不同物種CDK5基因編碼區生物信息學分析

摘要：采用生物信息學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（CDS）的遺傳多樣性。結果表明，來自10個物種的47條基因序列中檢測到個532多態位點，共生成30 種單倍型，物種間及物種內CDK5基因序列編碼區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，無跨膜結構域，肽鏈表現為親水性；蛋白質二級結構主要結構元件是α-螺旋、無規則卷曲。

關鍵詞：CDK5基因；物種；生物信息學

中圖分類號： Q813 文獻標志碼： 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，從事動物遺傳學研究。E-mail：lixianglongcn@aliyun.com。CDK5主要參與神經元正常功能的維持，但在非神經元的組織或細胞中也廣泛表達并發揮作用[1]。研究表明，CDK5可能通過調節黑色素細胞核中MITFmRNA、TYR的表達，從而參與調控羊駝毛色的形成[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控[3]。本研究利用比較基因組學、生物信息學方法研究了該基因編碼區種間、種內變異，以期探明該基因在不同種間及種內的遺傳分化，進而為相關黑色素基因的遺傳學分析奠定基礎。

1材料與方法

1.1序列來源

2.3.3信號肽的預測、分析信號肽位于蛋白質的N端，用于指導分泌性蛋白到內質網膜上合成。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的分析，也得到了一致的結果。

2.3.4跨膜結構域的預測和分析跨膜結構域通常是由跨膜蛋白的效應區域所顯示。利用在線工具TMHMM 2.0 Server預測人CDK5氨基酸序列的跨膜結構域，結果顯示，其不具跨膜結構域，在細胞膜外與細胞膜內都有CDK5肽鏈[8]。對其他物種CDK5氨基酸序列的跨膜結構域進行分析，得到的預測結果與人的相似。結合上述導肽的預測，可以推測CDK5在細胞質基質中合成后，很可能也要轉運到膜外，該蛋白可以在細胞質與細胞膜外行使其功能。

2.3.5疏水性/親水性的預測和分析蛋白質親/疏水性氨基酸的組成是蛋白質折疊的主要驅動力。蛋白質在折疊時會形成疏水內核、親水表面，同時在潛在跨膜區會出現高疏水值區域，據此可以測定跨膜螺旋等二級結構及蛋白質表面有氨基酸分布[9]。利用在線工具ProtScale預測人CDK5氨基酸序列的疏水性/親水性，結果表明，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，親水區域明顯大于疏水區域。因此，整個多肽鏈表現為親水性。對其他物種CDK5氨基酸序列的疏水性/親水性進行預測，其預測結果與人的相似，因此認為CDK5蛋白是親水性蛋白。

2.3.6二級結構的預測和分析蛋白質的二級結構是指氨基酸殘基形成的α-螺旋、β-轉角、β-折疊片延伸鏈、無規則卷曲。用SOPMA對10個物種的CDK5氨基酸序列的二級結構進行預測，結果表明，CDK5蛋白質二級結構的主要結構元件是α-螺旋（39.73%～42.81%）、無規則卷曲（34.93%～38.70%），其次是β折疊延伸鏈（13.46%～14.73%）、β-轉角（6.75%～8.85%）[11-13]。

3結論

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，種內及種間遺傳分化明顯。CDK5基因對密碼子有較強的偏愛性，非同義替換位點數均明顯高于同義替換位點數，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系與動物學分類相符。CDK5蛋白N 端無信號肽、無導肽、無跨膜結構域，整個多肽鏈表現為親水性，蛋白質二級結構的主要元件為無規則卷曲、 α-螺旋，除此之外還有少量β 折疊、β 轉角。

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