張小雪，潘香羽，李發(fā)弟，2，王維民，2

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省肉羊繁育生物技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室，甘肅 民勤 733300）

綿羊GDF9基因生物信息學(xué)分析

張小雪1，潘香羽1，李發(fā)弟1，2，王維民1，2

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省肉羊繁育生物技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室，甘肅 民勤 733300）

利用生物基因組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)生長(zhǎng)分化因子9（Growth Differentiation Factor 9，GDF 9）基因進(jìn)行生物信息學(xué)分析。結(jié)果表明，綿羊GDF 9基因含有1個(gè)1 362 bp的開放閱讀框，編碼452個(gè)氨基酸；GDF 9蛋白分子質(zhì)量為51 773.63 D；GDF 9基因主要位于細(xì)胞膜及膜外，參與機(jī)體的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控。

綿羊；生長(zhǎng)分化因子9；生物信息學(xué)分析

生長(zhǎng)分化因子9（growth differentiation factor 9，GDF 9）屬轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（TGFβ）超家族成員，對(duì)早期卵泡的生長(zhǎng)和分化起到重要調(diào)節(jié)作用。綿羊GDF 9基因定位于5號(hào)染色體上，全長(zhǎng)2.5 kb，其中包括2個(gè)外顯子和1個(gè)內(nèi)含子［1～2］。GDF9是由卵母細(xì)胞分泌的一種生長(zhǎng)因子，對(duì)卵泡的生長(zhǎng)分化起重要調(diào)節(jié)作用，其mRNA在綿羊卵泡發(fā)育的各個(gè)階段都有表達(dá)；卵泡進(jìn)入生長(zhǎng)階段后，GDF9能維持卵泡的正常生長(zhǎng)和卵母細(xì)胞的發(fā)育；在后期可以促進(jìn)黃體的形成［3］。GDF 9基因缺陷型母羊卵母細(xì)胞可發(fā)育到正常大小，但卵巢表面呈“斑紋”狀，上皮顆粒脫落，有絲分裂不能完成，并且卵泡周圍的顆粒細(xì)胞表現(xiàn)異常狀態(tài)［1］。我們以生物基因組數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)取的綿羊GDF 9的序列為基礎(chǔ)，利用生物信息學(xué)方法對(duì)GDF9基因及其編碼產(chǎn)物的理化性質(zhì)、序列特征、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)以及生物學(xué)功能進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，以期為深入研究GDF 9基因及其編碼蛋白的基本結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 序列來(lái)源

數(shù)據(jù)資料來(lái)源于NCBI網(wǎng)站GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)，包括綿羊（NM_001142888.2）、牛（NM_174681.2）、人（NM_001288824.2）、家鼠（NM_008110.2）、挪威鼠（NM_021672.1）、豬（NM_001001909.1）、犬（NM_001168013.1）、雞（NM_206988.2）、山羊（NM_001285708.1）、斑馬魚（NM_001012383.1）。

1.2 方法

綿羊GDF 9基因開放閱讀框（Open reading frame，ORF）采用DNAMAN軟件進(jìn)行分析，參照Kozak法則［4］。GDF 9編碼產(chǎn)物的理化性質(zhì)采用Bioedit及DNAStar分析軟件預(yù)測(cè)。亞細(xì)胞定位采用PSORTⅡ預(yù)測(cè)［5］。功能域及功能分類采用ProtFun預(yù)測(cè)［6～7］?？缒^(qū)域的預(yù)測(cè)采用TMHMM程序。二級(jí)結(jié)構(gòu)采用SSpro分析預(yù)測(cè)。多序列比對(duì)及同源性分析采用DNAMAN軟件分析［8］。

2 結(jié)果與分析

2.1 綿羊GDF 9基因開放閱讀框分析

圖1分析結(jié)果表明，綿羊GDF9基因序列中有1條長(zhǎng)1 362 bp的ORF，起始密碼子位于1 bp處，終止密碼子位于1 362 bp處，推測(cè)編碼452個(gè)氨基酸殘基。

圖1 綿羊GDF9基因序列的ORF分析

2.2 綿羊GDF 9編碼產(chǎn)物的理化性質(zhì)分析

蛋白質(zhì)的基本性質(zhì)包括其相對(duì)分子質(zhì)量、氨基酸組成和等電點(diǎn)等。用Bioedit及DNAStar分析軟件對(duì)綿羊GDF 9基因編碼產(chǎn)物的理化性質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，得出GDF 9基因編碼的452個(gè)氨基酸，其中組成最多的是Leu（亮氨酸），所占比例為11.04%。其理論分子量約為51 773.63 D（圖2）。

圖2 綿羊GDF9基因編碼產(chǎn)物氨基酸組成

2.3 綿羊GDF 9編碼產(chǎn)物序列同源性分析

從圖3可以看出，GDF 9在很多物種中都有表達(dá)，且綿羊與山羊的GDF 9氨基酸序列同源性較高，說(shuō)明綿羊與山羊在進(jìn)化過(guò)程具有較近的親緣關(guān)系。GDF 9基因編碼產(chǎn)物系統(tǒng)發(fā)育樹（圖4）證明，綿羊和山羊在系統(tǒng)發(fā)育樹中的距離最近，同源性達(dá)99%。

圖4 8個(gè)物種的GDF9基因編碼產(chǎn)物的系統(tǒng)發(fā)育樹

2.4 綿羊GDF 9編碼產(chǎn)物亞細(xì)胞定位分析

從表1可知，通過(guò)工具PSORTⅡ預(yù)測(cè)GDF9編碼產(chǎn)物的亞細(xì)胞定位，其分布在細(xì)胞膜外（包括細(xì)胞膜）的可能性為55.6%，分布在線粒體的可能性為22.2%，分布在空泡和細(xì)胞核的可能性均為11.1%。由此可以推斷，綿羊GDF 9編碼產(chǎn)物主要在細(xì)胞膜及膜外中發(fā)揮生物學(xué)作用。

