蔡惠芬 陳志 羅衛(wèi)星 等
摘要:選擇與羊同源性較高的牛RERGL基因組序列設(shè)計(jì)特異性引物,提取黔北麻羊脾臟總RNA,通過RT-PCR技術(shù)對(duì)RERGL基因進(jìn)行克隆測(cè)序及序列分析。結(jié)果表明,成功克隆了黔北麻羊RERGL基因,其cDNA序列646 bp,GenBank登錄號(hào)JN 671919,編碼205個(gè)氨基酸。生物信息學(xué)分析表明,黔北麻羊RERGL基因蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)α-螺旋占40.68%,延伸鏈占16.18%,無規(guī)則卷曲占43.14%;沒有跨膜螺旋結(jié)構(gòu)域且沒有糖基化位點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:黔北麻羊;RERGL基因;克??;生物信息學(xué)分析
中圖分類號(hào):S827;Q811.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):0439-8114(2012)15-3362-04
cDNA Sequence Cloning of RERGL Gene of Qianbei Ma Goat and Bioinformatics Analysis
CAI Hui-fen,CHEN Zhi,LUO Wei-xing,LIU Ruo-yu,ZHANG Yi-yu,SHI Zhao-ying
(Ministry of Education Key Laboratory for Animal Genetics, Breeding and Reproduction in the Plateau Mountainous Region/College of Animal Science, Guizhou University,Guiyang 550025, China)
Abstract:Primers of goat RERGL were design according to the homologic gene of ox. Total RNA of Qianbei Ma goat was extracted from the spleen. The cDNA sequence encoding RERGL was obtained by reverse transcription PCR (RT-PCR) and sequenced. The results demonstrated that the cDNA sequence of RERGL gene of Qianbei Ma goat was successfully cloned. The sequence length was 646 bp, encoding 205 amino acids; GenBank accession number was JN 671919. Bioinformatics analysis showed that the secondary structure of RERGL was 40.68% α-helix +16.18% extending chain+43.14% random coil. No trans-membrane helix domain and O-glycosylation site was detected.
Key words: Qianbei Ma goat; RERGL gene; clone; bioinformatics analysis
RERGL基因?qū)儆冢遥幔蟪易寤?。Ras超家族是一類重要的功能蛋白。它們介?dǎo)生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子和多種細(xì)胞外信號(hào)的通路,對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、存活、增殖等多種功能的調(diào)節(jié)發(fā)揮重要作用[1]。Ras超家族在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中可作為信號(hào)轉(zhuǎn)換器或分子開關(guān),它們通過與GTP結(jié)合(激活態(tài))和GDP結(jié)合(失活態(tài))的轉(zhuǎn)換導(dǎo)致信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)或終止[2]。RERGL與部分Ras超家族成員的同源性可達(dá)40%~50%。其蛋白與RERG(Ras-related and estrogen-regulated growth inhibitor)蛋白功能高度相似。
