綿羊ESR基因生物信息學(xué)分析

張小雪，潘香羽，李發(fā)弟，2，王維民，2

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省肉羊繁育生物技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室，甘肅 民勤 733300）

綿羊ESR基因生物信息學(xué)分析

張小雪1，潘香羽1，李發(fā)弟1，2，王維民1，2

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省肉羊繁育生物技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室，甘肅 民勤 733300）

利用生物基因組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)綿羊雌激素受體（estrogen receptor，ESR）基因進(jìn)行生物信息學(xué)分析。結(jié)果表明，綿羊ESR基因含有1個(gè)1 413 bp的開(kāi)放閱讀框，編碼470個(gè)氨基酸；ESR蛋白分子質(zhì)量為53 393.85 D。ESR基因主要位于細(xì)胞核中，參與機(jī)體轉(zhuǎn)錄調(diào)控過(guò)程。

綿羊；雌激素受體；生物信息學(xué)分析

雌激素（estrogen）主要產(chǎn)生于卵泡內(nèi)膜細(xì)胞、顆粒細(xì)胞和胎盤，卵泡間質(zhì)細(xì)胞和腎上腺皮質(zhì)也能少量產(chǎn)生［1］。能刺激雌性動(dòng)物的副性腺和生殖道，引起第二性征的發(fā)育及性周期的變化，協(xié)同F(xiàn)SH、LH作用能使卵泡產(chǎn)生FSH、LH受體。雌激素在雌性動(dòng)物各生長(zhǎng)發(fā)育階段都有一定的生理作用，胚胎期能促進(jìn)動(dòng)物胚胎子宮和陰道的充分發(fā)育；初情期前能抑制下丘腦GnRH的分泌，促進(jìn)第二性征的形成，使骨骺軟骨較早骨化而使骨骼較小、骨盆相對(duì)寬大，皮下脂肪易沉積、皮膚軟薄、乳房發(fā)育等；妊娠期可刺激乳腺腺泡和導(dǎo)管系統(tǒng)發(fā)育，并對(duì)分娩啟動(dòng)具有一定作用；分娩期能與OXT協(xié)同刺激子宮平滑肌收縮，促進(jìn)分娩；泌乳期可與催乳素協(xié)同作用促進(jìn)乳腺發(fā)育和乳汁分泌。雌激素的作用通過(guò)雌激素受體（estrogen receptor，ESR）來(lái)介導(dǎo)，因而ESR的生物學(xué)作用與雌激素的生物學(xué)作用是密切相關(guān)的。ESR是配體激活轉(zhuǎn)錄因子家族中的一種核酸受體，具有轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白質(zhì)的功能，影響著雌激素基因在雌性脊椎動(dòng)物組織中的表達(dá)與調(diào)控［2］。我們以生物基因組數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)取的綿羊ESR的序列為基礎(chǔ)，利用生物信息學(xué)方法，對(duì)ESR基因及其編碼產(chǎn)物的理化性質(zhì)、序列特征、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)以及生物學(xué)功能進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，以期為深入研究ESR基因及其編碼蛋白的基本結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 序列來(lái)源

數(shù)據(jù)資料來(lái)源于NCBI網(wǎng)站的GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)，包括綿羊（XM_004011538.1）、牛（NM_001001443.1）、人（NM_000125.3）、家鼠（NM_007956.4）、挪威鼠（NM_012689.1）、熱帶爪蟾（NM_203535.1）、金倉(cāng)鼠（NM_001281325.1）斑馬魚（NM_152959.1）。括號(hào)內(nèi)字符為GenBank登錄號(hào)。

1.2 研究方法

綿羊ESR基因開(kāi)放閱讀框（Open reading frame，ORF）采用NCBI的ORF Finder程序分析，參照Kozak法則［3］；ESR編碼產(chǎn)物的理化性質(zhì)采用Bioedit及DNAStar分析軟件預(yù)測(cè)；亞細(xì)胞定位采用PSORTⅡ預(yù)測(cè)［4］；功能域及功能分類采用ProtFun預(yù)測(cè)［5～6］；跨膜區(qū)域的預(yù)測(cè)采用TMHMM程序；多序列比對(duì)及同源性分析采用DNAMAN軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 綿羊ESR基因開(kāi)放閱讀框分析

圖1結(jié)果表明，綿羊ESR基因序列中有一條長(zhǎng)1 413 bp的ORF，起始密碼子位于1 bp處，終止密碼子位于1 413 bp處，推測(cè)編碼470個(gè)氨基酸殘基。

圖1 綿羊ESR基因序列的ORF分析

2.2 綿羊ESR編碼產(chǎn)物的理化性質(zhì)分析

蛋白質(zhì)的基本性質(zhì)包括相對(duì)分子質(zhì)量、氨基酸組成和等電點(diǎn)等［7］。用Bioedit及DNAStar分析軟件對(duì)綿羊ESR基因編碼產(chǎn)物的理化性質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，由ESR基因的氨基酸組成（圖2）可以看出，ESR基因編碼的470個(gè)氨基酸，組成最多的氨基酸是Leu（亮氨酸），所占比例為11.70%。其理論分子量約為53 393.85 D。

