家蚕bHLH转录因子BmASCa4基因的生物信息学分析及功能预测

王 琦，常 虹，王 荣

（1.长治学院 生物科学与技术系，山西 长治 046011；2.南京林业大学 森环院，江苏 南京 210037；3.长治卫生学校，山西 长治 046000）

家蚕bHLH转录因子BmASCa4基因的生物信息学分析及功能预测

王 琦1，常 虹2，王 荣3

（1.长治学院 生物科学与技术系，山西 长治 046011；2.南京林业大学 森环院，江苏 南京 210037；3.长治卫生学校，山西 长治 046000）

家蚕的基因测序工作已于2003年10月完成，但是对于其bHLH转录因子BmASCa4基因的生物信息学分析及功能预测鲜有报道。文章利用生物信息学的方法，就家蚕bHLH转录因子BmASCa4基因结构及功能进行了分析，研究结果表明：家蚕bHLH转录因子BmASCa4基因结构信息只来自一条EST序列，该基因在编码区内无内含子；BmASCa4由l'sc基因编码，在促进神经前体的形成中发挥作用。

家蚕；bHLH；BmASCa4；生物信息学

真核生物bHLH（basic helix-loop-helix，碱性螺旋-环-螺旋）转录因子构成了生物体蛋白的家族，各成员构起着生长与发育调控的作用。bHLH转录因子因其结构中含有bHLH基序而得名。bHLH基序包含有六十个左右的氨基酸残基，包括碱性区域和螺旋-环-螺旋，其中碱性区域能与DNA结合，而环的长度在不同bHLH蛋白中会有差异[1，2]。bHLH蛋白的碱性区域与DNA相连接，HLH区域则参与形成二聚体[3，4]。目前，已在动物、植物、酵母等二十种生物基因组中鉴定到bHLH家族成员[5-8]。bHLH蛋白的功能主要表现在调控神经细胞生成、肌细胞生成、中胚层形成；胚胎分节、体节形成与器官发生；头部发育、嗅觉神经元生成等[9-11]。

家蚕（Bombyxmori）属于昆虫纲、鳞翅目中重要的经济动物，早在5000多年前中国就有栽桑养蚕的记载。一直以来，有关家蚕在生长、发育、遗传、变异、生理、病理等方面的研究数量巨大，并且收集了很多有科研价值的数据。家蚕（Bombyxmori）bHLH转录因子成员有52个，分属于A、B、C、D、E、F等6个组，位于不同的染色体上，有不同的功能。而家蚕bHLH转录因子BmASCa4为A组成员，位于第13号染色体上[12]，其电子克隆及功能预测鲜有报道。文章对家蚕生长与发育调控机理进行了分析，同时也为深入开展相关基因的转录表达谱分析、物种与物种间bHLH基因结构和功能的比较等不同方面的研究提供了有益借鉴。

1 材料与方法

1.1 家蚕bHLH转录因子BmASCa4基因的生物信息学分析

家蚕bHLH转录因子BmASCa4基因的基序为SVARRNARERNRVKQVNNGFAALRQHIPSAVTAA LAGGRGSSRKLSKVDTLRLAVEYIKSLK，根据此序列对家蚕bHLH转录因子BmASCa4基因进行生物信息学分析，主要涉及 TBLASTN、EST、BLASTN、内含子、SMART、基因结构图分析等。

1.2 家蚕bHLH转录因子BmASCa4的功能预测

将家蚕bHLH转录因子BmASCa4与其它生物物种bHLH转录因子蛋白质序列进行比较，分析其序列相似度、结构域保守性等，进而对家蚕bHLH转录因子BmASCa4的功能进行分析预测。

2 结果与分析

2.1 家蚕bHLH转录因子BmASCa4基因的生物信息学分析结果

家蚕bHLH转录因子BmASCa4的基因结构源自仅一条EST（表达序列标签）序列，基因结构不完整，缺少poly（A）加尾信号，除此以外，该EST序列头四个nt（核苷酸）也不存在基因组序列中对应的部分（见表 1）。

表1 家蚕BmASCa4基因结构的生物信息学表Tab.1Gene structure bioinformatics chartof BmASCa4 in Bombyxmori

2.2 家蚕bHLH转录因子BmASCa4功能预测

关于ASCa转录因子家族的研究，始于黑腹果蝇（Drosophilamelanogaster）的研究[13-15]，研究结果表明：在黑腹果蝇神经前体的发生中，ASCa转录因子起重要作用。为了进一步搞清楚家蚕bHLH转录因子BmASCa4源自何种基因，这里把家蚕与其它生物物种的ASCa转录因子蛋白质序列进行比较分析（见图 1）。

图1 家蚕与9个其它物种ASCa转录因子氨基酸序列的相似度与趋异度Fig.1 Similarity degree and divergence degree between ASCa transcription factor amino acid sequencesof Bombyxmori and other 9 species

