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绵羊GDF9基因生物信息学分析

2014-01-16张小雪潘香羽李发弟王维民

甘肃农业科技 2014年8期
关键词:信息学绵羊卵泡

张小雪,潘香羽,李发弟,2,王维民,2

(1.甘肃农业大学动物科学技术学院,甘肃 兰州 730000;2.甘肃省肉羊繁育生物技术工程实验室,甘肃 民勤 733300)

绵羊GDF9基因生物信息学分析

张小雪1,潘香羽1,李发弟1,2,王维民1,2

(1.甘肃农业大学动物科学技术学院,甘肃 兰州 730000;2.甘肃省肉羊繁育生物技术工程实验室,甘肃 民勤 733300)

利用生物基因组学数据库,对生长分化因子9(Growth Differentiation Factor 9,GDF 9)基因进行生物信息学分析。结果表明,绵羊GDF 9基因含有1个1 362 bp的开放阅读框,编码452个氨基酸;GDF 9蛋白分子质量为51 773.63 D;GDF 9基因主要位于细胞膜及膜外,参与机体的信号转导调控。

绵羊;生长分化因子9;生物信息学分析

生长分化因子9(growth differentiation factor 9,GDF 9)属转化生长因子β(TGFβ)超家族成员,对早期卵泡的生长和分化起到重要调节作用。绵羊GDF 9基因定位于5号染色体上,全长2.5 kb,其中包括2个外显子和1个内含子[1~2]。GDF9是由卵母细胞分泌的一种生长因子,对卵泡的生长分化起重要调节作用,其mRNA在绵羊卵泡发育的各个阶段都有表达;卵泡进入生长阶段后,GDF9能维持卵泡的正常生长和卵母细胞的发育;在后期可以促进黄体的形成[3]。GDF 9基因缺陷型母羊卵母细胞可发育到正常大小,但卵巢表面呈“斑纹”状,上皮颗粒脱落,有丝分裂不能完成,并且卵泡周围的颗粒细胞表现异常状态[1]。我们以生物基因组数据库调取的绵羊GDF 9的序列为基础,利用生物信息学方法对GDF9基因及其编码产物的理化性质、序列特征、蛋白质结构以及生物学功能进行预测和分析,以期为深入研究GDF 9基因及其编码蛋白的基本结构和生物学功能提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 序列来源

数据资料来源于NCBI网站GenBank数据库,包括绵羊(NM_001142888.2)、牛(NM_174681.2)、人(NM_001288824.2)、家鼠(NM_008110.2)、挪威鼠(NM_021672.1)、猪(NM_001001909.1)、犬(NM_001168013.1)、鸡(NM_206988.2)、山羊(NM_001285708.1)、斑马鱼(NM_001012383.1)。

1.2 方法

绵羊GDF 9基因开放阅读框(Open reading frame,ORF)采用DNAMAN软件进行分析,参照Kozak法则[4]。GDF 9编码产物的理化性质采用Bioedit及DNAStar分析软件预测。亚细胞定位采用PSORTⅡ预测[5]。功能域及功能分类采用ProtFun预测[6~7]。跨膜区域的预测采用TMHMM程序。二级结构采用SSpro分析预测。多序列比对及同源性分析采用DNAMAN软件分析[8]。

2 结果与分析

2.1 绵羊GDF 9基因开放阅读框分析

图1分析结果表明,绵羊GDF9基因序列中有1条长1 362 bp的ORF,起始密码子位于1 bp处,终止密码子位于1 362 bp处,推测编码452个氨基酸残基。

图1 绵羊GDF9基因序列的ORF分析

2.2 绵羊GDF 9编码产物的理化性质分析

蛋白质的基本性质包括其相对分子质量、氨基酸组成和等电点等。用Bioedit及DNAStar分析软件对绵羊GDF 9基因编码产物的理化性质进行预测,得出GDF 9基因编码的452个氨基酸,其中组成最多的是Leu(亮氨酸),所占比例为11.04%。其理论分子量约为51 773.63 D(图2)。

