彭 芳,郭世新,赵秀举
(武汉轻工大学 生物与制药工程学院,湖北 武汉 430023)
哺乳动物不同种群蛋白磷酸酶基因家族的序列比较
彭芳,郭世新,赵秀举
(武汉轻工大学 生物与制药工程学院,湖北 武汉 430023)
摘要:蛋白磷酸酶(PPP)家族在体内参与调节多种重要的生理功能, 包括细胞周期、细胞生长及分化等过程。通过对在信号转导中起着重要作用的PPP基因进行序列比对,研究人、猪、大鼠、小鼠以及大猩猩的PPP基因家族的进化。结果表明:除了ppp1r3a 基因序列分化较晚,基因保守性略高外,其它蛋白磷酸酶基因家族序列分化较早,分支较大,但在分化后保守性高。
关键词:蛋白磷酸酶;PPP基因家族;基因比对
1引言
蛋白磷酸酶是具有催化已经磷酸化的蛋白质分子发生去磷酸化反应的一类酶分子,与蛋白激酶相对应存在,共同构成了磷酸化和去磷酸化这一重要的蛋白质活性的开关系统。可逆的蛋白质磷酸化是细胞生命活动的调控中心, 它几乎调节着生命活动的所有过程包括细胞的增殖、发育与分化、肌肉收缩、新陈代谢、基因调控等过程[1-3]。该过程受蛋白磷酸激酶(磷酸化)及蛋白磷酸酶(脱磷酸化)的严格控制。
笔者通过对蛋白磷酸酶基因家族进行比对,发现通过BLAST搜索获得蛋白磷酸酶PPP基因序列,利用相关的生物信息学软件[4]对得到序列进行分析、比对,构建系统进化树,从进化水平上了解不同种群中蛋白磷酸酶基因在生命活动中的差异。
2材料与方法
2.1.1基因选材
蛋白磷酸酶PPP家族基因(ppp1ca、ppp1cb、ppp1r3a、ppp1r7、ppp1r10、ppp2r5a、ppp3r1、ppp4r2、ppp5c),如表1所示。
表1 蛋白磷酸酶PPP家族基因
2.1.2序列数据库
NCBI(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)GenBank 数据库
2.1.3生物信息学软件
相似性搜索:BLAST(http//www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST);
序列综合分析:BioEdit[5](http://www.mbio.ncsu.edu/BioEdit/bioedit.html);
序列比对:ClustalX[6](http://bips.u-strasbg.fr/fr/Documentation/ClustalX/);
进化树构建:MEGA6[7-8], 采用NJ法构建进化树(http://www.megasoftware.net/mega.php);
绘制进化树:TreeView (http://rana.lbl.gov/EisenSoftware.htm)
在NCBI的Gene数据库里用关键字基因符号与物种进行搜索,下载相应的基因序列(如搜索人的ppp1ca基因片段则选择Gene数据库输入ppp1ca homo 进行搜索),在搜索结果里找到基因组,选择FASTA格式的氨基酸序列并下载,以此方法完成人、猪科、大鼠、小家鼠以及大猩猩的ppp部分家族基因序列搜索。
将下载的FASTA格式的基因序列文档导入到ClustalX进行全局比对,点Do Complete Alignment之后弹出的文件对话框,.dnd的是输出的指导树文件,.aln的是序列比对结果,它们都是纯文本文件,点“ALIGN”即可进行比对。完成之后生成的.dnd可以用Treeview打开进行建树,而 aln文件是临时文件,可以保留用MEGA6做进一步的bootstrap进化树分析。 对两种软件的建树进行综合,则可以得到最终结果。
3系统建树结果与分析
如图1所示,可以看出,大鼠和小鼠的ppp1ca基因序列最为相近,野猪和大猩猩的相似度次之,整体来看,ppp1ca基因分化较早,保守性较低。
图1 ppp1ca基因系统进化分析
如图2所示,人、小鼠、大鼠属于同一个分支,且人类和小鼠的基因序列最为相近,整体上来看,ppp1cb基因分化早,保守性很低。
图2 ppp1cb基因系统进化分析
由图3可知,大鼠与野猪ppp1r3a基因比较相近,与大猩猩属于一个分支;人类和小鼠ppp1r3a基因比较相似,属于一个分支。整体来看,ppp1r3a基因分化较晚,基因保守性略高。
图3 ppp1r3a基因系统进化分析
由图4可知,大猩猩、人类、野猪的ppp1r7基因序列属于一个分支,大鼠和小鼠属于一个分支,基因序列比较相似。整体来看,分支较早,保守性略低。
图4 ppp1r7基因系统进化分析
由图5可知,野猪、大猩猩、大鼠的ppp1r10基因序列属于一个分支,野猪和大鼠的基因序列比较相似;人类和小鼠属于一个分支。整体来看,ppp1r10基因分化较早,保守性略低。
图5 ppp1r10基因系统进化分析
