基因组学和生物信息学

基因组学和生物信息学（精选7篇）

篇1：基因组学和生物信息学

数学

过点A（4,1）的圆C与直线x-y-1=0相切于点B（2,1），则圆C的方程为____________

生物

下列关于免疫细胞的叙述，错误的是（）

A.效应T细胞可以释放淋巴细胞

B.T淋巴细胞可以产生多种抗体

C.吞噬细胞和淋巴细胞均属于免疫细胞

D.一个效应B淋巴细胞只能产生一种抗体

篇2：基因组学和生物信息学

后基因组时代生物信息学的发展趋势

介绍生物信息学产生背景、发展过程以及研究现状,讨论了后基因组时代分子生物学的主要研究领域功能基因组学、蛋白质组学、比较基因组学、药物基因组学之间的关系.在分析基因组时代和后基因组时代生物信息学所研究内容的差异基础上,说明了基于分层递阶结构的系统结构、特征分析方法以及相应的`软件系统开发将成为生物信息学发展的基本趋势之一.

作 者：唐旭清 朱平TANG Xu-qing ZHU Ping 作者单位：江苏省无锡,市江南大学理学院,江苏无锡,214122刊 名：生物信息学 ISTIC英文刊名：CHINA JOURNAL OF BIOINFORMATICS年，卷(期)：6(3)分类号：Q343.1关键词：生物信息学 后基因组时代 分层递阶结构

篇3：后基因组时代的生物信息学发展

1990年，在美国正式启动了跨世纪的“人类基因组计划”（HGP），破译人类自身遗传秘密。1995年，在HGP第一个五年总结报告中，给出了一个较为完整的定义：生物信息学是一门交叉科学，它包含了生物信息的获取、加工、存储、分配、分析、解释等在内的所有方面，它综合运用数学、计算机和生物学的各种工具，来阐明大量数据所包含的生物学意义。

基因组计划给人类带来了海量的数据。而对人类基因组的研究并不是为了单纯的积累数据, 而是为了揭示大量数据中所蕴藏的信息和知识。生物信息学的工作具有双重的含义:一是对海量数据的收集、整理与检索, 即管理好这些数据;二是从中发现新的规律, 也就是使用好这些数据。

2、生物信息学的主要研究内容

生物信息有广义与狭义之分，广义上的生物信息学是指利用信息技术对生物学数据进管理和分析的一名学科，有两层含义，一是对大量数据的收集、整理；另一层是从中发现新的规律。狭义上说，生物信息学是把基因组DNA序列信息分析作为源头，找到基因组序列中代表蛋白质和RNA基因的编码区，阐明基因组中大量存在的非编码区的信息实质，破译隐藏在DNA序列中的遗传语言规律。

3、生物信息学的主要研究内容

(1) 序列比对：在生物信息学研究中, 比对是最常用和最经典的研究手段。最常见的比对是蛋白质序列之间或核酸序列之间的两两比对, 通过比较两个序列之间的相似区域和保守性位点, 寻找二者可能的分子进化关系。

(2) 蛋白质结构预测：蛋白质分子是由20种不同的氨基酸通过共价键连接而成的线性多肽链, 然而天然的球状蛋白质分子的水溶液中并不是一条走向无规则的松散肽链, 每一种蛋白质在天然条件下都有自己特定的空间结构，预测其结构对之后的认识和研究也具有重要意义。

(3) 基因识别：HGP的重要内容之一是识别全部人类即基因组中发生转录表达的功能单位, 并对其结构进行研究。给定一DNA序列, 要找出哪一段是编码区, 它所编码的蛋白质的氨基酸排列顺序 (一级结构) 就清楚了, 这为预测它的结构与功能奠定了基础。

(4) 非编码区分析和DNA语言研究：在人类基因组中, 编码部分只占总序列的很少一部分, 其它非编码区DNA我们还不知道其重要的功能。分析非编码区DNA序列需要大胆的想象和崭新的研究思路和方法。

4、生物信息学的集中应用领域

生物信息学的应用领域包括:

(1) 生物信息在基因组分析中的应用：如功能基因组和蛋白质组分析、代谢过程分析、分子进化分析等;信息技术能减少生物工程行业的重复试验。

1) 医学：临床医学方面：

生物信息学在现代医学方面也起了相当重要的作用。如通过对一些临床资料的收集、整理、分析等, 可对某些疾病的病因 (如是否由遗传因素引起) 、治疗效果、及用药等方面进行分析和估计。

2) 药物产业方面：生物信息学在药物产业上的应用有:药物靶点的筛选与鉴别, 新药设计等方面。传统的药物产业开始充分利用各种有效手段寻找新药, 改变传统的寻找新药的途径, 即除了利用生物学和化学手段外, 还充分利用现有的生物信息学技术来寻找, 合成新药。

