（河南師范大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，河南新鄉(xiāng)453007）

谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶 （Clutathion S-transferases，GSTs）主要功能是催化有害物質(zhì)的親電子團(tuán)與還原型谷胱甘肽的巰基耦聯(lián)，從而達(dá)到分解有害物質(zhì)的目的[1,2]。植物有兩種特有GST基因分別是Phi和Tau，這兩種GST基因在植物中分布很廣，數(shù)量豐富[3,4]。人們最早在玉米中發(fā)現(xiàn)植物的GST基因[5]，在此之后有許多GST基因陸續(xù)從大豆、水稻中被鑒定和克隆出來(lái)[6-8]。GST基因在植物中的研究比較多，在動(dòng)物和人類(lèi)中研究較少。在脊椎動(dòng)物里，GST基因主要功能是催化親和電子與還原型谷胱甘肽的巰基結(jié)合，使這些疏水性化合物變成水合物，減輕毒性，使其從膽汁或者尿液中排出[9]。鯉是世界上最重要的硬骨魚(yú)類(lèi)之一，具有重要的食用價(jià)值和觀賞性，在全球淡水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)中占有很高比重[10,11]。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，鯉全基因組的測(cè)序工作已經(jīng)完成，而鯉進(jìn)化過(guò)程中的全基因組復(fù)制現(xiàn)象，也為全基因組復(fù)制后基因進(jìn)化的研究提供了良好的材料[12,13]。

本文通過(guò)序列下載和比對(duì)，構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，然后對(duì)鯉GST基因家族進(jìn)行命名。通過(guò)研究鯉GST基因家族在進(jìn)化過(guò)程中的數(shù)量變化，探討了GST基因家族中的表達(dá)和作用。本文為鯉的基因進(jìn)化研究提供了一定的借鑒，對(duì)鯉優(yōu)良品種選育具有一定的參考價(jià)值。

1 試驗(yàn)方法

1.1 數(shù)據(jù)搜集和序列比對(duì)

在NCBI文庫(kù)中下載8個(gè)物種即小鼠（Mus musculus）、人 （Homo sapiens）、斑馬魚(yú) （Danio rerio）、鰱魚(yú) （Hypophthalmichthys molitrix）、鯽魚(yú)（Carassius auratus）、草魚(yú)（Ctenopharyngodonidellus）、斑點(diǎn)叉尾鮰（Ictalurus punctatus）、尼羅羅非魚(yú)（Oreochromis niloticus） 的GST基因序列。然后利用斑馬魚(yú)GST基因蛋白序列在鯉全基因組數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行比對(duì)，獲取鯉同源GST基因序列。

1.2 系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系分析

應(yīng)用MEGA6進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析，使用相近鄰接法（NJ） 對(duì)鯉等物種的GST基因家族構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，bootstrap設(shè)定為1000。哺乳類(lèi)動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)的GST基因分別聚合在一起，說(shuō)明GST基因家族在進(jìn)化上具有一定的保守性。各物種之間的親緣關(guān)系越近，GST基因的相似度越高。

1.3 基因命名

基于比對(duì)結(jié)果和系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)對(duì)鯉GST基因家族進(jìn)行命名，將鯉GST基因與斑馬魚(yú)基因進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)斑馬魚(yú)GST基因名稱(chēng)來(lái)命名鯉GST基因，如果鯉的GST基因具有多個(gè)拷貝，便在GST基因拷貝后添加字母后綴 （例如 GSTM1A、GSTM1B、GSTM2A、GSTM2B等）。

2 結(jié)果

2.1 GST基因家族對(duì)比及描述

不同物種GST基因家族成員數(shù)量對(duì)比情況如表1所示。其中GSTM、GSTT、GSTZ三個(gè)亞類(lèi)基因，鯉的基因個(gè)數(shù)分別是4個(gè)、6個(gè)、2個(gè)，均為斑馬魚(yú)的兩倍；GSTO、GSTK兩個(gè)亞類(lèi)基因，鯉的基因個(gè)數(shù)都是3個(gè)，而斑馬魚(yú)的基因個(gè)數(shù)分別是2個(gè)、1個(gè)，比斑馬魚(yú)的基因多；GSTP亞類(lèi)基因，鯉的基因個(gè)數(shù)和斑馬魚(yú)相同；GSTA、GSTR兩個(gè)亞類(lèi)基因，鯉的基因個(gè)數(shù)分別是1個(gè)和0個(gè)，比斑馬魚(yú)的基因少。

表1 9種脊椎動(dòng)物GST基因家族數(shù)量對(duì)比Table 1 Comparison of GST gene families in 9 vertebral animals