圖2 綿羊ESR編碼產(chǎn)物氨基酸組成

2.3 綿羊ESR編碼產(chǎn)物序列同源性分析

ESR在很多物種中都有表達(dá)。ESR編碼產(chǎn)物系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)（圖3）證明，綿羊和牛在系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)中的距離最近。從圖4可以看出，綿羊與牛的ESR氨基酸序列同源性較高，說(shuō)明它們?cè)谶M(jìn)化過(guò)程具有較近的親緣關(guān)系。

圖3 8個(gè)物種的ESR基因編碼產(chǎn)物的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)

2.4 綿羊ESR編碼產(chǎn)物亞細(xì)胞定位分析

從分析結(jié)果（表1）可知，通過(guò)工具PSORTⅡ預(yù)測(cè)ESR編碼產(chǎn)物的亞細(xì)胞定位，其分布在細(xì)胞核的可能性為73.9%，分布在質(zhì)膜的可能性為13.0%，分布在細(xì)胞質(zhì)、囊泡的分泌系統(tǒng)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的可能性均為4.3%。由此可以推斷，綿羊ESR編碼產(chǎn)物主要在細(xì)胞核中發(fā)揮生物學(xué)作用。

表1 ESR編碼產(chǎn)物的亞細(xì)胞定位預(yù)測(cè)結(jié)果

2.5 綿羊ESR編碼產(chǎn)物結(jié)構(gòu)功能預(yù)測(cè)與分析

Protfun是一款預(yù)測(cè)分析蛋白結(jié)構(gòu)功能域及功能分類的分析軟件。通過(guò)Protfun分析軟件預(yù)測(cè)ESR編碼產(chǎn)物的結(jié)果（表2）可知，該蛋白主要具有轉(zhuǎn)錄調(diào)控的功能，其可能性最高（0.159），由此推斷ESR可能參與機(jī)體的轉(zhuǎn)錄調(diào)控過(guò)程。

表2 ESR編碼產(chǎn)物結(jié)構(gòu)功能分析

2.6 綿羊ESR編碼產(chǎn)物跨膜區(qū)域的預(yù)測(cè)與分析

由圖5 TMHMM預(yù)測(cè)結(jié)果可知，綿羊ESR編碼產(chǎn)物為非跨膜蛋白。

圖5 TMHMM程序分析ESR編碼產(chǎn)物的跨膜區(qū)域結(jié)果

圖4 8個(gè)物種的ESR基因編碼產(chǎn)物序列的同源性分析

3 小結(jié)

綿羊ESR基因ORF長(zhǎng)度為1 413 bp，編碼470個(gè)氨基酸殘基，Leu（亮氨酸）所占比例最高，為11.7%，其理論分子量約為53 393.85 D。ESR在很多物種中都有表達(dá)，其中綿羊與牛ESR編碼的氨基酸序列同源性較高，在系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)中的距離最近。綿羊ESR基因主要位于細(xì)胞核中，參與機(jī)體的轉(zhuǎn)錄調(diào)控過(guò)程。

［1］王鋒.動(dòng)物繁殖學(xué)雞［M］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2012.

［2］狄冉，賈立華，儲(chǔ)明星，等.綿羊雌激素受體基因外顯子4多態(tài)性分析［J］.中國(guó)畜牧獸醫(yī)，2008，35（12）：89-92.

［3］羅軼.雞FATP1基因cDNA的克隆、組織表達(dá)及其生物信息學(xué)分析［D］.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，2008.

［4］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.

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

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［7］王維民，李發(fā)弟，潘香羽.綿羊LHβ基因生物信息學(xué)分析［J］.甘肅農(nóng)業(yè)科技，2013（10）：14-16.

（本文責(zé)編：陳偉）

Biological Informatics Analysis of Sheep＇s ESR 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.Engineering Laboratory of Mutton Sheep Breeding and Reproduction Biotechnology in Gansu Province，Minqin Gansu 733300，China）

This study aimed to bioinformations of sheep ESR gene.The physicochemical characteristics，structures and functions of ovine ESR were predicted and analyzed with software tools and database.Meanwhile，the phylogenetic tree of ESR and related proteins was constructed，The results shows that the ORF of ESR was 1 413 bp which encoded 470 amino acids.The sheep protein of ESR was 53 393.85 D in molecular weight.The ESR gene played an important role in transcription regulation in cell nucleus.

Sheep；Estrogen receptor gene；Biological Informatics

S826；Q57

A

1001-1463（2014）09-0030-04

10.3969/j.issn.1001-1463.2014.09.011

2014-06-09

甘肅省重大科技專項(xiàng)（1102NKDH023）部分內(nèi)容

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

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