(2) 其它领域：在寄生虫与流行病学研究、农作物基因组分析、神经科学研究中均有广泛应用。

5、生物信息学的发展阶段

生物信息学的发展历程大致经历了三个阶段：

(1) 前基因组时代:这一阶段生物信息学的主要工作包括生物数据库的建立, 检索工具的开发以及DNA和蛋白质序列分析。

(2) 基因组时代:这一阶段生物信息学的主要工作是大量核苷酸序列测定、分析、新基因寻找和识别, 以因特网为基础的网络数据库系统的建立和交互界面的开发以及基因组序列信息的提取分析等。

(3) 后基因组时代:这一阶段生物信息学的主要研究工作将包括蛋白质组学研究及人类基因组注释。2003年4月15日，中、美、日、英、法、德六国联合宣布, 人类基因组序列图完成，昭示着人类已从基因组时代步入后基因组时代。

6、后基因组时代生物信息学的研究内容

在后基因组时代, 生物信息学的主要研究内容已经从对DNA和蛋白质序列进行比较, 编码区分析, 分子进化转移到大规模的数据整合, 可视化, 转移到比较基因组学, 代谢网络分析, 基因表达谱网络分析, 蛋白质组技术数据分析处理, 蛋白质结构与功能分析以及药物靶点筛选等, 分别与功能基因组、蛋白质组、结构基因组等研究领域互相配合, 紧密相关, 成为目前极其热门的系统生物学研究的重要的基石。该阶段主要的研究内容为：

(1) 注释人类基因组

随着人类基因组计划的完成, 人类基因组序列精细图现已完成, 但这并不等于人类已读懂了其中蕴涵的所有生物学信息。人类基因组由编码序列和非编码序列组成，随后分子生物学的研究重点在于鉴定和注释由基因选择性剪接而产生的基因产物。目前, 用于基因组注释的方法有, 计算机预测法、比较基因组学和比较蛋白质组学法、基因表达分析法。

(2) 比较基因组学和比较蛋白质组学的研究

通过不同生物的基因组和蛋白质组的比较研究, 可以为新基因的发现, 生物进化等问题提供契机。蛋白质对于整个生命活动最为重要，故关于蛋白质组的研究将是未来生物科学和生物信息学研究的重点之一。

(3) 基因表达分析

生物信息学未来的发展方向之一, 就是关于基因芯片的研究。这种基因表达分析对于靶基因的鉴定和新药的发现尤为重要。基因芯片的应用已产生或将产生大量的生物分子信息。生物信息学在生物芯片的研究与应用过程中都起着非常重要的作用。

(4) 药物学方面的研究

生物信息学在药物学方面的应用主要有:药物筛选, 新药设计和发现等方面。

7、主要的权威中心介绍

近年来，国内的北京大学、中科院上海生化所、生物物理所等单位在生物信息学研究方面已有相当的基础。国内如北京大学, 浙江大学, 武汉大学等也开始设置了专门的生物信息学专业, 开设有生物信息学的高校还有：中国科学院生物物理研究所、北京大学生命科学学院、北京工业大学、大连理工大学、第二军医大学、电子科技大学、东北林业大学、哈尔滨医科大学、河北工业大学、吉林农业大学、南京大学、南京农业大学、南开大学、四川农业大学、武汉大学、西安交通大学、西北农林科技大学、扬州大学、浙江大学、中国科学技术大学、中山大学等。新兴的研究机构如深圳华大基因研究院，建立了大规模基因组测序、高性能生物信息处理、基因与健康、高通量蛋白质组学等技术平台，在全球各基因组中心中位居第三。

8、后记

人类后基因组时代的生物信息学是对基因组生物学功能的研究和应用，是由序列（结构）基因组学向功能基因组学的转移。多年前，科学家提出了人类后基因组计划，即在基因组静态的碱基序列逐步搞清楚后，转而对基因组进行动态的生物学功能的研究。对基因功能的研究包括一个给定的基因在什么地方、什么时候表达以及基因实际上是做什么的。在这些巨量的序列信息基础上，生物信息学的发展将开拓出新的生命科学。

2007年7月全球第一张白种人基因组图谱已在由美国科学家公布，个体基因组时代已经来临了了。2007年10月，深圳华大基因研究院完成了首个中国人基因组序列图谱“炎黄一号”的绘制。2008年11月6日作为国际顶级学术刊物《自然》封面故事发表。中国人开始了生物信息学上真正的中国人的时代。

参考文献

[1]张春霆, 生物信息学的现状与展望[J], 世界科技研究与发展.2000Vol.22No.6, 17-19.

[2]陈润生.生物信息学及其研究进展[J]医学研究通讯.2002.31.

[3]朱海燕.现代信息技术在生物信息学研究中的应用[J].情报探索.2006.8.

[4]向昌盛, 周建军.我国生物信息学的现状及展望[J].科技咨询导报.2007No.3.

