硒代谢新基因的比较基因组学研究[20200509190319]
摘要：微量元素指占生物体总质量0.01%以下，且为生物体所必需的一些元素。自从发现硒属于人类和动物的微量元素后，大量研究针对硒在人体内的作用机制展开。硒在代谢中发挥的重要作用以及硒在疾病 预防方面的作用都凸显出硒对生命的重要性。而硒与疾病的关系涉及许多领域，如医学、分子生物学、基因组学及蛋白质组学等。而对硒的计算生物学研究工作却是比较有限。本文以昆虫为切入点，着重介绍利用比较基因组学的理论和方法，来研究与硒代谢相关且在生物中较有代表性的硒蛋白。通过比较基因组学分析，为进一步认识硒在生命科学领域的研究提供新的视角和理论基础。
 *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: ￥351916072￥ 
关键字:硒；蛋白质组；比较基因组学；生物信息学
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 背景2
1.1 生物信息学2
1.2 比较基因组学2
1.3 硒蛋白的合成机制3
1.4 硒蛋白3
1.5 硒的比较基因组学研究4
2 方法5
2.1 收集基因组序列5
2.1.1 找出节肢动物中有基因组数据的物种5
2.1.2 下载基因组序列5
2．2 确定物种是否利用硒5
2.2.1 TBLASTN搜索5
2.2.2 进一步确认是否含有SPS25
2.3 确定物种是否利用硒 6
3 结果与分析 6
3.1与硒代谢相关的蛋白质 6
3.2 果蝇蛋白质序列 6
3.3 显著基因的蛋白质打分 7
4 讨论 7
致谢8
参考文献8
表1 主要的硒蛋白家族4
表 2 选取的20个物种以及SPS2的存在情况6
表 3 蛋白质分数统计7
表 4 部分显著基因7
附录1 9
硒代谢新基因的比较基因组学研究
引言
硒是一种人和很多生物体都必需的微量元素，具有重要的抗氧化功能，与糖尿病、癌症、AID等重大疾病都有密切关系[1]。生物必需微量元素硒在体内主要通过硒蛋白发挥作用[2]。
在有关硒蛋白的研究领域，硒蛋白基因组学的研究显得尤为重要。硒蛋白识别的传统方式是采用生物化学手段进行蛋白质中硒代半胱 *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: ￥351916072￥ 
氨酸（Sec）的分析测定。整个过程非常复杂，导致硒蛋白的鉴定与新硒蛋白的发现在历史上进展比较缓慢。随着基因组测序工作的快速进行，创建通用型计算机软件以识别不断积累的基因组数据库中的硒蛋白，即硒蛋白基因组学，已经成为了一个在硒研究领域的重要课题。
硒蛋白基因组学不仅能发现新硒蛋白，并且能通过各种同源信息预测硒蛋白的功能。因此用比较基因组学预测与硒代谢有关的蛋白是种有效的方式[3]。
大部分动物都是可以利用硒的。在节肢动物中，多数水生节肢动物可以利用硒，且包含很多同样存在于其他物种的硒蛋白，而很多昆虫中则多数硒蛋白丢失或者被含半胱氨酸的同源蛋白所取代，例如果蝇和蚊子中已知的硒蛋白都只有3种，蜜蜂只有一种硒蛋白，甚至有些物种（如家蚕）完全没有硒蛋白，同时也丢失了硒蛋白合成需要的几种关键酶[4]。因此认为硒代谢在节肢动物中处于快速进化的状态。这里本身物种进化距离短，但是硒代谢有明显差异特征，可以通过比较基因组学的方法来找到与硒代谢有一致进化特征的基因，进而发现新的硒代谢相关基因及通路。
1 背景
在人类基因组计划的影响下，分子生物学的主要目标已经从传统的单个基因研究转向对生物整个基因组结构与功能的研究上。生命科学正从全新的视角研究及探讨生长与发育、遗传与变异、结构与功能以及健康与疾病等生物学与医学基本问题的分子机理。在有关硒蛋白的研究领域，硒蛋白基因组学的研究显得尤为重要。
1．1 生物信息学