表1 GDF 9編碼產(chǎn)物的亞細(xì)胞定位預(yù)測(cè)結(jié)果

2.5 綿羊GDF 9編碼產(chǎn)物結(jié)構(gòu)功能預(yù)測(cè)與分析

由Protfun分析軟件對(duì)GDF 9編碼產(chǎn)物功能預(yù)測(cè)分析的結(jié)果（表2）可知，該蛋白具有信號(hào)傳導(dǎo)功能的可能性最高，幾率為0.257， 由此推斷GDF 9可能參與機(jī)體的信號(hào)傳導(dǎo)調(diào)控。

表2 GDF9編碼產(chǎn)物結(jié)構(gòu)功能分析

2.6 綿羊GDF 9編碼產(chǎn)物跨膜區(qū)域的預(yù)測(cè)與分析

圖5 TMHMM程序分析GDF 9編碼產(chǎn)物的跨膜區(qū)域結(jié)

由圖5可知，GDF 9編碼產(chǎn)物跨膜區(qū)域的數(shù)量為1個(gè)，跨膜結(jié)構(gòu)域的位置位于序列的6～26位，其側(cè)翼序列為序列1～5位位于胞內(nèi)，27～425位位于胞外。據(jù)此推斷，綿羊GDF9極可能是一個(gè)跨膜蛋白，分為跨膜域、胞外域和胞內(nèi)域3部分。

圖3 10個(gè)物種的GDF9基因編碼產(chǎn)物序列的同源性分析

3 結(jié)論

綿羊GDF 9基因ORF長(zhǎng)度為1 362 bp，編碼452個(gè)氨基酸殘基，Leu（亮氨酸）所占比例最高，為11.04%，其理論分子量約為51 773.63 D。GDF 9在很多物種中都有表達(dá)，其中綿羊與山羊GDF 9編碼的氨基酸序列同源性較高，在系統(tǒng)發(fā)育樹中的距離最近。綿羊GDF 9基因主要位于在細(xì)胞膜及膜外，參與機(jī)體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的調(diào)控。

［1］李碧俠，儲(chǔ)明星，王金玉.生長(zhǎng)分化因子9基因的研究進(jìn)展［J］.中國(guó)畜牧獸醫(yī)，2002，29（6）：33-36.

［2］JUENGEL J L，BODENSTEINER K J，HEATH D A，et al.Physiology of GDF 9 and BMP 15 signalling molecules［J］.Animal Reprod Sci.，2004（82-83）：447-460.

［3］JUENGEL J L，HUDSON N L，HEATH D A，et al. Growth differentiation factor 9 and bone morphogenetic protein 15 are essential for ovarian follicular development in sheep［J］.Biol.Reprod，2002（67）：1777-1789.

［4］羅軼.雞FATP1基因cDNA的克隆、組織表達(dá)及其生物信息學(xué)分析［D］.雅安：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，2008.

［5］NAKAI K，HORTON P.PSORT：a program for detecting sorting signals in proteins and predicting their subcellular localization［J］.Trends Biochem Sci，1999（24）：34-36.

［6］JENSEN L J，GUPTA R，BLOM N，et al.Prediction of human protein function from post-translational modifications and localization features［J］.Journal of Molecular Biology，2002（319）：1257-1265.

［7］JENSEN L J，STRFELDT H H，BORUNAK S.Prediction of human protein function according to gene ontology categories［J］.Bioinformatics，2003，19（5）：635-642.

［8］王維民，李發(fā)弟，潘香羽.綿羊LHβ基因生物信息學(xué)分析［J］.甘肅農(nóng)業(yè)科技，2013（10）：14-16.

（本文責(zé)編：王建連）

Biological Information Analysis on Sheep's GDF9 Gene

ZHANG Xiao-xue1，PAN Xiang-yu1，LI Fa-di1，2，WANG Wei-min1，2
（1.College of Animal Science Technology，Gansu Agriculture University，Lanzhou Gansu 730070，China；2.Gansu Province Mutton Sheep Breeding Biotechnology Engineering Laboratory，Minqin Gansu 733300，China）

The physicochemical characteristics，structures and functions of ovine GDF 9 were predicted and analyzed using software tools and database of biological genomics.Meanwhile，the phylogenetic tree of GDF 9 and related proteins was constructed.The results showed that the ORF of GDF 9 was 1 362 bp which encoded 452 amino acids.The sheep protein of LHβ was 51 773.63 D in molecular weight.The GDF9 played an important role in signal transducer in membrane.

Sheep；Growth Differentiation Factor 9 Gene；Bioinformatics analysis

S826；Q75

A

1001-1463（2014）08-0018-04

10.3969/j.issn.1001-1463.2014.08.008

2014-06-09

甘肅省重大科技專項(xiàng)“高繁殖力優(yōu)質(zhì)肉羊新品種培育及產(chǎn)業(yè)化開發(fā)”（1102NKDH023）部分內(nèi)容

張小雪（1984—），女，湖北武漢人，助教，主要從事動(dòng)物遺傳育種與繁殖工作。聯(lián)系電話：（0931）7631225。E-mail：zhangxx@gsau.edu.cn

李發(fā)弟（1963—），男，甘肅民勤人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事綿羊遺傳育種與繁殖工作。聯(lián)系電話：（0931）7631225。E-mail：lifd@gsau.edu.cn