[5]李云飞, 周龙, 史成和.生物信息学及其研究现状[J].科技信息.2007.32

篇4：基因组学和生物信息学

摘 要 牛疱疹病毒Ⅰ型（ bovine herpesvirus-1，BHV-1）是牛的一种重要病原，可引起牛严重的呼吸道感染、结膜炎、脑炎、产奶量下降、子宫炎、肠炎、传染性脓疱性外阴阴道炎和流产等。以GenBank中编号为U06934.1的BHV-1 gE基因为材料分析其生物信息学，以预测其蛋白主要抗原表位，有助于建立相应的实验模型。

关键词 BHV-1 gE基因；生物信息学分析；抗原表位

中图分类号：Q517 文献标志码：A 文章编号：1673-890X（2014）21--02

1 材料与方法

1.1 BHV-1 gE编码蛋白氨基酸序列

以GenBank中编号为U06934.1的Bovine Herpesvirus 1 （type 1.1） FM glycoprotein gE，complete cds基因为材料。

1.2 gE的跨膜区预测

采用DAS服务器（Cserzo M. et al，1997）（http：//www.sbc.su.se/miklos/DAS/），将氨基酸序列输入工作区预测跨膜区。

1.3 gE蛋白二级结构预测

用SOPMA服务器（Geourjon，C. et al，1995）（http：//npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl？page=npsa_sopma.html）预测gE蛋白的二级结构。

1.4 gE蛋白亲水性、可及性、极性及柔韧性参数预测

采用Hopp&Woods亲水性参数（Hopp TP et al，1981）、Janin可及性参数（Jaint，1979）、Zimmerman极性参数（Zimmerman JM et al，1968）及柔韧性参数预测（http：//www.expasy.org/cgi-bin/protscale.pl）。

1.5 gE蛋白抗原位点的预测

采用Antigenic Propensity服务器（Kolaskar AS et al.，FEBS，276，172 1990）（http：//www.imtech.res.in/raghava/bcepred/bcepred_submission.htm（l）预测其抗原位点。

2 结果

2.1 gE蛋白的跨膜区预测

采用DAS服务器gE分析，gE蛋白跨膜域位置跨膜区位于14-23、360-363、423-444残基位置之间。

2.2 gE蛋白二级结构预测

二级结构上α-螺旋 （Hh） 106 个占18.43%、伸张结构（β-片层）（Ee）119个占20.70%、β-转角（Tt） 16 个占2.78%、无规卷曲 （Cc） 334个占58.09%，β-转角趋向于突出到蛋白表面，在多肽及蛋白中易作识别位点。

2.3 gE蛋白亲水性、可及性、极性及柔韧性参数预测

采用Janin可及性参数、Zimmerman极性参数、Hopp&Woods亲水性参数对gE蛋白预测，gE蛋白 Janin可及性参数在第427-440个残基达到最大值，gE蛋白 Hopp&Woods亲水性参数422～430个残基达到最大值

2.4 gE蛋白抗原位点的预测

采用Antigenic Propensity服务器预测gE蛋白抗原位点结果如下（下划线区域都是该蛋白质的潜在抗原表位）。

1MQPTAPPRRRLLPLLLPQLLLFGLMAEAKPATETPGSASVDTVFTARAGAPVFLPGPAARPDVRAVRGWSVLAGACSPPVPEPVCLDDRECFTDVALDAACLRTARVAPLAIAELAERPDSTGDKEFVLADPHVSAQLGRNATGVLIAAAAEEDGGVYFLYDRLIGDAGDEETQLALTLQVATAGAQGAARDEEREPATGPTPGPPPHRTTTRAPPRRHGARFRVLPYHSHVYTPGDSFLLSVRLQSEFFDEAPFSASIDWYFLRTAGDCALIRIYETCIFHPEAPACLHPADAQCSFASPYRSETVYSRLYEQCRPDPAGRWPHECEGAAYAAPVAHLRPANNSVDLVFDDAPAAASGLYVFVLQYNGHVEAWDYSLVVTSDRLVRAVTDHTRPEAAAADAPEPGPPLTSEPAGAPTGPAPWLVVLVGALGLAGLVGIAALAVRVCARRASQKRTYDILNPFGPVYTSLPTNEPLDVVVPVSDDEFSLDEDSFVDDDSDDDGPASNPPADAYDLAGAPEPTSGFARAPANGTRSSRSGFKVWFRDPLEDDAAPARTPAAPDYTVVAARLKSILR575

2.5 综合分析

将各种参数和方法预测的可能有抗原表位的肽段综合分析，从表中可以发现，应用不同的预测方法，其预测的抗原表位的个数和抗原表位可能出现的肽段有所不同，其中在第427个氨基酸序列片段达到最大值，但氨基酸序列片段420至480则显示多种预测方法基本一致，具有较好的亲水性、可及性、极性及柔韧性，gE基因分子以β-转角（2.78%）出现的区域较少，α-螺旋（18.43%）较多蛋白结构比较稳定。因此，B细胞表位可能在此两片段或它们附近。

