陈建兴１，孙玉江２，３，潘庆杰３，陈海伟１，赵 冰１，李 冰１
（１．赤峰学院生命科学学院，内蒙古 赤峰 ０２４０００；２．东营市农业科学研究所，山东 东营 ２５７０９１；
３．青岛农业大学动物科技学院，山东 青岛 ２６６１０９）
摘要：通过对驴（Ｅｑｕｕｓ ａｓｉｎｕｓ）ＧＨ基因序列进行生物信息学分析，结果表明，驴ＧＨ基因共包含５个外显子和４个内含子。５个外显子连接形成６５１ ｎｔ的ＣＤＳ区序列，整个ＣＤＳ区翻译出２１６个氨基酸构成的多肽。驴ＧＨ基因编码的２１６个氨基酸中，大多数氨基酸为亲水性氨基酸。原始肽链的前２０多个氨基酸序列出现一个典型的疏水峰，为该原始肽链的信号肽片段。驴的ＧＨ基因中的氨基酸以亮氨酸所占的比例最高（１３．８９％，共出现３０次），其次为丙氨酸（１０．１９％，共出现２２次），最低的为色氨酸（０．９３％，共出现２次）。驴生长激素的编码存在明显的密码子使用偏好。
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关键词 ：驴（Ｅｑｕｕｓ ａｓｉｎｕｓ）；生长激素；生物信息分析；密码子使用偏好
中图分类号：Ｑ８１ 文献标识码：Ａ 文章编号：０４３９－８１１４（２０１５）０７－１751－０4
ＤＯＩ：１０．１４０８８／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ０４３９－８１１４．２０１５．０７．０56
驴（Ｅｑｕｕｓ ａｓｉｎｕｓ）属奇蹄目马科马属，广泛分布于世界各地，亚洲数量最多，其次为非洲。中国驴的现存数量居世界首位，多集中在中温带和暖温带气候的西北、华北、西南以及东北的部分地区［１］。随着农业机械化的推进和交通运输业的快速发展，驴作为家畜的地位日益降低，而逐渐向肉用和药用方向过渡。
哺乳动物生长激素（Ｇｒｏｗｔｈ ｈｏｒｍｏｎｅ，ＧＨ）是由脑垂体前叶部分细胞分泌的一种单一肽链的蛋白质激素。ＧＨ具有广泛的生理作用，主要是通过刺激肝和其他组织分泌ＩＧＦ－１来刺激肌原细胞的分化和增殖，并刺激肌肉和其他组织氨基酸的摄入和蛋白质的合成。ＧＨ可影响动物机体蛋白质、脂肪和糖类的代谢，对机体各器官和组织具有影响，与机体生长发育密切相关［２］；ＧＨ也参与机体的性别分化、性腺类固醇类激素的发生、生殖细胞发生、排卵、妊娠反应和泌乳等过程，对哺乳动物的繁殖也有很重要的影响［３］。因此，ＧＨ作为一个在提高动物生长速度、生长性能等方面研究的热点遗传标记已广泛用于家畜和家禽生长发育的机理分析和生产性状的改良，如提高家畜和家禽体重、产毛量、产乳量、饲料转化率和瘦肉率等。
在驴ＧＨ基因研究方面，朱文进等［４，５］最早对驴ＧＨ基因进行测序，克隆了驴ＧＨ基因的ＤＮＡ和ｃＤＮＡ的全序列，并分析了该序列和对应的氨基酸序列的特征及其在不同物种中的遗传差异。朱文进等［６］克隆并分析了德州驴ＧＨ基因的ＤＮＡ序列，认为ＧＨ基因在进化上非常保守。关学敏等［７］分析了我国７个家驴品种共１７４个体ＧＨ基因第二内含子的遗传多样性，首次证实驴ＧＨ基因内含子２存在多态性。
本研究通过对驴的ＧＨ基因序列进行生物信息学方面的分析，为进一步对ＧＨ基因的表达调控、基因多态性及其与生长速度、生产性能的相关性及分子进化等方面的研究提供必要的基础，以期为合理利用家驴的遗传资源，为培育优质、高效的肉用驴品种提供理论依据。
１ 材料与方法
１．１ 数据来源
试验所使用的驴ＧＨ基因序列来自教育期刊网 http://www.jyqkw.com
参考文献［５］。
１．２ 分析方法
采用ＤＮＡＭＡＮ ７．０软件分析驴ＧＨ基因的密码子使用情况以及各氨基酸位点的疏水性。
２ 结果与分析
２．１ 驴ＧＨ基因基本构成
驴ＧＨ基因的外显子和内含子的大小构成情况见图１。从图１中可知，家驴ＧＨ基因共包含５个外显子和４个内含子。第一个外显子非常小，只有１０ ｂｐ，这是不包括５′ＵＴＲ在内的大小，是一个不完整的外显子。第五个外显子序列最长，为２０１ ｂｐ，但也只是到终止密码子出现就结束了，不包括３′ＵＴＲ，也是一个不完整的外显子。５个外显子在初始ｍＲＮＡ经内含子剪切成熟过程中会连接在一起，形成６５１ ｎｔ的ＣＤＳ区序列。整个ＣＤＳ区翻译出２１６个氨基酸构成的多肽。
２．２ 驴ＧＨ肽链各氨基酸位点疏水性
对驴ＧＨ基因编码的２１６个氨基酸进行了疏水性统计分析，结果见图２。从图２中可知，多数位点的疏水性都在０以下，说明大多数氨基酸为亲水性氨基酸。原始肽链的第4位到第24位氨基酸序列出现一个典型的疏水峰，很可能是构成该原始肽链的信号肽片段。
