瘧蚊、家蠶、蜜蜂基因組中硒蛋白的計算機預測.pdf

1、硒是生物體內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，在細胞生長、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)結構，即Sec 插入序列(SECIS)所介導，SECIS 結構出現在硒蛋白mRNA的3′-非翻譯區(qū)（3′-UTR）

2、。此外，絕大多數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功能聯系起來的重要工具。 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數據中選出所有由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 數據包括瘧蚊5 條染色體的全長DNA 數據；蜜蜂16 條染色體的全長DNA 數據。而我們使用到的家蠶基因組數據包括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。為在以上下載的數據中識別硒蛋白，本文采用PERL 語言編輯程序，計算機檢索上述數據庫中以TGA 終止的全部基因。并對篩選出的基因從相應DNA 染色體數據庫中抽提出基因下游緊鄰序列，分析SECIS 元件。列出SECIS 結構的一級保守序列，保留含有類似于已知硒蛋白SECIS 結構的一級保守序列類型的基因，舍棄含其余SECIS 結構序列的基因。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 結構，以最終識別序列是否為硒蛋白。 實驗結果計算機預測得到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 轉移酶(GST)已報導為一種微生物硒蛋白，其它均是新發(fā)現的硒蛋白。除GST 外，另2 條家蠶硒蛋白分別為A 型TP-結合轉運蛋白(ABCA)和核VCP 相似蛋白。從家蠶GST、ABCA 和V

6、CP的生化性質分析，硒在家蠶體內與氧化還原調節(jié)、硒儲存和轉遠、以及細胞凋亡等過程有重要關系。瘧蚊和蜜蜂基因組中發(fā)現的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。 本文對現有瘧蚊、家蠶和蜜蜂基因組中的硒蛋白進行了重新注釋，增添了編碼區(qū)內部TGA 的非正常解碼方式，糾正了經典基因預測程序的局限性所導致的無法預測硒蛋白的錯誤。擴大了我們對硒蛋白在不同物種中的分布的認識。為填補硒蛋白物種分布圖作了相應的工作，也支持了硒蛋白