3 结语

牛传染性鼻气管炎（Infectious bovine rhinotracheitis，IBR）是由牛传染性鼻气管炎病毒（ IBRV） 引起牛的一种急性、热性、接触性传染病，以高热、呼吸困难、鼻炎、鼻窦炎和上呼吸道炎症为主要特征。又称牛疱疹病毒Ⅰ型（ bovine herpesvirus-1，BHV-1），IBRV属于疱疹病毒科（Herpesviridae）、疱疹病毒甲亚科（Alphaherpesvirinae），水痘病毒属（Varicellovirus），是牛的一种重要病原。

在机体内，疏水性残基一般埋在蛋白内部，而亲水性残基位于表面，因此蛋白的亲水部位与蛋白的抗原位点有密切的联系，最高亲水性区域常位于抗原决定簇内部或其附近。根据亲水性参数、可及性参数、柔韧性参数以及二级结构预测等综合考虑，BHV-1病毒的抗原表位大部分位于氨基酸残基420-480等区域内或其附近。

本实验通过对BHV-1 gE基因的氨基酸序列生物学分析，为下一步实验的开展奠定了良好的基础。

篇5：基因组学和生物信息学

一、教学目标

（1）知识与技能:

1、学会举例说明基因突变的特点和原因。2、举例说明基因重组。

3、掌握基因突变和基因重组的意义。

（2）过程与方法:

1、比较分析基因突变和基因重组的异同。2、用类比推理的方法理解基因突变的类型。

（3）情感态度与价值观:

1、认识基因简并性保持生物性状稳定性的意义，以及基因突变、基因重组对生物多样性形成的积极意义。

2、在学习过程中，体会事物发展的两面性。

二、教学重难点

重点：1、基因突变的概念及特点。2、基因突变的原因。

难点：基因突变和基因重组的意义。

三、学情分析

本节课内容包含了两种可遗传变异:基因突变和基因重组，而基于前面已经学习过相关知识，学生们对于基因重组已经有了一定的了解，在这个知识点的处理上应注重对学生实际理解能力和图形分析能力的培养，通过实践提高学生的认知能力。这节课的重点和难点就集中于基因突变这个知识点，要通过多种途径来加深对基因突变的内涵和外延的理解。

四、教学方法

讲授法、讨论法、引导发现法、类比推理法

五、课时安排：一课时

六、教具使用： 多媒体课件

七、教学过程：  图片“一母生九子、连母十个样”导入新课

在前面我们学习了生物的遗传问题：知道性状为什么会遗传以及性状在向后代遗传时所遵循的规律。知道性状是由遗传物质决定的，性状的表现除了与遗传物质有关外，还与外界环境有关。而性状由亲代传递给子代时，或多或少都会存在差异，这就是生物的变异。

归纳小结： 不遗传的变异是由环境不同引起，遗传物质没有改变，不能进一步遗传给后代。可遗传的变异：生殖细胞内的遗传物质发生了改变，其后代将继承这种改变。

其中可遗传的变异三种来源：基因突变 基因重组 染色体变异

一.基因突变的实例—— 镰刀型细胞贫血症

⑴、展示资料：简单介绍镰刀型细胞贫血症。

⑵、比较正常血细胞和镰刀型血细胞肽段上的差异，提出疑问。

⑶、讨论课本思考讨论问题，通过填图，寻找产生镰刀型血细胞的直接原因和根本原因。

①引导学生发现，DNA上的碱基对与转录产生的mRNA上的碱基以及翻译出的蛋白质上的氨基酸三者之间的连带关系。

红细胞    圆饼状      镰刀型  蛋白质     正  常       异  常  氨基酸    谷氨酸     缬氨酸  mRNA      GAA         GUA   DNA      CTT  突变   CAT

GAA         GTA

②分析产生镰刀型血细胞的直接原因和根本原因。得出基因突变的一种类型，引出基因突变的概念

1.基因突变的概念：是指DNA分子中发生碱基对的增添、缺失和改变，而引起基因的结

构的改变。

多媒体展示基因突变的类型，让学生观看，并理解基因突变的类型。2、结合前边学过的知识分析基因突变发生的时间。

二、基因突变的原因

指导学生阅读教材中有关基因突变原因的内容，联系生活实际，讨论并列举生活中可能引发基因突变危害健康的例子，比如经常吃腌制的菜和剩菜，咸菜等腌制食品必须检测亚硝酸盐的含量，亚硝酸盐如果含量过高，可能会致癌。长期从事放射性的工作，夏天不注意防晒等等。进行归纳总结：