黔北麻羊是貴州省三大優(yōu)良山羊品種之一。其歷史悠久,具有耐粗飼、繁殖率高、產(chǎn)肉性能良好、膻味輕、肉鮮美可口、板皮品質(zhì)優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn),為當(dāng)?shù)厝罕娝拆B(yǎng)[3]。羅衛(wèi)星等[4]對(duì)黔北麻羊的肉用性能和肉質(zhì)特征進(jìn)行研究,表明黔北麻羊肉用性能和肉質(zhì)性質(zhì)良好,具有很好的開發(fā)價(jià)值。在分子水平上,關(guān)于黔北麻羊RERGL基因的研究國(guó)內(nèi)外尚未見報(bào)道。本研究以黔北麻羊?yàn)檠芯繉?duì)象,通過分子克隆技術(shù)對(duì)RERGL基因cDNA進(jìn)行克隆后測(cè)序,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行生物信息學(xué)分析,以期為進(jìn)一步開展黔北麻羊RERGL基因的表達(dá)調(diào)控以及與生長(zhǎng)性狀相關(guān)分析研究提供一定的理論基礎(chǔ)。
1材料與方法
1.1材料
從貴州省習(xí)水縣采集成年黔北麻羊的脾臟,液氮中保存?zhèn)溆谩?/p>
1.2試劑和載體
RNA提取試劑盒(Trizol)購自MBI公司;LB培養(yǎng)基;氨芐青霉素(Amp)(100 g/L);10×TBE緩沖液;DEPC和瓊脂糖購自SIGMA公司;pMD18-T Vector、反轉(zhuǎn)錄試劑盒(DRR037A)、Taq酶和dNTP購自大連TaKaRa公司;菌種TG1、DL 2000 Marker、去離子甲酰胺、引物及其他常用試劑均購自上海生工生物工程技術(shù)服務(wù)有限公司。
1.3提?。遥危燎暗臏?zhǔn)備工作
玻璃制品用0.1 M的NaOH浸泡過夜,用自來水反復(fù)沖洗,再用去離子水沖洗2遍,180 ℃烘烤6 h;研缽、電泳槽等用0.1%的DEPC水沖洗浸泡,由于未滅活的DEPC對(duì)PCR反應(yīng)有影響,可用0.5 %的SDS處理;Tip頭、EP管用0.1 %的DEPC水浸泡過夜,高壓滅菌使DEPC失活,烘干備用;提取前在超凈工作臺(tái)紫外照射15 min。
1.4總RNA的提取及質(zhì)量、濃度測(cè)定
根據(jù)RNA提取試劑盒說明書用Trizol法提取黔北麻羊脾臟總RNA。用1%瓊脂糖凝膠檢測(cè)總RNA的完整性,核酸蛋白測(cè)定儀測(cè)定濃度,-80 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>
1.5引物設(shè)計(jì)
根據(jù)牛RERGL基因cDNA序列(NM_001105472.1)設(shè)計(jì)特異性引物RERGL-CDS擴(kuò)增羊RERGL基因的CDS區(qū),引物序列和退火溫度見表1。
1.6RT-PCR擴(kuò)增
按照反轉(zhuǎn)錄試劑盒操作程序進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄。引物GFI-1的PCR擴(kuò)增體系:反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物2.5 μL,10×PCR Buffer(Mg2+ Plus)2 μL,dNTPs(2.5 mmol/L)2.0 μL,上下游引物各1 μL,Taq酶(5 U/μL)0.4 μL,加去離子水至總體積為20 μL。擴(kuò)增程序:95 ℃預(yù)變性5 min;94 ℃變性30 s,55 ℃退火40 s,72 ℃延伸60 s,35個(gè)循環(huán);72 ℃延伸10 min,4 ℃ 保存,1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)。
1.7克隆及重組子篩選與鑒定
PCR產(chǎn)物經(jīng)電泳檢測(cè)后,按DNA膠回收試劑盒說明進(jìn)行膠回收,用pMDl8-T載體連接PCR純化產(chǎn)物,常溫過夜后轉(zhuǎn)化連接產(chǎn)物到大腸桿菌TG1感受態(tài)細(xì)胞,均勻接種于含氨芐青霉素的LB瓊脂糖平板中,37 ℃培養(yǎng)12~16 h,挑取單個(gè)菌落,接種于1 mL含100 mg/L氨芐青霉素的LB液體培養(yǎng)基中,37 ℃ 220 r/min培養(yǎng)10 h。取菌液做PCR進(jìn)行陽性重組子鑒定。陽性菌液送上海生工生物工程技術(shù)服務(wù)有限公司進(jìn)行測(cè)序。
