绿蜥蜴bHLH转录因子家族成员分类及进化分析

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高度保守的碱性螺旋-环-螺旋(bHLH)转录因子参与调控一系列发育过程,包括神经发生、性别决定、中肠发育、细胞增殖与分化等。这些蛋白组成一个转录因子超家族,普遍存在于真核生物中。绿蜥蜴(Anolis carolinensis)常被用作模式生物进行物种功能、生态以及进化领域的实验室基础研究。绿蜥蜴是第一个被全基因组测序的爬行类动物,它测序的完成连接了鱼类与哺乳类动物之间的进化空缺,但关于绿蜥蜴bHLH转录因子方面的研究却鲜有报道。  bHLH转录因子包含一段长约60个氨基酸残基的bHLH基序,该基序具有两个高度保守、功能各异的结构元件,即碱性区域和螺旋-环-螺旋区域。动物中,根据bHLH进化关系、DNA结合序列和功能特征的不同,将其分为45个家族和6个主要组。除bHLH结构域外,进化或功能上相近的某一组bHLH蛋白通常具有一些特殊结构域或基序,其中最为常见的包括PAS、Orange、“WRPW”肽和亮氨酸拉链(LZ)结构域等。本论文系统研究了绿蜥蜴bHLH蛋白家族的鉴定与分类、bHLH转录因子超家族的进化关系,主要结果如下:  第一,从绿蜥蜴基因组内鉴定出了102个bHLH家族成员,并根据组内进化分析将其归为43个家族,其中43、24、16、3、10和3个成员分别隶属于A、B、C、D、E和F六个组,剩余的3个成员被归入“孤儿”家族。此外,还对早期关于人类、小鼠、斑胸草雀、斑马鱼、果蝇以及秀丽线虫bHLH的报道数据进行了更新与完善,最终将其bHLH家族成员数目分别确定为117、116、86、148、59和45个。  第二,序列比对结果显示,绿蜥蜴A、B和E组成员基本符合“5-8-13”特征性氨基酸位点,D和F组成员比其他组更为保守。对绿蜥蜴bHLH全长序列结构域分析,显示多数情况下蛋白结构域的分布在同一组内保守。根据内含子相对位置和相位的不同将其归为34种剪切类型,类型Ⅰ到Ⅻ总共占到全部bHLH基因的89.7%,且大多数来自于同一家族的成员具有相同的内含子类型。绿蜥蜴bHLH蛋白序列及其编码区域特征的分析,为前文仅借助bHLH基序构建进化树进行分类的可靠性提供依据。  第三,本文所分析的物种中,发现除秀丽线虫以外几乎所有bHLH成员都聚在了对应的45个家族之内,而绿蜥蜴bHLH转录因子分布于43个家族,在Delilah和Mnt两个家族内没有成员被发现;绿蜥蜴和小鼠或人类bHLH构建进化树,91个成员分别与小鼠或人类bHLH成员形成单进化支,说明bHLH在动物进化过程中较为保守。bHLHZ家族被分为三个亚组,该家族中除Mnt、Max、TF4和AP4(单拷贝)外,其他家族都发生了不同程度的家族成员扩增。对E组成员的分析发现该组的扩增发生在H/E(spl)家族,而非Hey家族,且进化分析以及染色体定位说明H/E(spl)家族的扩增可能是由基因组复制和基因串联式复制引起的。  本研究采用生物信息学的方法成功地对绿蜥蜴bHLH转录因子家族成员进行了鉴定与分类,填补了绿蜥蜴bHLH方面的研究空缺。这些结果将会对研究bHLH蛋白在生物体生长和发育的重要调控过程中所起生物学功能,以及动物bHLH基因多样性进化分析提供有用信息,也希望它可以为进一步揭示真核生物进化机制的奥秘提供新的视野。
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