物理因素：紫外线、X射线等

化学因素：亚硝酸、碱基类似物等

生物因素：某些病毒

内因 : DNA复制过程中，基因内部脱氧核苷酸的种类、数量或排列顺序发生局部改变，从而改变遗传信息。

讨论：基因突变都可以遗传吗？

归纳总结：①基因突变若发生在配子中将遵循遗传规律传递给后代。②若发生在体细胞一般不能遗传。

③但有些植物的体细胞发生基因突变，可以通过无性繁殖传递。人体某些体细胞基因（如原癌基因和抑癌基因）的突变，有可能发展成癌细胞。

三、基因突变的特点

指导学生自学教材，找出突变的五个特点： ①普遍性②随机性③低频性④有害性⑤ 不定向性

四、基因突变的意义

设计问题引导学生思考并讨论，归纳总结基因突变的意义

1、基因突变能否产生新基因？

2、这些新基因的新性状对生物生存有什么意义？

3、自然环境会选择哪些个体生存下来？

4、基因突变对生物进化有什么意义？

课堂巩固

五、基因重组

引导学生回顾基因重组的概念和类型

①基因自由组合：非同源染色体自由组合，非等位基因自由组合。

②基因交叉互换：同源染色体上非姊妹染色单体之间局部交换，等位基因交叉互换。

课堂巩固

课堂小结

再次简单复述基因突变和基因重组，加强学生记忆。

作业布置 ：一轮复习资料相关习题

板书设计：

第一节 基因突变和重组

一、变异

二、基因突变：

三、基因重组：  1.基因重组的概念：

篇6：基因组学和生物信息学

1.1 BHV-1 g E编码蛋白氨基酸序列

以Gen Bank中编号为U06934.1的Bovine Herpesvirus 1 (type 1.1) FM glycoprotein g E, complete cds基因为材料。

1.2 g E的跨膜区预测

采用DAS服务器 (Cserzo M.et al, 1997) (http://www.sbc.su.se/miklos/DAS/) , 将氨基酸序列输入工作区预测跨膜区。

1.3 g E蛋白二级结构预测

用SOPMA服务器 (Geourjon, C.et al, 1995) (http://npsa-pbi l.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=npsa_sopma.html) 预测g E蛋白的二级结构。

1.4 g E蛋白亲水性、可及性、极性及柔韧性参数预测

采用Hopp&Woods亲水性参数 (Hopp TP et al, 1981) 、Janin可及性参数 (Jaint, 1979) 、Zimmerman极性参数 (Zimmerman JM et al, 1968) 及柔韧性参数预测 (http://www.expasy.org/cgi-bin/protscale.pl) 。

1.5 g E蛋白抗原位点的预测

采用Antigenic Propensity服务器 (Kolaskar AS et al., FEBS, 276, 172 1990) (http://www.imtech res.in/raghava/bcepred/bcepred_submission.htm (l) 预测其抗原位点。

2 结果

2.1 g E蛋白的跨膜区预测

采用DAS服务器g E分析, g E蛋白跨膜域位置跨膜区位于14-23、360-363、423-444残基位置之间。

2.2 g E蛋白二级结构预测

二级结构上α-螺旋 (Hh) 106个占18.43%、伸张结构 (β-片层) (Ee) 119个占20.70%、β-转角 (Tt) 16个占2.78%、无规卷曲 (Cc) 334个占58.09%, β-转角趋向于突出到蛋白表面, 在多肽及蛋白中易作识别位点。

2.3 g E蛋白亲水性、可及性、极性及柔韧性参数预测

采用Janin可及性参数、Zimmerman极性参数、Hopp&Woods亲水性参数对g E蛋白预测, g E蛋白Janin可及性参数在第427-440个残基达到最大值, g E蛋白Hopp&Woods亲水性参数422~430个残基达到最大值

2.4 g E蛋白抗原位点的预测

采用Antigenic Propensity服务器预测g E蛋白抗原位点结果如下 (下划线区域都是该蛋白质的潜在抗原表位) 。

1MQPTAPPRRRLLPLLLPQLLLFGLMAEAKPA TETPGSASVDTVFTARAGAPVFLPGPAARPDVRA VRGWSVLAGACSPPVPEPVCLDDRECFTDVALD AACLRTARVAPLAIAELAERPDSTGDKEFVLADP HVSAQLGRNATGVLIAAAAEEDGGVYFLYDRLIG DAGDEETQLALTLQVATAGAQGAARDEEREPATG PTPGPPPHRTTTRAPPRRHGARFRVLPYHSHVYTP GDSFLLSVRLQSEFFDEAPFSASIDWYFLRTAGDC ALIRIYETCIFHPEAPACLHPADAQCSFASPYRSET VYSRLYEQCRPDPAGRWPHECEGAAYAAPVAHL RPANNSVDLVFDDAPAAASGLYVFVLQYNGHVE AWDYSLVVTSDRLVRAVTDHTRPEAAAADAPEP GPPLTSEPAGAPTGPAPWLVVLVGALGLAGLVGIA ALAVRVCARRASQKRTYDILNPFGPVYTSLPTNE PLDVVVPVSDDEFSLDEDSFVDDDSDDDGPASNP PADAYDLAGAPEPTSGFARAPANGTRSSRSGFKV WFRDPLEDDAAPARTPAAPDYTVVAARLKSILR575

