不同物種CDK5基因編碼區(qū)生物信息學(xué)分析

摘要：采用生物信息學(xué)方法比較分析了東非狒狒、黑猩猩、裸鼢鼠、牛、歐洲雪貂、人、灰鼠猴、大猩猩、長臂猿、豬 CDK5基因編碼區(qū)（CDS）的遺傳多樣性。結(jié)果表明，來自10個物種的47條基因序列中檢測到個532多態(tài)位點，共生成30 種單倍型，物種間及物種內(nèi)CDK5基因序列編碼區(qū)存在較豐富的遺傳多樣性；理論等電點均大于6，N端無信號肽，無跨膜結(jié)構(gòu)域，肽鏈表現(xiàn)為親水性；蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)元件是α-螺旋、無規(guī)則卷曲。

關(guān)鍵詞：CDK5基因；物種；生物信息學(xué)

中圖分類號： Q813 文獻標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）07-0032-03

收稿日期：2013-10-17

作者簡介：張永改（1987—），女，河北定州人，碩士研究生，從事動物遺傳學(xué)研究。E-mail：zhangyonggai1022@126.com。

通信作者：李祥龍，博士，教授，從事動物遺傳學(xué)研究。E-mail：lixianglongcn@aliyun.com。CDK5主要參與神經(jīng)元正常功能的維持，但在非神經(jīng)元的組織或細(xì)胞中也廣泛表達(dá)并發(fā)揮作用[1]。研究表明，CDK5可能通過調(diào)節(jié)黑色素細(xì)胞核中MITFmRNA、TYR的表達(dá)，從而參與調(diào)控羊駝毛色的形成[2]。在羊駝皮膚組織中，Agouti基因、MC1R基因、酪氨酸酶基因家族、KIT基因、CDK5基因都參與了羊駝毛色的形成與調(diào)控[3]。本研究利用比較基因組學(xué)、生物信息學(xué)方法研究了該基因編碼區(qū)種間、種內(nèi)變異，以期探明該基因在不同種間及種內(nèi)的遺傳分化，進而為相關(guān)黑色素基因的遺傳學(xué)分析奠定基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1序列來源

2.3.3信號肽的預(yù)測、分析信號肽位于蛋白質(zhì)的N端，用于指導(dǎo)分泌性蛋白到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上合成。利用在線工具 SignalP 3.0 Server分析人CDK5氨基酸序列的信號肽的存在位置及序列，結(jié)果顯示，人的CDK5氨基酸序列無信號肽[7]。 對其余幾個物種CDK5氨基酸序列的信號肽的存在位置及其序列進行相應(yīng)的分析，也得到了一致的結(jié)果。

2.3.4跨膜結(jié)構(gòu)域的預(yù)測和分析跨膜結(jié)構(gòu)域通常是由跨膜蛋白的效應(yīng)區(qū)域所顯示。利用在線工具TMHMM 2.0 Server預(yù)測人CDK5氨基酸序列的跨膜結(jié)構(gòu)域，結(jié)果顯示，其不具跨膜結(jié)構(gòu)域，在細(xì)胞膜外與細(xì)胞膜內(nèi)都有CDK5肽鏈[8]。對其他物種CDK5氨基酸序列的跨膜結(jié)構(gòu)域進行分析，得到的預(yù)測結(jié)果與人的相似。結(jié)合上述導(dǎo)肽的預(yù)測，可以推測CDK5在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成后，很可能也要轉(zhuǎn)運到膜外，該蛋白可以在細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞膜外行使其功能。

2.3.5疏水性/親水性的預(yù)測和分析蛋白質(zhì)親/疏水性氨基酸的組成是蛋白質(zhì)折疊的主要驅(qū)動力。蛋白質(zhì)在折疊時會形成疏水內(nèi)核、親水表面，同時在潛在跨膜區(qū)會出現(xiàn)高疏水值區(qū)域，據(jù)此可以測定跨膜螺旋等二級結(jié)構(gòu)及蛋白質(zhì)表面有氨基酸分布[9]。利用在線工具ProtScale預(yù)測人CDK5氨基酸序列的疏水性/親水性，結(jié)果表明，精氨酸（Arg）具有最低分值-4.500，親水性最強，異亮氨酸（Ile）具有最高分值4.500，疏水性最強[10]。總體來看，親水區(qū)域明顯大于疏水區(qū)域。因此，整個多肽鏈表現(xiàn)為親水性。對其他物種CDK5氨基酸序列的疏水性/親水性進行預(yù)測，其預(yù)測結(jié)果與人的相似，因此認(rèn)為CDK5蛋白是親水性蛋白。

2.3.6二級結(jié)構(gòu)的預(yù)測和分析蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)是指氨基酸殘基形成的α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角、β-折疊片延伸鏈、無規(guī)則卷曲。用SOPMA對10個物種的CDK5氨基酸序列的二級結(jié)構(gòu)進行預(yù)測，結(jié)果表明，CDK5蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)元件是α-螺旋（39.73%～42.81%）、無規(guī)則卷曲（34.93%～38.70%），其次是β折疊延伸鏈（13.46%～14.73%）、β-轉(zhuǎn)角（6.75%～8.85%）[11-13]。

3結(jié)論

本研究表明，不同物種間CDK5基因的核苷酸歧異度、凈遺傳距離、單倍型間的遺傳距離差異都較大，種內(nèi)及種間遺傳分化明顯。CDK5基因?qū)γ艽a子有較強的偏愛性，非同義替換位點數(shù)均明顯高于同義替換位點數(shù)，CDK5基因在進化過程中可能受到正向選擇的影響。CDK5基因物種間的親緣關(guān)系與動物學(xué)分類相符。CDK5蛋白N 端無信號肽、無導(dǎo)肽、無跨膜結(jié)構(gòu)域，整個多肽鏈表現(xiàn)為親水性，蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要元件為無規(guī)則卷曲、 α-螺旋，除此之外還有少量β 折疊、β 轉(zhuǎn)角。

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