驢CSN3基因序列分析

陳建興，陳海偉，畢曉丹，王銀朝，雷戰

（1.赤峰學院生命科學學院，內蒙古 赤峰 024000；2.山東東阿阿膠股份有限公司，山東 聊城 252201）

驢CSN3基因序列分析

陳建興1，陳海偉1，畢曉丹1，王銀朝2，雷戰2

（1.赤峰學院生命科學學院，內蒙古 赤峰 024000；2.山東東阿阿膠股份有限公司，山東 聊城 252201）

陳建興,男,1980年出生于山西省運城市芮城縣,1999年考入西北民族大學就讀動物科學專業。2006年考入青島農業大學動物科技學院攻讀動物遺傳育種與繁殖專業碩士，2009年獲農學碩士學位。同年考入內蒙古農業大學動物科學學院攻讀動物遺傳育種與繁殖專業博士學位，師從雙博士芒來教授。2012年獲農學博士學位。主要研究方向為動物分子遺傳學。

家驢具有很大的市場開發潛力和價值.本研究通過生物信息學技術分析了家驢CSN 3基因的序列特征，為家驢向肉用或乳用方向選育初步提供一定的分子依據.經分析研究發現家驢CSN 3基因共包含五個外顯子和四個內含子.初始轉錄物的前81nt為5'UTR區，后205nt為3'UTR區，中間的549nt為CDS區.整個CDS區翻譯出182個氨基酸構成的多肽.家驢的κ酪蛋白中的氨基酸以脯氨酸所占的比例最高（14.286%），其次為纈氨酸（10.989%），最低的為半胱氨酸、色氨酸和甘氨酸（所占比例都為0.5495%）.各物種κ酪蛋白氨基酸序列間每個位點氨基酸替代數的平均值的大小能夠較好反映物種間親緣關系的遠近.κ酪蛋白氨基酸序列能夠很好地反映物種之間的親緣關系，適合用于系統發育分析.

驢；CSN 3基因；κ酪蛋白；序列分析

家驢（Equus asinus）是人類大約6,000年前從非洲野驢（Equus africanus）的一個或者兩個亞種馴化而來的[1,2].隨后，在許多文化體系中，家驢一直作為主要的馱運家畜為人類文明的發展做出了巨大貢獻.時至今日，家驢和騾子在許多貧窮并且氣候干旱的地區仍是運輸重物、人員和財物的主要馱畜[3].但隨著農業機械化和交通運輸業的快速發展，在發達國家以及一些國家的發達地區，家驢這樣的馱運動物已被淘汰，這就導致不僅個別品種消失，而且家驢該物種整體也出現種質退化和種群數量下降的趨勢[4].我國家驢的養殖數量一直居世界之首[4,5]，家驢的種質資源退化狀況與世界范圍內的整體局勢相似[5].

在哺乳動物中，CSN3基因編碼的κ酪蛋白是乳中的主要蛋白成分之一[6]，并且，該蛋白成分決定乳微粒的大?。ㄈ槲⒘Ｄ茉黾拥V物質的溶解度并協助營養物質從母體傳遞到幼體）和特定功能（κ酪蛋白被凝乳酶分解的產物負責乳凝結）[7].一般情況下，CSN3基因包括5個外顯子，并且第4外顯子編碼成熟蛋白中的160～169個氨基酸.第四外顯子編碼的多肽鏈長度占整個成熟蛋白的85%左右.趙春江等發現CSN3基因與中國荷斯坦牛乳蛋白率含量有顯著相關[8].藍賢勇等的研究發現，CSN3基因對奶山羊產羔數有顯著影響[9].Hobor等（2006）[10]鑒定了三個家馬品種CSN3第一和第四外顯子上的各兩個SNP位點，隨后，又對馬屬動物該基因的啟動子區和第四外顯子區序列進行了比較分析[11]. Selvaggi等[12]研究了Murgese馬CSN3第一外顯子兩個位點的遺傳多態性.

對于家驢CSN3基因的研究，只是在Hobor（2008）的研究[11]中附帶與家馬和斑馬的部分相應序列做了比較分析，并未見到專門的研究報道.為此，本研究通過生物信息學技術初步分析家驢CSN3基因的序列特征，為家驢向肉用或乳用方向選育提供科學參考，為我國家驢的遺傳改良提供分子依據.

1 材料與方法

1.1 數據來源

所使用的CSN3基因序列，全部來自GenBank.家驢、家馬、家貓、虎鯨、駱駝、狒狒、人、豬、綿羊、牛、兔、褐鼠和家鼠的GenBank登錄號分別為：FR822990、NM_001081884、XM_003985304、XM_00 4268339、HE863813、XM_003898807、NM_005212、NM_001004026、NM_001009378、NM_174294、NM_ 001082625、NM_031562和NM_007786.

1.2 分析方法

序列間每個位點的氨基酸替代分析采用泊松矯正模型來進行.各物種κ酪蛋白氨基酸組成分析、進化分歧估計和進化樹構建通過MEGA5來完成.