2.5 综合分析

将各种参数和方法预测的可能有抗原表位的肽段综合分析, 从表中可以发现, 应用不同的预测方法, 其预测的抗原表位的个数和抗原表位可能出现的肽段有所不同, 其中在第427个氨基酸序列片段达到最大值, 但氨基酸序列片段420至480则显示多种预测方法基本一致, 具有较好的亲水性、可及性、极性及柔韧性, g E基因分子以β-转角 (2.78%) 出现的区域较少, α-螺旋 (18.43%) 较多蛋白结构比较稳定。因此, B细胞表位可能在此两片段或它们附近。

3 结语

牛传染性鼻气管炎 (Infectious bovine rhinotracheitis, IBR) 是由牛传染性鼻气管炎病毒 (IBRV) 引起牛的一种急性、热性、接触性传染病, 以高热、呼吸困难、鼻炎、鼻窦炎和上呼吸道炎症为主要特征。又称牛疱疹病毒Ⅰ型 (bovine herpesvirus-1, BHV-1) , IBRV属于疱疹病毒科 (Herpesviridae) 、疱疹病毒甲亚科 (Alphaherpesvirinae) , 水痘病毒属 (Varicellovirus) , 是牛的一种重要病原。

在机体内, 疏水性残基一般埋在蛋白内部, 而亲水性残基位于表面, 因此蛋白的亲水部位与蛋白的抗原位点有密切的联系, 最高亲水性区域常位于抗原决定簇内部或其附近。根据亲水性参数、可及性参数、柔韧性参数以及二级结构预测等综合考虑, BHV-1病毒的抗原表位大部分位于氨基酸残基420-480等区域内或其附近。

本实验通过对BHV-1 g E基因的氨基酸序列生物学分析, 为下一步实验的开展奠定了良好的基础。

摘要：牛疱疹病毒Ⅰ型 (bovine herpesvirus-1, BHV-1) 是牛的一种重要病原, 可引起牛严重的呼吸道感染、结膜炎、脑炎、产奶量下降、子宫炎、肠炎、传染性脓疱性外阴阴道炎和流产等。以GenBank中编号为U06934.1的BHV-1 gE基因为材料分析其生物信息学, 以预测其蛋白主要抗原表位, 有助于建立相应的实验模型。

篇7：基因组学和生物信息学

关键词 巴西橡胶树 ；HbUBC14 ；表达分析

分类号 S794.1

泛素/26S蛋白酶体途径（Ubiquitin/26S Proteasome Pathway，UPP）是生物体内最重要且高效的选择性降解蛋白质途径，对生物体维持正常生命活动至关重要。UPP主要由泛素激活酶（ubiquitin activating enzyme，E1）、泛素结合酶（ubiquitin conjugating enzyme，UBC/E2）、泛素蛋白连接酶（ubiquitin-protein ligase，E3）和26S蛋白酶体组成。在UPP中，泛素（Ubiquitin，Ub）是一个可被重复利用识别靶蛋白的信号，Ub聚合体通过三步酶接合级联反应与靶蛋白共价结合，最终导致靶蛋白被26 S蛋白酶体降解为较小的多肽、氨基酸，同时可被重复利用的Ub释放出来[1]。作为高效、专一性和选择性强的蛋白降解途径，UPP几乎涉及植物发育机制的所有方面，其核心是激素反应，包括激素合成、感知和下游信号传导[2-5]。

E2是催化泛素与底物蛋白结合的第二个酶，在UPP酶接合级联反应中E2发挥着桥梁和纽带的作用。E2在UBC结构域内含有一个高度保守的半胱氨酸（cysteine）位点，接受从E1泛素复合物转移过来的活化泛素分子后，形成E2-Ub复合物。在E3的协同作用下，E2-Ub复合物把活化的泛素分子转移到底物蛋白上，形成单泛素化或多聚泛素化蛋白，具有泛素标记的蛋白最终被26S蛋白酶体降解[6]。研究表明，E2在DNA修复、植物生长发育和胁迫应答等方面均发挥重要作用。真核生物复制后DNA修复主要由RAD6和RAD18控制，在以RAD6为中心的复制后DNA修复途径中，伤害诱导的PCNA泛素化是DNA修复的前提，而PCNA不同修饰则影响对DNA损伤的抗性[7-8]。DNA损伤诱导染色质相关蛋白磷酸化使RNF8和UBC13聚集到DNA损伤位点，RNF8-UBCl3复合物可独立完成泛素化，进而促RAP80和完整的Brcal A复合物在DNA损伤位点募集完成DNA修复[9-10]。在拟南芥基因组中至少存在37个E2基因，E2可部分决定蛋白泛素化效率和特异性[11]。AtUBC1、AtUBC2和AtUBC3与酵母RAD6基因同源，AtUBC2可互补酵母rad6突变体。AtUBC1和AtUBC2能通过上调拟南芥开花基因（FLC）表达抑制开花，AtUBC3则不参与开花过程的调控[12-14]。拟南芥类E2蛋白—COP10无E2活性，但可通过提高一些E2蛋白活性调控植物的的生长发育过程，UBC19和UBC20除参与分化细胞泛素化反应外，还在细胞周期中发挥关键作用[15-16]。除与DNA修复和植物生长发育相关，E2还在胁迫应答中发挥重要作用。徐晨曦等[17]从耐盐灌木柽柳中获得了一个E2基因，在烟草中异源表达E2基因证明，该基因能提高转基因烟草的耐旱性。Cui等[18]研究发现，拟南芥UBC32在油菜素内酯介导的植物生长和耐盐反应中发挥作用。