1.8序列分析
測(cè)序結(jié)果用DNAMAN 4.0軟件進(jìn)行拼接,采用DNAStar、CBS在線蛋白分析程序(http://www.cbs.dtu.dk/services/)和ExPASy在線蛋白質(zhì)分析軟件(http://expasy.org/tools)進(jìn)行生物信息學(xué)分析。
2結(jié)果與分析
2.1黔北麻羊脾臟總RNA質(zhì)量檢測(cè)
RNA模板的完整性是獲得全長(zhǎng)cDNA及RT-PCR擴(kuò)增成功的基礎(chǔ),用1%的瓊脂糖凝膠電泳對(duì)所提取黔北麻羊脾臟組織總RNA進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果見圖1,可見總RNA的28 S和18 S條帶清晰,無降解。用核酸蛋白測(cè)定儀測(cè)定,其OD260/OD280均在1.8~2.0,表明所提取的總RNA中蛋白質(zhì)和其他雜質(zhì)污染較少,純度較高,符合反轉(zhuǎn)錄的要求。
2.2RT-PCR的擴(kuò)增結(jié)果及重組子鑒定
經(jīng)RT-PCR擴(kuò)增,對(duì)產(chǎn)物用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè),可見擴(kuò)增片段與預(yù)期片段(646 bp)大小相符(圖2)。將挑選好的單克隆菌落搖菌培養(yǎng)后,用PCR法鑒定陽性重組子,可見擴(kuò)增片段與預(yù)期片段大小相符,經(jīng)克隆測(cè)序獲得序列646 bp,初步的驗(yàn)證克隆成功。
2.3RERGL基因cDNA序列分析
利用DNAMANN 4.0對(duì)黔北麻羊RERGL基因測(cè)序結(jié)果進(jìn)行拼接連接得到序列片段長(zhǎng)度646 bp,與預(yù)期片段大小相符,包含了RERGL基因全編碼區(qū)序列(CDS)(包含起始密碼子ATG和終止密碼子TGA)并提交GenBank,獲得GenBank登錄號(hào)為JN 671919。其cDNA編碼205個(gè)氨基酸。用DNAMAN 4.0對(duì)黔北麻羊RERGL基因分析可知,其堿基組成A+T=58.37%,C+G=41.63%。
2.4RERGL基因蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)
分別應(yīng)用ExPASy服務(wù)器上的SOPMA[5]、GOR[6]、HNN[7]方法預(yù)測(cè)RERGL基因蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,3種方法對(duì)黔北麻羊RERGL基因蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)無顯著性差異,均提示蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)中α-螺旋占40.68%,延伸鏈占16.18%,無規(guī)則卷曲占43.14%,無β-轉(zhuǎn)角(圖3)。RERGL基因在脊椎動(dòng)物之間是高度保守的一個(gè)基因,其氨基酸序列有家族特征[9,10]。
2.5RERGL基因蛋白的跨膜螺旋特征
采用ExPASy在線蛋白質(zhì)分析軟件(http://expasy.org/tools)的TMpred程序?qū)η甭檠颍遥牛遥牵袒虻鞍椎目缒ぢ菪M(jìn)行預(yù)測(cè),結(jié)果見圖4。按照跨膜拓?fù)鋵W(xué)分析模型的分析結(jié)果,只有當(dāng)分值大于500時(shí)才被認(rèn)為具有跨膜螺旋,預(yù)測(cè)顯示黔北麻羊RERGL基因蛋白的氨基酸序列沒有明顯的跨膜螺旋。
2.6RERGL基因蛋白的糖基化位點(diǎn)預(yù)測(cè)
采用NetOGlyc 3.1(http://www.cbs.dtu.dk/service/NetOGlyc/)預(yù)測(cè)黔北麻羊RERGL基因蛋白的糖基化位點(diǎn),結(jié)果表明黔北麻羊RERGL基因蛋白沒有糖基化位點(diǎn)(圖5)。
3小結(jié)與討論
3.1RERGL基因克隆