2 結果及分析

2.1 家驢CSN3基因基本構成

家驢CSN3基因的外顯子和內含子的大小構成情況參見圖1.從圖中可見，家驢CSN3基因共包含五個外顯子和四個內含子.前三個外顯子都非常小，第四外顯子序列長度占整個初始轉錄物長度的59.4%.根據GenBank上登錄的信息（登錄號為FR822990），該初始轉錄物的前81nt為5'UTR區，后205nt為3'UTR區，中間的549nt為CDS區.整個CDS區翻譯出182個氨基酸構成的多肽.多聚腺苷酸（polyA）信號位于第五外顯子的末端.

圖1 家驢CSN3基因基本結構模式圖白色框表示外顯子，灰色框代表內含子.

2.2 家驢κ酪蛋白氨基酸組成分析

通過對家驢等13個物種的κ酪蛋白氨基酸組成進行分析發現，氨基酸序列長度以褐鼠的最小（178），綿羊的最大（192），而一半左右物種（包括驢、人、虎鯨、家貓、駱駝和狒狒）的長度為182.從氨基酸組成情況來看，由于狒狒與人的親緣關系最近，固然二者應該最為相似.但家驢與人的κ酪蛋白六種氨基酸（半胱氨酸、天冬氨酸、甘氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺和精氨酸）的比例（依次為0.5495%、1.6484%、0.5495%、1.0989%、6.044%和4.3956%）驚人地一致，這在這些物種（除狒狒外）中是絕無僅有的.家驢的κ酪蛋白中的氨基酸以脯氨酸所占的比例最高（14.286%），其次為纈氨酸（10.989%），最低的為半胱氨酸、色氨酸和甘氨酸（所占比例都為0.5495%）.

2.3 κ酪蛋白氨基酸序列進化分歧估計

表1中顯示的是各物種κ酪蛋白氨基酸序列間每個位點氨基酸替代數的平均值，從中可以看出，該值的最小值為驢和馬之間的0.034±0.013，其次為人和狒狒間的0.080±0.020.綿羊和牛也比較小，為0.159±0.030.可以看出，分歧的大小能夠較好反映物種間親緣關系的遠近.驢和人氨基酸序列之間的每位點的平均替代數為0.411±0.052. 2.4κ酪蛋白氨基酸序列系統發育分析

基于泊松矯正模型，采用最大似然法構建了13個物種κ酪蛋白氨基酸序列的系統發育關系，結果見圖2.通過自展法（1000次重復）對系統發育樹各分支之間的聚類關系進行了評價，自展值顯示在分支上.從圖2可以看出，嚙齒目的褐鼠和家鼠、靈長類的人和狒狒以及馬屬動物的驢和馬都分別100%地聚在了一起，綿羊和牛這兩個反芻動物也97%都聚在了一起.另外，雖然有些分支自展值不是很高，比如，豬和駱駝聚在一起，再與綿羊和牛的分支聚在一起，這四種偶蹄動物聚在了一起，也反映出了一定的系統發育關系.說明κ酪蛋白氨基酸序列能夠很好地反映物種之間的親緣關系，適合作為系統發育分析的材料.

表1 序列間進化分歧估計

圖2 最大似然法構建的系統發育樹

3 討論與結論

在反芻動物中，對于CSN3基因的研究比較多見[8,9]，并且也都對該基因的多態與生產性狀進行了關聯分析.而對于馬屬動物，只是偶見對家馬CSN3基因的啟動子區和第一、第四外顯子的遺傳多態性進行了調查[10～12]，并未見到更進一步的研究報道.對于家驢CSN3基因的研究報道，更是接近空白.雖然CSN3主要是在乳中表達的一個基因，藍賢勇等的研究發現，CSN3基因對奶山羊產羔數有顯著影響[9].對于家驢來說，該基因的多態有無，多態對生長和產乳有無影響，都還是未知的.可見，未來對此基因的研究具有很大的意義，有可能找到對家驢開發利用有價值的分子標記位點.因此，本研究通過生物信息學技術初步分析家驢CSN3基因的序列特征，為將來探尋該基因的多態性打下基礎.

由家驢等物種的κ酪蛋白氨基酸組成分析結果可以看出，家驢與人的六種氨基酸（Cys、Asp、Gly、Met、Asn和Arg）在κ酪蛋白中所占的比例完全一致，這在除狒狒外的物種中是僅有的.可見，在該酪蛋白的組成上，驢與人比較接近.考慮到κ酪蛋白是乳中的一種主要蛋白，我們也支持張曉瑩等在對驢乳的化學成分進行分析的基礎上，提出的驢乳相比牛乳或羊乳更適合作為母乳的替代物的觀點[13].

家驢CSN3基因共包含五個外顯子和四個內含子.初始轉錄物的前81nt為5'UTR區，后205nt為3'UTR區，中間的549nt為CDS區.整個CDS區翻譯出182個氨基酸構成的多肽.家驢的κ酪蛋白中的氨基酸以脯氨酸所占的比例最高（14.286%），其次為纈氨酸（10.989%），最低的為半胱氨酸、色氨酸和甘氨酸（所占比例都為0.5495%）.各物種κ酪蛋白氨基酸序列間每個位點氨基酸替代數的平均值的大小能夠較好反映物種間親緣關系的遠近.κ酪蛋白氨基酸序列能夠很好地反映物種之間的親緣關系，適合用于系統發育分析.

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Q523

A

1673-260X（2014）07-0011-03

本文系陳建興主持2013年度內蒙古自治區高等學校科學研究項目（NJZC13306）研究成果