由图6可知,大鼠和小鼠的ppp2r5a基因相似度最高,野猪和大猩猩次之。整体来看,ppp2r5a分化较早,基因保守度略低。
图6 ppp2r5a基因系统进化分析
由图7可知,大鼠、大猩猩、大鼠的ppp3r1基因序列属于一个分支相似度不高,人类和小鼠属于一个分支。整体来看,ppp3r1基因分化较早,保守性略低。
图7 ppp3r1基因系统进化分析
由图8可知,大猩猩和小鼠相似度较高,与大鼠捅属于一个分支;人类和野猪属于一个分支。整体来看,ppp4r2基因分化较早,保守性略低。
图8 ppp4r2基因系统进化分析
由图9可知,大猩猩与人类属于一个分支,大鼠与小鼠属于一个分支,相似度较高。整体来看,ppp5c基因分化早,保守性很低。
图9 ppp5c基因系统进化分析
4结论
通过对人、猪科、大鼠、小鼠以及大猩猩的PPP基因进行比对,发现此次取的蛋白磷酸酶基因相似度都较低,在基因进化中分化较早,分支较大,但在分化后保守性高,这也说明生物体的结构和功能以及生命活动过程本身的多样性和复杂性。而PPP家族异常庞大,蛋白磷酸酶的结构复杂和调节亚基的多样性[9],蛋白磷酸酶作为一个具有重要的生物学功能的酶, 其在细胞生长和分化过程中起着不可忽视的作用,因此根据基因序列的分析可在一定程度上了解物种进化的规律。
参考文献:
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Sequence comparison of protein phosphatase gene family in different populations of mammalian
PENGFang,GUOShi-xin,ZHAOXiu-jiu
(School of Biology and Pharmaceutical Engineering,Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430023,China)
Abstract:Protein phosphatase (PPP) family was involved in regulating in vivo a variety of important physiological functions, including cell cycle, cell growth and differentiation processes. In this paper, we aligned sequences of PPP genes which play an important role in the signal transduction, to study evolution of PPP gene family, among Homo, Suidae, Rattus, Mus, and Gorilla The results show that ppp1r3a gene sequence was late differentiation, and slightly conservative, whilst the other protein phosphatase gene family sequences were earlier differentiation, larger branch, but highly conserved after differentiation.
Key words:protein phosphatase;PPP gene family;comparison of gene
DOI:10.3969/j.issn.2095-7386.2015.02.013 10.3969/j.issn.2095-7386.2015.02.010
文章编号:2095-7386(2015)02-0055-05 2095-7386(2015)02-0043-04
基金项目:湖北省自然科学 (2014CFB885);国家自然科学 (31371783);国家粮食公益性行业科研专项(2013007);武汉轻工大学研究生教育创新计划项目(2013cx017).
通信作者:胡志雄(1974-),男,副教授,E-mail:ehuzhixiong@126.com. 刘志国(1963-),男,教授,E-mail:zhiguol@126.com.
作者简介:刘杨静(1990-),女,硕士研究生,E-mail:liuyangjing1437@163.com. 陈中强(1987-),男,硕士研究生,E-mail:563132816@qq.com.
收稿日期:2015-01-21.修回日期:2015-03-19. 2015-03-31.
中图分类号:Q 342.2;Q 754
文献标识码:A