基因是細(xì)胞內(nèi)染色體上具有遺傳效應(yīng)的DNA分子片段,高等真核生物基因組由成千上萬個(gè)基因組成。目前人、雞、斑馬魚、大鼠、小鼠等動(dòng)物的全基因組已被測(cè)定,并已分離鑒定出大量的功能結(jié)構(gòu)基因,有一些基因已應(yīng)用于動(dòng)物育種[8-10]。但是,仍還有大量的基因尚未被分離鑒定。RERGL基因編碼蛋白是Ras超家族一類重要的功能蛋白,在GenBank數(shù)據(jù)庫中,還未見羊的RERGL基因序列。本研究利用同為反芻動(dòng)物的牛RERGL基因的mRNA序列設(shè)計(jì)1對(duì)特異性擴(kuò)增引物,首次成功克隆出羊的RERGL基因序列,其片段大小為646 bp,GenBank登錄號(hào)為JN 671919,進(jìn)一步說明采用序列的高度同源性設(shè)計(jì)PCR引物進(jìn)行基因克隆是可行的。
3.2黔北麻羊RERGL基因蛋白的結(jié)構(gòu)與功能預(yù)測(cè)
蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能在很大程度上取決于其空間結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)構(gòu)象多樣性導(dǎo)致了不同的生物學(xué)功能。蛋白質(zhì)分子只有處于特定的三維空間結(jié)構(gòu)情況下才能獲得它特定的生物活性,三維空間結(jié)構(gòu)稍有破壞,就很可能會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)生物活性的降低甚至喪失。分析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能及其關(guān)系是蛋白質(zhì)組學(xué)計(jì)劃中的一個(gè)重要組成部分[11-13]。研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)有助于了解蛋白質(zhì)的生物功能,這對(duì)認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)或與DNA以及與RNA之間的相互作用具有非常重要的生物學(xué)意義。對(duì)于未知功能或者新發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)分子,利用ExPASy等系統(tǒng)軟件預(yù)測(cè)其功能和結(jié)構(gòu)可提供理論性的參考,并對(duì)功能確認(rèn)的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)有重要指導(dǎo)作用[14-16]。通過分析蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),確認(rèn)功能單位或者結(jié)構(gòu)域,可以為遺傳操作提供方向,為設(shè)計(jì)新的蛋白質(zhì)或改造已有蛋白質(zhì)提供可靠的依據(jù)。
通過跨膜螺旋結(jié)構(gòu)和信號(hào)肽分析可以推測(cè)基因在細(xì)胞中的定位;而潛在功能位點(diǎn)的分析可以在對(duì)新基因及其編碼蛋白信息一無所知的情況下初步推測(cè)基因的功能[14]。研究結(jié)果顯示,黔北麻羊RERGL基因蛋白沒有跨膜螺旋結(jié)構(gòu)域,且分子不包含信號(hào)肽序列,表明RERGL基因在細(xì)胞中起作用。
糖基化是在酶的控制下,蛋白質(zhì)或脂質(zhì)附加上糖類的過程。蛋白質(zhì)經(jīng)過糖基化作用之后可形成糖蛋白。蛋白質(zhì)的糖基化,也叫美拉德反應(yīng),是在蛋白質(zhì)基團(tuán)特別是賴氨酸殘基上加上多糖,可以改善蛋白質(zhì)的很多性質(zhì),比如提高凝膠性、乳化性、水合性等,擴(kuò)寬蛋白質(zhì)的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍[17]。研究結(jié)果揭示黔北麻羊RERGL沒有蛋白糖基化位點(diǎn)。
此次實(shí)驗(yàn)在黔北麻羊上成功克隆出RERGL基因序列并進(jìn)行序列分析,為今后開展山羊RERGL基因表達(dá)、載體構(gòu)建及轉(zhuǎn)基因研究提供了基礎(chǔ)資料。但其理化性質(zhì)參數(shù)、跨膜肽段及結(jié)構(gòu)是否是預(yù)測(cè)的理論結(jié)果需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí)。在沒有任何信息可參考的前提下,本研究結(jié)果也可起到很好的參考作用,對(duì)正確認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能具有啟示作用。
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