比较家蚕与其它9个物种ASCa氨基酸序列的相似度，可知家蚕BmASCa序列与蜜蜂（Apismellifera）的相似度最高，为52.3%；其次是冈比亚按蚊（Anopheles gambiae），为47.7%。对所研究的十条蛋白质序列进行多序列比对分析，实验结果表明，它们存在较高的保守性，主要在bHLH基序及其侧翼的氨基酸，并且C末端出现完全一致序列（见图2）。

图2 家蚕与9个其它物种ASCa转录因子氨基酸序列的多序列比对（A）bHLH基序及其侧翼区域；（B）羧基末端Fig.2Multiple alignmentof ASCa transcription factoramino acid sequencesbetween Bombyxmoriand other9 species（A）bHLHmotifand its flanking regions；（B）The carboxyl terminus

以上结果表明，家蚕bHLH转录因子BmASCa4的功能与蜜蜂（Apismellifera）、红粉甲虫（Tribolium castaneum）等昆虫中对应的序列相关。为此，用以上序列登录号在NCBI中进行深入搜索以得到相应生物体蛋白的功能资料，搜索结果显示只涉及红粉甲虫中的一条（NP_0010345）、果蝇中的两条（BAA33212与BAA33210）序列的功能资料，其它六条氨基酸序列均利用GENSCAN软件对其基因组序列进行分析，所得到的预测结果没有更多功能资料可供借鉴。

已有研究结果表明，红粉甲虫（Tribolium castaneum）的ASCa氨基酸序列是由基因l'sc（lethal of scute）编码的，是原神经基因[16]；蛋白质序列BAA33212（Drosophilasimulans）与 BAA33210（Drosophilayakuba）也都是基因l'sc的产物[17]。由此推测得到的家蚕bHLH转录因子BmASCa4序列由家蚕l'sc基因编码。l'sc基因的功能在黑腹果蝇中有过研究，且实验结果表明，此基因表达于体细胞中胚层细胞团，进而通过l'sc基因表达成为肌肉细胞的祖先，其功能在于促进神经前体形成[18]。基于家蚕与黑腹果蝇是迄今为止发现的具有4个ASCa家族成员的两种昆虫，推测家蚕中l'sc基因的功能与黑腹果蝇接近，也即具有促进神经前体形成的功能。

3 讨论

3.1 家蚕bHLH转录因子BmASCa4基因结构分析

实验方法对家蚕bHLH基因克隆方面的研究很少，到目前为止，仅有Trh[19]和Bmal[20]的基因结构得到了诠释。文章利用生物信息学的方法基本搞清楚了家蚕bHLH转录因子BmASCa4基因的结构，为深入研究这些基因转录表达谱等提供了有益借鉴。

3.2 家蚕bHLH转录因子BmASCa4的功能分析

关于家蚕bHLH转录因子功能的研究进行的还不多，到目前为止，只在Trh和Bmal有过一定的涉及。Bmal是调节控制昼夜节律的转录因子，而Trh是调控气管发育的转录因子。由于在家蚕bHLH转录因子功能所开展的实验研究还很少，本研究用家蚕bHLH转录因子BmASCa4与其它物种bHLH转录因子的相应氨基酸序列进行了比较分析，由此对家蚕bHLH转录因子BmASCa4功能进行预测。通过本研究，对今后基因研究提供了方法与借鉴。对此类基因结构与功能开展研究，有助于了解长期人工驯化对家蚕遗传特性的影响。

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Bioinformatics Analysis and Functional Anticipation of bHLH Transcription Factor BmASCa4Gene in Bombyxmori

WANG Qi1，CHANG Hong2，WANG Rong3

（1.Department of Life Science and Technology Changzhi University，Changzhi Shanxi 046011；2.College of Forest Resources and Environment Nanjing Forestry University，Nanjing Jiangsu 210037；3.ChangzhiMunicipal Health School，Changzhi Shanxi 046000）

Silkworm（Bombyxmori）is amode organism of Insecta，Lepidoptera.In October，2003，Silkworm genome sequencing project was finished，but there have been seldom reports on bioinformatics analysis and functional anticipation of bHLH transcription factor BmASCa4gene in Bombyx mori.This article employed bioinformatic methods to study gene structure and function of bHLH transcription factor BmASCa4in Bombyx mori.These results are indicated，that gene structural information of bHLH transcription factor BmASCa4is from only one EST sequence，which has no intron in coding district and that l'sc gene encoded BmASCa4and formation of neural precursorswas promoted by BmASCa4.

Bombyxmori；bHLH；BmASCa4；Bioinformatics

Q785

A

1673-2014（2011）05-0021-05

2011—05—08

长治学院校级课题基金资助项目（2010111）。

王 琦（1980— ），男，山西长治人，硕士，讲师，主要从事生物化学、分子生物学、生物信息学研究。

（责任编辑 王璟琳）