瘧蚊、家蠶、蜜蜂基因組中硒蛋白的計算機(jī)預(yù)測.pdf

1、硒是生物體內(nèi)的一種必需微量元素，與克山病、大骨節(jié)病、癌癥等疾病密切相關(guān)，在細(xì)胞生長、增殖和衰老、以及病毒繁殖等過程中發(fā)揮重要作用。硒在蛋白中以第21 種氨基酸――硒代半胱氨酸（Sec）的形式存在。Sec 由UGA 密碼子編碼，而UGA 在經(jīng)典的遺傳密碼中為終止碼。硒蛋白中Sec 的這種特殊的解碼方式是由mRNA中一種特殊莖環(huán)結(jié)構(gòu)，即Sec 插入序列(SECIS)所介導(dǎo)，SECIS 結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在硒蛋白mRNA的3′-非翻譯區(qū)（3′-UTR）

2、。此外，絕大多數(shù)已知硒蛋白具有含半胱氨酸（Cys）的同源蛋白，Sec 在這些同源蛋白中被Cys 所取代。 基因注釋是將基因組序列與它們可能代表的生物學(xué)功能聯(lián)系起來的重要工具。 盡管越來越多物種的基因組序列和基因序列相繼被公布和注釋，但其中的硒蛋白基因卻不能像普通基因一樣被正確識別，這是由于硒蛋白中編碼Sec 的密碼子UGA 的雙重解碼方式，它使硒蛋白的自動注釋工作變得很困難，造成絕大多數(shù)的基因組中硒蛋白都被錯誤注釋或者沒

3、有被注釋。 本文下載了瘧蚊、蜜蜂和家蠶三個物種的所有最新cDNA 和DNA 序列，并從cDNA數(shù)據(jù)中選出所有由GENSCAN、SNAP或BGI等軟件測試得到的基因。瘧蚊、蜜蜂和家蠶三個物種分別包含19839、45058、18518 條單獨基因。DNA 數(shù)據(jù)包括瘧蚊5 條染色體的全長DNA 數(shù)據(jù)；蜜蜂16 條染色體的全長DNA 數(shù)據(jù)。而我們使用到的家蠶基因組數(shù)據(jù)包括23155 條Scaffold 和大量未集成序列，其中還包含115

4、360 條家蠶EST 序列。為在以上下載的數(shù)據(jù)中識別硒蛋白，本文采用PERL 語言編輯程序，計算機(jī)檢索上述數(shù)據(jù)庫中以TGA 終止的全部基因。并對篩選出的基因從相應(yīng)DNA 染色體數(shù)據(jù)庫中抽提出基因下游緊鄰序列，分析SECIS 元件。列出SECIS 結(jié)構(gòu)的一級保守序列，保留含有類似于已知硒蛋白SECIS 結(jié)構(gòu)的一級保守序列類型的基因，舍棄含其余SECIS 結(jié)構(gòu)序列的基因。然后，編程檢索具有Sec/Cys 配對的同源序列。最后取上步篩選得到的

5、基因，逐條分析其起始碼、閱讀框中的TGA 碼、終止碼和SECIS 結(jié)構(gòu)，以最終識別序列是否為硒蛋白。 實驗結(jié)果計算機(jī)預(yù)測得到9 條硒蛋白。其中3 條來自瘧蚊基因組，5 條來自家蠶基因組，1 條來自蜜蜂基因組。在這9 條基因中，只有谷胱氨肽S 轉(zhuǎn)移酶(GST)已報導(dǎo)為一種微生物硒蛋白，其它均是新發(fā)現(xiàn)的硒蛋白。除GST 外，另2 條家蠶硒蛋白分別為A 型TP-結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(ABCA)和核VCP 相似蛋白。從家蠶GST、ABCA 和V

6、CP的生化性質(zhì)分析，硒在家蠶體內(nèi)與氧化還原調(diào)節(jié)、硒儲存和轉(zhuǎn)遠(yuǎn)、以及細(xì)胞凋亡等過程有重要關(guān)系。瘧蚊和蜜蜂基因組中發(fā)現(xiàn)的6 條硒蛋白基因，因缺乏足夠信息，難以推斷它們的生物功能。 本文對現(xiàn)有瘧蚊、家蠶和蜜蜂基因組中的硒蛋白進(jìn)行了重新注釋，增添了編碼區(qū)內(nèi)部TGA 的非正常解碼方式，糾正了經(jīng)典基因預(yù)測程序的局限性所導(dǎo)致的無法預(yù)測硒蛋白的錯誤。擴(kuò)大了我們對硒蛋白在不同物種中的分布的認(rèn)識。為填補(bǔ)硒蛋白物種分布圖作了相應(yīng)的工作，也支持了硒蛋白