图2 绵羊GDF9基因编码产物氨基酸组成

2.3 绵羊GDF 9编码产物序列同源性分析

从图3可以看出,GDF 9在很多物种中都有表达,且绵羊与山羊的GDF 9氨基酸序列同源性较高,说明绵羊与山羊在进化过程具有较近的亲缘关系。GDF 9基因编码产物系统发育树(图4)证明,绵羊和山羊在系统发育树中的距离最近,同源性达99%。

图4 8个物种的GDF9基因编码产物的系统发育树

2.4 绵羊GDF 9编码产物亚细胞定位分析

从表1可知,通过工具PSORTⅡ预测GDF9编码产物的亚细胞定位,其分布在细胞膜外(包括细胞膜)的可能性为55.6%,分布在线粒体的可能性为22.2%,分布在空泡和细胞核的可能性均为11.1%。由此可以推断,绵羊GDF 9编码产物主要在细胞膜及膜外中发挥生物学作用。

表1 GDF 9编码产物的亚细胞定位预测结果

2.5 绵羊GDF 9编码产物结构功能预测与分析

由Protfun分析软件对GDF 9编码产物功能预测分析的结果(表2)可知,该蛋白具有信号传导功能的可能性最高,几率为0.257, 由此推断GDF 9可能参与机体的信号传导调控。

表2 GDF9编码产物结构功能分析

2.6 绵羊GDF 9编码产物跨膜区域的预测与分析

图5 TMHMM程序分析GDF 9编码产物的跨膜区域结

由图5可知,GDF 9编码产物跨膜区域的数量为1个,跨膜结构域的位置位于序列的6~26位,其侧翼序列为序列1~5位位于胞内,27~425位位于胞外。据此推断,绵羊GDF9极可能是一个跨膜蛋白,分为跨膜域、胞外域和胞内域3部分。

图3 10个物种的GDF9基因编码产物序列的同源性分析

3 结论

绵羊GDF 9基因ORF长度为1 362 bp,编码452个氨基酸残基,Leu(亮氨酸)所占比例最高,为11.04%,其理论分子量约为51 773.63 D。GDF 9在很多物种中都有表达,其中绵羊与山羊GDF 9编码的氨基酸序列同源性较高,在系统发育树中的距离最近。绵羊GDF 9基因主要位于在细胞膜及膜外,参与机体信号转导的调控。

[1]李碧侠,储明星,王金玉.生长分化因子9基因的研究进展[J].中国畜牧兽医,2002,29(6):33-36.

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[8]王维民,李发弟,潘香羽.绵羊LHβ基因生物信息学分析[J].甘肃农业科技,2013(10):14-16.

(本文责编:王建连)

Biological Information Analysis on Sheep's GDF9 Gene

ZHANG Xiao-xue1,PAN Xiang-yu1,LI Fa-di1,2,WANG Wei-min1,2
(1.College of Animal Science Technology,Gansu Agriculture University,Lanzhou Gansu 730070,China;2.Gansu Province Mutton Sheep Breeding Biotechnology Engineering Laboratory,Minqin Gansu 733300,China)

The physicochemical characteristics,structures and functions of ovine GDF 9 were predicted and analyzed using software tools and database of biological genomics.Meanwhile,the phylogenetic tree of GDF 9 and related proteins was constructed.The results showed that the ORF of GDF 9 was 1 362 bp which encoded 452 amino acids.The sheep protein of LHβ was 51 773.63 D in molecular weight.The GDF9 played an important role in signal transducer in membrane.

Sheep;Growth Differentiation Factor 9 Gene;Bioinformatics analysis

S826;Q75

A

1001-1463(2014)08-0018-04

10.3969/j.issn.1001-1463.2014.08.008

2014-06-09

甘肃省重大科技专项“高繁殖力优质肉羊新品种培育及产业化开发”(1102NKDH023)部分内容

张小雪(1984—),女,湖北武汉人,助教,主要从事动物遗传育种与繁殖工作。联系电话:(0931)7631225。E-mail:zhangxx@gsau.edu.cn

李发弟(1963—),男,甘肃民勤人,教授,博士生导师,主要从事绵羊遗传育种与繁殖工作。联系电话:(0931)7631225。E-mail:lifd@gsau.edu.cn

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