巴西橡胶树是一种重要的热带经济林木，它产生的胶乳是天然橡胶的主要原料。中国天然橡胶供需矛盾日益凸显，目前自给率已降至20%以下。中国植胶区域有限，因此提高单产是保障我国天然橡胶供给能力的唯一出路。在影响天然橡胶单产的因素中，橡胶树死皮是主要限制因子之一。Chua[19]研究发现，死皮橡胶树中可溶性蛋白质含量低于健康橡胶树，说明橡胶树死皮发生过程中蛋白质代谢以降解代谢为主。范思伟和杨少琼[20]研究发现，死皮发生发展过程中胶乳组织蛋白酶活性增加，表明乳管细胞蛋白分解代谢增强。Li等[21]进一步研究表明，UPP为橡胶树死皮发生关键调控途径之一。尽管以上研究表明，UPP在橡胶树在死皮中发挥重要作用，但有关UPP在橡胶树中的研究报道较少。本研究从巴西橡胶树中克隆了一个UBC基因—HbUBC14，对该基因进行了生物信息学及在不同组织、死皮和健康橡胶树胶乳、乙烯利（ET）和茉莉酸（JA）处理条件下的表达模式分析，以期为进一步揭示HbUBC14的生物学功能奠定基础。

1 材料与方法

1.1 植物材料

以优良巴西橡胶树品系热研7-33-97为实验材料，该材料于1990年定植于中国热带农业科学院试验农场五队，采用4 d 1刀、1/2螺旋割线加1.5%乙烯利刺激割胶，其中死皮树选用割面不排胶长度为2 cm至1/4割线间的橡胶树。不同组织及健康和死皮橡胶树胶乳均来源于上述材料；ET（乙烯利）和JA（茉莉酸）处理参考Hao和Wu[22]的方法进行，ET和JA的处理浓度分别为1%和0.3%。ET和JA处理植株为2003年定植于中国热带农业科学院试验农场七队的未开割幼树，以不作任何处理的幼树为对照，采集处理后0、4、8、24、48、72和120 h（只取ET处理样品）的胶乳。

1.2 总RNA提取及cDNA第一链合成

根据Xu等[23]的方法提取树皮、胶乳、叶片、花等组织总RNA，用DNase I处理去除RNA中残留的少量DNA。cDNA第一链合成按照RevertAidTM First Strand cDNA Synthesis Kit说明书提供的方法和步骤进行。

1.3 HbUBC14克隆及生物信息学分析

根据橡胶树已知基因片段（TSA：JR349640.1和JT967526.1）拼接序列设计引物HbUBC14F和HbUBC14R（表1），用PyrobestTM DNA酶进行PCR扩增并测序扩增产物以验证基因序列。扩增程序为94℃预变性5 min；94℃变性30 s，50℃退火30 s，72℃延伸1 min，35个循环；72℃延伸7 min。扩增产物回收后连接到pMD18-T载体，挑取阳性克隆送公司测序。

利用DNAstar 7.0查找序列开放阅读框并翻译成蛋白的分子量和等电点。利用在线NCBI保守结构域数据库（http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi）分析HbUBC14蛋白保守结构域、活性部位、硫酯中间体互作残基和E3互作残基。

1.4 HbUBC14表达分析

根据HbUBC14基因序列设计特异引物HbUBC14-RTF和HbUBC14-RTR（表1），以橡胶树18S RNA基因作为内参，采用半定量PCR分析HbUBC14在巴西橡胶树不同组织、死皮和健康橡胶树胶乳及ET和JA处理条件下的表达模式。半定量PCR扩增程序为94℃预变性5 min；94℃变性30 s，55℃退火30 s，72℃延伸35 s，30～35个循环；72℃延伸7 min，扩增产物在1.5%的琼脂糖凝胶中电泳，然后用凝胶成像仪扫描胶图。

