綿羊GDF9基因生物信息學分析

張小雪，潘香羽，李發弟，2，王維民，2

（1.甘肅農業大學動物科學技術學院，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省肉羊繁育生物技術工程實驗室，甘肅 民勤 733300）

綿羊GDF9基因生物信息學分析

張小雪1，潘香羽1，李發弟1，2，王維民1，2

（1.甘肅農業大學動物科學技術學院，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省肉羊繁育生物技術工程實驗室，甘肅 民勤 733300）

利用生物基因組學數據庫，對生長分化因子9（Growth Differentiation Factor 9，GDF 9）基因進行生物信息學分析。結果表明，綿羊GDF 9基因含有1個1 362 bp的開放閱讀框，編碼452個氨基酸；GDF 9蛋白分子質量為51 773.63 D；GDF 9基因主要位于細胞膜及膜外，參與機體的信號轉導調控。

綿羊；生長分化因子9；生物信息學分析

生長分化因子9（growth differentiation factor 9，GDF 9）屬轉化生長因子β（TGFβ）超家族成員，對早期卵泡的生長和分化起到重要調節作用。綿羊GDF 9基因定位于5號染色體上，全長2.5 kb，其中包括2個外顯子和1個內含子［1～2］。GDF9是由卵母細胞分泌的一種生長因子，對卵泡的生長分化起重要調節作用，其mRNA在綿羊卵泡發育的各個階段都有表達；卵泡進入生長階段后，GDF9能維持卵泡的正常生長和卵母細胞的發育；在后期可以促進黃體的形成［3］。GDF 9基因缺陷型母羊卵母細胞可發育到正常大小，但卵巢表面呈“斑紋”狀，上皮顆粒脫落，有絲分裂不能完成，并且卵泡周圍的顆粒細胞表現異常狀態［1］。我們以生物基因組數據庫調取的綿羊GDF 9的序列為基礎，利用生物信息學方法對GDF9基因及其編碼產物的理化性質、序列特征、蛋白質結構以及生物學功能進行預測和分析，以期為深入研究GDF 9基因及其編碼蛋白的基本結構和生物學功能提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 序列來源

數據資料來源于NCBI網站GenBank數據庫，包括綿羊（NM_001142888.2）、牛（NM_174681.2）、人（NM_001288824.2）、家鼠（NM_008110.2）、挪威鼠（NM_021672.1）、豬（NM_001001909.1）、犬（NM_001168013.1）、雞（NM_206988.2）、山羊（NM_001285708.1）、斑馬魚（NM_001012383.1）。

1.2 方法

綿羊GDF 9基因開放閱讀框（Open reading frame，ORF）采用DNAMAN軟件進行分析，參照Kozak法則［4］。GDF 9編碼產物的理化性質采用Bioedit及DNAStar分析軟件預測。亞細胞定位采用PSORTⅡ預測［5］。功能域及功能分類采用ProtFun預測［6～7］。跨膜區域的預測采用TMHMM程序。二級結構采用SSpro分析預測。多序列比對及同源性分析采用DNAMAN軟件分析［8］。

2 結果與分析

2.1 綿羊GDF 9基因開放閱讀框分析

圖1分析結果表明，綿羊GDF9基因序列中有1條長1 362 bp的ORF，起始密碼子位于1 bp處，終止密碼子位于1 362 bp處，推測編碼452個氨基酸殘基。

圖1 綿羊GDF9基因序列的ORF分析

2.2 綿羊GDF 9編碼產物的理化性質分析

蛋白質的基本性質包括其相對分子質量、氨基酸組成和等電點等。用Bioedit及DNAStar分析軟件對綿羊GDF 9基因編碼產物的理化性質進行預測，得出GDF 9基因編碼的452個氨基酸，其中組成最多的是Leu（亮氨酸），所占比例為11.04%。其理論分子量約為51 773.63 D（圖2）。

圖2 綿羊GDF9基因編碼產物氨基酸組成

2.3 綿羊GDF 9編碼產物序列同源性分析

從圖3可以看出，GDF 9在很多物種中都有表達，且綿羊與山羊的GDF 9氨基酸序列同源性較高，說明綿羊與山羊在進化過程具有較近的親緣關系。GDF 9基因編碼產物系統發育樹（圖4）證明，綿羊和山羊在系統發育樹中的距離最近，同源性達99%。

