中华按蚊CPF家族表皮蛋白基因的全基因组鉴定及其特征分析

【目的】鉴定中华按蚊Anopheles sinensis基因组上的CPF家族表皮蛋白基因,分析其基因结构和特征,推测其可能的生物学功能;同时比较研究代表性蚊种的CPF家族基因,提供CPF家族基因的信息框架。【方法】基于中华按蚊An.sinensis、冈比亚按蚊An.gambiae、微小按蚊An.minimus、埃及伊蚊Aedes aegypti、致倦库蚊Culex quinquefasciatus和黑腹果蝇Drosophila melanogaster全基因组序列,以冈比亚按蚊CPF家族基因序列为询问序列,采用BLASTP,TBLASTN和HMM方法鉴定这些物种的CPF家族基因;利用生物信息学方法预测中华按蚊CPF家族基因的结构、剪切模式、信号肽、跨膜区、结构域和3D结构等;采用最大似然法(maximum likelihood,ML)构建这些物种的系统发生关系,推断CPF家族基因的起源和进化。【结果】中华按蚊、冈比亚按蚊、微小按蚊、埃及伊蚊、致倦库蚊和黑腹果蝇全基因组共有4,4,4,3,3和3个CPF家族基因。中华按蚊的CPF基因被分别命名为As CPF1,As CPF2,As CPF3和As CPF4,这些As CPF基因的全长c DNA序列分别为736,2 021,531和1 001 bp,分别编码219,345,148和185个氨基酸。As CPF1,As CPF2和As CPF3仅含有一个内含子,但As CPF4含有3个内含子,所有内含子均为0位内含子。As CPF1,As CPF2,As CPF3和As CPF4分别有3,2,1和2个不同的选择性剪切子。As CPF3的表达量最高,其次是As CPF4,As CPF2和As CPF1。推测的As CPF1,As CPF2,As CPF3和As CPF4的理论分子量分别为22.86,36.47,15.08和18.66 k D,等电点分别为9.08,8.97,9.44和9.16。As CPF家族蛋白含有保守的44个氨基酸基序和C-末端基序;As CPF1,As CPF3和As CPF4具有信号肽,为分泌型蛋白,而As CPF2缺乏信号肽,为非分泌蛋白。二级结构分析显示,4个As CPF均具有α-螺旋,无规卷曲和延伸链,只有As CPF4有一段跨膜片段,位于第5-27位氨基酸。系统发育分析显示,CPF3基因可能是最早分化出来的CPF家族基因,CPF1和CPF2基因可能是同一祖先基因经过一个基因重复事件分化形成的,CPF4基因很可能是按蚊所特有的,是最晚分化出来的CPF基因。以冈比亚按蚊为对照,替换率分析显示,中华按蚊CPF表皮蛋白的Ka/Ks值均小于1,表现出纯化选择。【结论】对中华按蚊CPF家族基因在全基因组上的鉴定和特征分析,及对代表性蚊虫CPF家族基因的比较分析,揭示了蚊虫CPF家族基因的多样性、结构和氨基酸特征以及起源和进化,这为该家族基因的进一步研究和利用提供了信息基础。

Identification and characterization of the CPF family of cuticular protein genes in the genome of Anopheles sinensis (Diptera: Culicidae)