鯉GST基因家族蛋白序列基本信息，如表2。分析發(fā)現(xiàn)鯉GST基因一共21個(gè)，包含4個(gè)GSTM，3個(gè)GSTO，2個(gè)GSTP，6個(gè)GSTT，2個(gè)GSTK以及1個(gè)GSTA基因，其中鯉部分GST基因數(shù)目比斑馬魚(yú)多，甚至是斑馬魚(yú)的兩倍，但也存在比斑馬魚(yú)GST基因少的現(xiàn)象。其中CDS編碼區(qū)長(zhǎng)度為528-741 bp之間，其中外顯子個(gè)數(shù)在3-9之間。

表2 鯉GST基因家族基本信息Table 2 Basic information of GST gene family of common carp

2.2 鯉GST基因家族的系統(tǒng)發(fā)育分析

基于GST基因蛋白質(zhì)序列使用相近鄰接法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，結(jié)果顯示GST基因家族分為GSTM、GSTP、 GSTA、 GSTT、 GSTR、 GSTO、 GSTZ 和GSTK8個(gè)亞類(lèi)。每個(gè)GST基因的亞類(lèi)都分別聚類(lèi)，說(shuō)明GST基因家族具有一定的保守性。并且發(fā)現(xiàn)人和鼠的GST基因基本上聚類(lèi)緊密，而魚(yú)類(lèi)聚類(lèi)緊密，說(shuō)明哺乳動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)之間均具有一定的保守性。（見(jiàn)圖1）

圖1 鯉等物種GST基因家族系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹(shù)Figure 1 GST gene family system evolution tree of common carp and other species

3 討論

對(duì)鯉等物種GST基因家族構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在GSTM這一亞類(lèi)中，草魚(yú)、鰱魚(yú)、尼羅羅非魚(yú)中均有1個(gè)GST基因，斑馬魚(yú)有兩個(gè)GST基因，鯉有4個(gè)GST基因。在GSTT亞類(lèi)中，斑馬魚(yú)有3個(gè)GSTT基因，鯉有6個(gè)GSTT基因，同樣符合鯉比斑馬魚(yú)在進(jìn)化過(guò)程中多復(fù)制一次的事實(shí)。這個(gè)結(jié)果證明了鯉基因組在進(jìn)化過(guò)程中比斑馬魚(yú)多復(fù)制一輪[14]。在聚類(lèi)次數(shù)上我們發(fā)現(xiàn)，人和鼠的GST基因聚為一支，而魚(yú)類(lèi)的GST基因聚為一支，說(shuō)明哺乳動(dòng)物GST基因的親緣關(guān)系較近，而魚(yú)類(lèi)GST基因的親緣關(guān)系較近。在魚(yú)類(lèi)和哺乳動(dòng)物的進(jìn)化過(guò)程中，GST基因會(huì)隨之發(fā)現(xiàn)變化，導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)GST基因與哺乳動(dòng)物GST基因會(huì)發(fā)生些許差異。但在物種進(jìn)化過(guò)程中，因?yàn)檫z傳進(jìn)化而導(dǎo)致的基因之間的差異會(huì)越來(lái)越大[15]。

在GSTP亞類(lèi)中，斑馬魚(yú)有2個(gè)基因，而鯉正常來(lái)說(shuō)應(yīng)該有4個(gè)GST基因，但實(shí)際只有兩條，說(shuō)明鯉GST基因并非全是斑馬魚(yú)的兩倍，一些GST基因的數(shù)量會(huì)出現(xiàn)較大差異。雖然在GST的復(fù)制上鯉比斑馬魚(yú)多了一輪全基因組復(fù)制，但在復(fù)制過(guò)程中也會(huì)伴隨著某些基因的丟失，在鯉GSTP亞類(lèi)中可能丟失兩條GST基因，所以鯉和斑馬魚(yú)均為2個(gè)GST基因。在GSTA亞類(lèi)中，斑馬魚(yú)有2個(gè)GSTA基因，而鯉卻只有1個(gè)，此現(xiàn)象驗(yàn)證了上述理論，即在進(jìn)化過(guò)程中全基因組的復(fù)制總會(huì)伴隨著有基因丟失的現(xiàn)象。

目前關(guān)于鯉GST基因功能的研究還較少，目前已知的是GST基因與動(dòng)物代謝排毒的過(guò)程有著密切的聯(lián)系[16]。因此，對(duì)鯉的GST基因更深入全面的了解，為鯉的基因進(jìn)化研究提供了一定的借鑒，對(duì)鯉優(yōu)良品種選育具有一定的參考價(jià)值。