圖4 8個物種的GDF9基因編碼產物的系統發育樹

2.4 綿羊GDF 9編碼產物亞細胞定位分析

從表1可知，通過工具PSORTⅡ預測GDF9編碼產物的亞細胞定位，其分布在細胞膜外（包括細胞膜）的可能性為55.6%，分布在線粒體的可能性為22.2%，分布在空泡和細胞核的可能性均為11.1%。由此可以推斷，綿羊GDF 9編碼產物主要在細胞膜及膜外中發揮生物學作用。

表1 GDF 9編碼產物的亞細胞定位預測結果

2.5 綿羊GDF 9編碼產物結構功能預測與分析

由Protfun分析軟件對GDF 9編碼產物功能預測分析的結果（表2）可知，該蛋白具有信號傳導功能的可能性最高，幾率為0.257， 由此推斷GDF 9可能參與機體的信號傳導調控。

表2 GDF9編碼產物結構功能分析

2.6 綿羊GDF 9編碼產物跨膜區域的預測與分析

圖5 TMHMM程序分析GDF 9編碼產物的跨膜區域結

由圖5可知，GDF 9編碼產物跨膜區域的數量為1個，跨膜結構域的位置位于序列的6～26位，其側翼序列為序列1～5位位于胞內，27～425位位于胞外。據此推斷，綿羊GDF9極可能是一個跨膜蛋白，分為跨膜域、胞外域和胞內域3部分。

圖3 10個物種的GDF9基因編碼產物序列的同源性分析

3 結論

綿羊GDF 9基因ORF長度為1 362 bp，編碼452個氨基酸殘基，Leu（亮氨酸）所占比例最高，為11.04%，其理論分子量約為51 773.63 D。GDF 9在很多物種中都有表達，其中綿羊與山羊GDF 9編碼的氨基酸序列同源性較高，在系統發育樹中的距離最近。綿羊GDF 9基因主要位于在細胞膜及膜外，參與機體信號轉導的調控。

［1］李碧俠，儲明星，王金玉.生長分化因子9基因的研究進展［J］.中國畜牧獸醫，2002，29（6）：33-36.

［2］JUENGEL J L，BODENSTEINER K J，HEATH D A，et al.Physiology of GDF 9 and BMP 15 signalling molecules［J］.Animal Reprod Sci.，2004（82-83）：447-460.

［3］JUENGEL J L，HUDSON N L，HEATH D A，et al. Growth differentiation factor 9 and bone morphogenetic protein 15 are essential for ovarian follicular development in sheep［J］.Biol.Reprod，2002（67）：1777-1789.

［4］羅軼.雞FATP1基因cDNA的克隆、組織表達及其生物信息學分析［D］.雅安：四川農業大學動物科技學院，2008.

［5］NAKAI K，HORTON P.PSORT：a program for detecting sorting signals in proteins and predicting their subcellular localization［J］.Trends Biochem Sci，1999（24）：34-36.

［6］JENSEN L J，GUPTA R，BLOM N，et al.Prediction of human protein function from post-translational modifications and localization features［J］.Journal of Molecular Biology，2002（319）：1257-1265.

［7］JENSEN L J，STRFELDT H H，BORUNAK S.Prediction of human protein function according to gene ontology categories［J］.Bioinformatics，2003，19（5）：635-642.

［8］王維民，李發弟，潘香羽.綿羊LHβ基因生物信息學分析［J］.甘肅農業科技，2013（10）：14-16.

（本文責編：王建連）

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

甘肅省重大科技專項“高繁殖力優質肉羊新品種培育及產業化開發”（1102NKDH023）部分內容

張小雪（1984—），女，湖北武漢人，助教，主要從事動物遺傳育種與繁殖工作。聯系電話：（0931）7631225。E-mail：zhangxx@gsau.edu.cn

李發弟（1963—），男，甘肅民勤人，教授，博士生導師，主要從事綿羊遺傳育種與繁殖工作。聯系電話：（0931）7631225。E-mail：lifd@gsau.edu.cn