒng)受到影響，功能紊亂，影響人的身體健康，甚至導(dǎo)致其死亡。HIV包含HIV-1和HIV-2兩種，其中，HIV-I為當(dāng)前世界中主要流行的。在變異性與毒性方面，HIV-1要強于HIV-2。在世界范圍內(nèi)，AIDS的死亡率都比較高，至今為止，AIDS疫苗尚未被研制出。

1.2重復(fù)序列

生物基因組中，序列片段重復(fù)出現(xiàn)即稱之為重復(fù)序列。研究顯示，在生物基因組序列中，重復(fù)序列的存在非常廣泛，尤其是真核生物，80%以上為重復(fù)序列，甚至部分生物超過90%，不過重復(fù)序列通常無表達(dá)，預(yù)測基因時，多會屏蔽掉重復(fù)序列，因此，有學(xué)者將其稱之為“垃圾基因”。后來，有學(xué)者研究證實，在基因組中，重復(fù)序列所占據(jù)的比重非常大，而且其在生物體中的作用非常重要，由此促使越來越多的學(xué)者開始關(guān)注作者簡介：楊漢銘，河南師范大學(xué)附屬中學(xué)。重復(fù)序列。依照出現(xiàn)頻率，重復(fù)序列包含高度、中度及單一三類，高度重復(fù)序列是指多次進(jìn)行重復(fù)。通常，重復(fù)次數(shù)超過百萬次，中度重復(fù)序列重讀的次數(shù)少于高于重復(fù)序列，次數(shù)多為數(shù)十次至數(shù)萬次之間，而單一序列是指序列片段在基因組中出現(xiàn)1次或幾次，也被稱之為非重復(fù)序列。

2生物基因序列中重復(fù)序列研究

2.1tRNA序列中重復(fù)序列

基因組中，廣泛的存在重復(fù)序列，基于其在基因組中的重要作用，本節(jié)中，以3420條tRNA序列作為一個整體，統(tǒng)計其中的重復(fù)序列。研究時，所使用的tRNA序列均來源于相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，經(jīng)過處理后剩余3420條。在進(jìn)行重復(fù)序列統(tǒng)計工作過程中，首先選擇一個序列，該序列固定長度為K個堿基，接著以tRNA序列為基礎(chǔ)，統(tǒng)計每條序列中的K串序列、缺失序列（需真實出現(xiàn)）。K串序列中，重疊會存在，而且一種編碼信息可能由3個堿基代表，因此，以3個堿基作為K串序列統(tǒng)計時的步長。

由統(tǒng)計結(jié)果可知，序列長度K不斷增加過程中，重復(fù)序列的出現(xiàn)次數(shù)由大逐漸變小，這與tRNA序列中減少K總數(shù)相關(guān)。重復(fù)序列長度K為2時，出現(xiàn)次數(shù)最多的重復(fù)序列為TT；為3時，出現(xiàn)次數(shù)最多的重復(fù)序列為GTT；為4時，出現(xiàn)次數(shù)最多的重復(fù)系列為GTTC，對這些重復(fù)序列進(jìn)行仔細(xì)的觀察可以發(fā)現(xiàn)，隨著序列長度的增加，出現(xiàn)次數(shù)最多的序列只是在原來的基礎(chǔ)上增加b個堿基（1

2.2HIV全序列中重復(fù)序列

在統(tǒng)計HIV全序列中的重復(fù)序列數(shù)量時，下載的HIV全序列均來源于NCBI。下載完成后，進(jìn)行相應(yīng)的處理，將其中完全相同序列去除，之后再進(jìn)行統(tǒng)計工作。由于重疊部分可能存在于K串序列中，而且為了保證生物信息的全面性，以1個堿基作為K串序列統(tǒng)計時的步長，每次統(tǒng)計間隔1個堿基進(jìn)行。對于HIV全序列的重復(fù)序列來說，滿足power-law分布，由此可知，多次重復(fù)出現(xiàn)的重復(fù)序列在HIV全序列中比較少，多數(shù)重復(fù)序列的出現(xiàn)次數(shù)并不多。通過回文序列總數(shù)與頻數(shù)的重復(fù)序列關(guān)系圖可知，當(dāng)重復(fù)序列的長度分別為6、10、16、20時，總數(shù)與頻數(shù)的分布均滿足power-law分布。由不同長度含量最多的重復(fù)序列統(tǒng)計結(jié)果可知，序列長度為2～30時，重復(fù)序列出現(xiàn)的次數(shù)最多，考慮在HIV進(jìn)化與變異過程中，這些重復(fù)序列有重要作用。此外，在HIV全序列中，Gc堿基總含量明顯低于AT堿基，而且在K值相同情況下，100%AT含量的重復(fù)序列會多于100%GC含量，這說明，在HIV進(jìn)化期間，對AT堿基的偏好更大，或承受更大的AT堿基壓力。

3結(jié)論

對于tRNA序列與HIV序列中重復(fù)序列的研究，從內(nèi)容上看，歸屬于生物信息學(xué)研究，通過該項研究的開展，有利于人們更好地了解在生物進(jìn)化、發(fā)展中重復(fù)序列的作用，但由于生物信息學(xué)的研究時間尚比較短，加之生物數(shù)據(jù)不斷增多，還需要進(jìn)一步加大重復(fù)序列的研究力度，從而更為全面地了解其產(chǎn)生機制及功能，發(fā)揮重復(fù)序列的作用。