2 结果与分析

2.1 HbUBC14克隆及序列分析

在分析健康橡胶树树皮转录组测序数据时发现，2个基因片段（TSA：JR349640.1和JT967526.1）与UBC高度相似[24-25]。通过组装2个基因片段获得长653 bp基因，为验证拼接序列，在基因两端设计引物HbUBC14F和HbUBC14R并进行PCR扩增，回收PCR扩增产物，连接pMD18-T载体并测序。测序结果表明，该基因长653 bp，最长开放阅读框504 bp（图1）；以获得基因为查询序列，在NCBI网站（http：//www.ncbi.nlm.nih.org）进行BLASTX比对，发现该预测蛋白具有一段高度保守的UBC结构域，与拟南芥At3g55380蛋白高度相似，而At3g55380蛋白为拟南芥E2成员UBC14，因此，将从巴西橡胶树中得到的基因命名为HbUBC14。

2.2 HbUBC14生物信息学分析

HbUBC14蛋白包含167个氨基酸，预测分子量为18.66 ku，等电点为5.128。以HbUBC14氨基酸为查询序列，利用NCBI网站在线保守结构域数据库（http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi）预测HbUBC14蛋白保守结构域。从第9到第160位氨基酸为保守的UBC结构域区。此外，HbUBC14还预测到1个活性半胱氨酸位点（第90位）、21个泛素硫酯中间体互作残基和5个E3互作残基（图1）。UBC结构域及上述特征对HbUBC14行使E2功能至关重要。

2.3 HbUBC14在不同组织及死皮和健康橡胶树胶乳中的表达分析

以Hb18S rRNA为内参，利用半定量RT-PCR方法分析HbUBC14在不同组织及死皮和健康橡胶树胶乳中的表达模式。结果表明，HbUBC14在巴西橡胶树胶乳中高表达，接下来是叶片、雌花、雄花、树皮和花药（图2A）。如图2B所示，与健康橡胶树胶乳相比，HbUBC14在死皮橡胶树胶乳中表达量明显下降。

2.4 HbUBC14在乙烯和茉莉酸处理条件下的表达模式分析

HbUBC14在乙烯和茉莉酸处理条件下的表达模式分析如图3所示。ET和JA处理均能调控HbUBC14基因表达。在ET处理下，HbUBC14表达在8 h开始上升，24 h达最大值，之后开始下降，72和120 h基本维持在8h表达水平（图3A）。与ET处理不同，JA处理后HbUBC14表达量持续增加，处理4和8 h 时有所上升，24 h表达量明显增加，72 h表达量达到最大值（图3B）。

3 讨论

E2是UPP的一个重要成员，在UPP酶接合级联反应中起到桥梁和纽带的作用[6]。本研究克隆了1个橡胶树E2成员—HbUBC14，生物信息学分析表明，HbUBC14同其它生物E2蛋白一样，含有高度保守的UBC结构域、半胱氨酸活性位点、泛素硫酯中间体互作残基和E3互作残基，根据以上特征推测HbUBC14可行使E2蛋白功能。序列比对发现，HbUBC14与拟南芥AtUBC14相似性最高，但AtUBC14功能仍不清楚，因此不能通过AtUBC14推测HbUBC14功能[26]。本研究发现HbUBC14表达无组织特异性，但在胶乳中高表达，说明HbUBC14可能在橡胶树胶乳生物合成和代谢中具有重要作用。与健康橡胶树相比，死皮橡胶树中可溶性蛋白质含量显著低于健康橡胶树，死皮发生发展过程中胶乳组织蛋白酶活性增加，说明乳管细胞蛋白分解代谢增强[19-20]。Li等[21]研究发现，死皮相关基因在UPP途径中富集，提出UPP是橡胶树死皮发生关键调控途径。UPP是高度选择性的蛋白降解途径，E2作为UPP途径中的关键成员必然在蛋白选择性降解中发挥重要作用。RT-PCR分析结果表明，HbUBC14在健康橡胶树胶乳中高表达，而在死皮橡胶树胶乳中基本无表达，其是否与死皮橡胶树蛋白含量低相关，还需要进一步实验验证。

在橡胶树中，对ET和JA两个激素的研究和应用较为深入。ET作为橡胶树增产刺激剂，通过延长排胶时间提高橡胶产量[27]，而过度割胶和强乙烯利刺激容易诱发橡胶树死皮[20]；JA能诱导橡胶树乳管分化，乳管分化能力和数目多少是橡胶树是否高产的一个重要标志[22]。本研究结果表明，ET和JA可调控HbUBC14表达，因此可能与ET和JA信号转导相关。综合本研究结果，推测HbUBC14为多功能基因，可能参与橡胶树死皮、ET和JA信号转导、胶乳再生和乳管分化等过程。HbUBC14基因克隆、生物信息学及表达分析为进一步研究HbUBC14在橡胶树中的生物学功能奠定了基础。

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