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。
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
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。
参考文献：
[1] 谢成侠.中国马驴品种志[M].上海：上海科技出版社，1987.
[2] 孙 逊，朱尚权.生长激素的结构与功能[J].国外医学生理、病理科学与临床分册，1999，19（1）：6-9.
[3] HULL K L，HARVEY S.Growth hormone： Roles in female reproduction[J].J Endorinol，2001，168：1-23.
[4] 朱文进.中国大、中型驴种遗传多样性分析及其生长激素基因序列的测定[D].山西太谷：山西农业大学，2005.
[5] 朱文进，陈 娟，关学敏，等.驴生长激素基因的克隆与分析[J].中国农业科学，2011，44（3）：579-586.
[6] 朱文进，苏咏梅，关学敏，等.德州驴生长激素基因的克隆与序列分析[J].中国农学通报，2011，27（3）：329-332.
[7] 关学敏，朱文进，苏咏梅.中国家驴生长激素基因内含子2的遗传多样性分析[J].畜牧兽医学报，2011，42（6）：880-884.
[8] 马细兰，张 勇，黄卫人，等.尼罗罗非鱼生长激素及其受体的cDNA克隆与mRNA表达的雌雄差异[J].动物学报，2006，52（5）：924-933.
[9] BURTON J L， MCBRIDE B W， BLOCK E， et al. A review of bovine growth hormone[J]. Canadian Journal of Animal Scienc，1994，74：167-201.
[10] FORSYTH I A， WALLIS M. Growth hormone and prolactin-molecular and functional evolution[J]. Journal of Mammary Gland Biology and Neoplasia，2002，7：291-311.
[11] 李长春，傅 田，强巴央宗，等.藏鸡和隐性白羽鸡GH基因的SNP检测及其与生长性状间的关联分析[J].中国农业科学，2005，38（22）：2327-2332.