２．３ 驴ＧＨ基因的密码子使用情况分析
通过对驴ＧＨ基因密码子使用情况进行分析，发现驴ＧＨ基因ＣＤＳ区共翻译出２１６个氨基酸构成多肽，其中共２１７个密码子，包含１个终止密码子ＵＡＧ（图３）。驴的ＧＨ基因中的氨基酸以亮氨酸所占的比例最高（１３．８９％，共出现３０次），其次为丙氨酸（１０．１９％，共出现２２次），最低的为色氨酸（０．９３％，共出现２次）。
从图３可以看出，除了ＵＡＡ、ＵＧＡ两个终止密码子未被使用外，亮氨酸的两个密码子（ＵＵＡ和ＣＵＵ）、异亮氨酸的两个密码子（ＡＵＵ和ＡＵＡ）、缬氨酸的两个密码子（ＧＵＵ和ＧＵＡ）、精氨酸的２个密码子（ＣＧＵ和ＣＧＡ）、丝氨酸的１个密码子（ＵＣＡ）、脯氨酸的１个密码子（ＣＣＡ）、苏氨酸的１个密码子（ＡＣＵ）、丙氨酸的１个密码子（ＧＣＧ）、组氨酸的１个密码子（ＣＡＵ）、天冬酰胺的１个密码子（ＡＡＵ）、甘氨酸的１个密码子（ＧＧＵ）也未被使用。而这几种氨基酸都由其他密码子进行编码的，说明驴生长激素的编码存在明显的密码子使用偏好。除这几种明显的密码子使用偏好外，其余氨基酸的编码也存在着较明显的偏好。
从表１中可看出，密码子３个位置各个核苷酸所占的比例差异较大，密码子第一位以Ｃ和Ｇ所占比例最大（３０％），Ｕ为最小（１８％）；密码子第二位以Ｕ和Ａ所占比例最大（２９％），Ｇ为最小（１８％）；密码子第三位以Ｃ所占比例最大（４６％），Ａ为最小（６％）。
３ 讨论
ＧＨ是一种具有广泛生理功能的生长调节素，能影响动物机体几乎所有类型的组织和细胞。其主要功能是刺激骨、软骨细胞及免疫细胞的生长和分化，通过调节营养物质在肌肉和脂肪组织中的分配，促进蛋白质合成、脂肪分解等代谢并调节动物的生长发育和繁殖性状［２，３，８－１１］。朱文进等［４－6］对于驴ＧＨ基因进行了相关研究，本研究通过生物信息学技术分析驴ＧＨ基因的相关信息。核酸序列分析是生命科学研究中的重要部分。利用生物信息学对核酸序列的结构和功能进行研究，可以充分利用现有的核酸及蛋白质数据库中的庞大资源，并能够有效减少进一步试验的盲目性。
本研究结果表明，驴最小ＧＨ基因第一、第五外显子都不是完整的外显子，有待进一步测序鉴定。５个外显子连接在一起形成６５１ ｎｔ的ＣＤＳ区序列。整个ＣＤＳ区可翻译出２１６个氨基酸构成的多肽。驴ＧＨ基因编码的２１６个氨基酸多数位点的疏水性都在０以下，说明大多数氨基酸为亲水性氨基酸，其构成的氨基酸链很可能是一种亲水肽。原始肽链的第４位到第２４位氨基酸序列出现一个典型的疏水峰，很可能是构成该原始肽链的信号肽片段。对ＧＨ多肽链进行跨膜区预测和信号肽预测时，可以看到该处存在明显的跨膜和信号肽信息，明确了该处为信号肽序列。
本研究中驴ＧＨ基因密码子，除ＵＡＡ、ＵＧＡ两个终止密码子外，还有ＵＵＡ、ＣＵＵ、ＡＵＵ、ＡＵＡ、ＧＵＵ、ＧＵＡ、ＣＧＵ、ＣＧＡ、ＵＣＡ、ＣＣＡ、ＡＣＵ、ＧＣＧ、ＣＡＵ、ＡＡＵ和ＧＧＵ等密码子未被使用。这些密码子所编码的氨基酸都由其他简并密码子进行编码，这一现象说明驴生长激素基因的编码存在明显的密码子使用偏好。当然，除这几种明显的密码子使用偏好外，其余氨基酸的编码也存在着较明显的偏好。密码子３个位置各核苷酸所占的比例差异较大，密码子第一位以Ｃ和Ｇ所占比例最大（３０％），Ｕ为最小（１８％）；密码子第二位以Ｕ和Ａ所占比例最大（２９％），Ｇ为最小（１８％）；密码子第三位以Ｃ所占比例最大（４６％），Ａ为最小（６％）。这一密码子各位置碱基的分布比例，也可以反映出密码子出现偏好的原因，因为如果不存在明显的偏好，各位置碱基比例应该接近２５％，也就是说ＡＵＣＧ ４个碱基在密码子第一、二、三位都应该平均分布。
４ 小结
本研究分析发现，驴ＧＨ基因共包含５个外显子和４个内含子。５个外显子连接形成６５１ ｎｔ的ＣＤＳ区序列，整个ＣＤＳ区翻译出２１６个氨基酸构成的多肽。驴ＧＨ基因编码的２１６个氨基酸中，大多数氨基酸为亲水性氨基酸。原始肽链的第４位到第２４位氨基酸序列出现一个典型的疏水峰，经分析认为是该原始肽链的信号肽片段。驴ＧＨ基因中的氨基酸以亮氨酸所占的比例最高（１３．８９％，共出现３０次），其次为丙氨酸（１０．１９％，共出现２２次），最低的为色氨酸（０．９３％，共出现２次）。驴生长激素的编码存在明显的密码子使用偏好。
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