生物信息学是生命科学、计算机科学、现代信息科学、数学、物理学以及化学等多个学科交叉结合形成的一门新学科，是利用信息技术和数学方法对生命科学研究中的生物信息进行存储、检索和分析的科学。随着生物信息数据的爆炸性增长，利用电子数据库的储存和分析数据变得至关重要[5]。
自上世纪八十年代至今，生物信息学已得到了快速发展，已对基因组分析、大分子的结构和功能、生化途径、疾病发生以及进化相关等诸多重要的生物学问题展开了研究。其研究成果不仅将极大地推动生命科学相关学科的发展，还将对农学、医药、食品和环境等领域产生巨大的影响，很有可能引发新的产业革命。
至今为止, 国际上三大核苷酸、蛋白质数据库分别是: 美国国家生物技术信息中心( NCBI) 的GenBank 数据库( http: Mwww. ncbi. nlm. nih. gov ) 、欧洲生物信息学研究所( EBI) 的核酸序列数据库EMBL ( http: Mwww. ebi. ac. uk/embl ) 和日本信息生物学中心( CIB) 的DNA 数据库DDBJ(http: Mwww. ddbj. nig. ac. uk/ embl ) 。为了使得数据库内的数据同步，这三大数据库每天都会交换数据[6]。
1．2 比较基因组学
比较基因组学是研究不同基因组之间的结构和功能关系的学科，但是比较基因组学并不仅仅局限于基因组水平，它对蛋白质组、染色体定位等方面均可以涉及，其关键目的在于通过对这些信息的基因组内或基因组间的比较和分析来找出基因或蛋白质等的功能、相互的联系，以及进化历程，为人类健康和疾病等方面的研究提供参考。
随着人类基因组计划的完成，大量的序列需要去注释，然而不可能轻易地以人为实验对象去验证这些基因的功能，这时对模式生物和比较基因组学的研究就尤为重要。人们可以在模式生物中研 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: ￥351916072￥ 
究某种基因的各种性质，然后以序列的相似性或同源性去推测人的相关基因的功能，进而解决实际问题。
利用比较基因组学可以构建生物的系统进化关系，并发现其中的规律和特征，例如水平基因转移，线粒体和叶绿体的内共生学说等，都是在比较基因组学的基础长得到的，这对于我们认识自然，认识自身都是极具意义的。
单核苷酸多态性也是研究的热点之一，对于人类个体间的比较基因组学的研究可以帮助人们认识疾病与单核苷酸多态性之间的关系，预测疾病的发生，进而实现个体化医疗。
1．3 硒蛋白的合成机制
在硒酶和硒蛋白中，硒总是以Sec的形式存在并位于硒酶的活性中心，而Sec插入蛋白质的合成过程受其mRNA的框内UGA密码子和它下游链的茎环（stem-loop）二级结构所控制，这种特殊的茎环结构称为硒代半胱氨酸的插入元件（SECIS）[7]。
在64个密码子中，UGA密码子是比较特殊的一个，它有双重功能。通常情况下，它是蛋白质合成过程中的终止码，但当真核生物mRNA的3’非翻译区（3’-UTR）出现SECIS时，UGA码就成了Sec的密码子(真核生物和原核生物硒蛋白合成的机理有一定的差别。在真核生物中，SECIS位于硒蛋白mRNA的3’-UTR区，对于原核生物，这个SECIS就紧跟在UGA码之后)。
正是基于硒蛋白基因的这种特殊性质，使得采用生物信息学的方法可以从基因组中获得硒蛋白的信息[8]。
在真核生物硒蛋白合成过程中有几种关键酶是硒代谢过程中不可缺少的，如SecS(selenocysteinyl-tRNA synthase，硒代半胱氨酸合成酶)，eEFSec(eukaryotic elongation factor, selenocysteine-tRNA-specific，硒代半胱氨酸延长因子)，SPS2(selenophosphate synthetase 2，硒磷酸合成酶)，SBP2(SECIS-binding protein 2，SECIS结合蛋白)，PSTK(phosphoseryl-tRNA kinase，磷酸丝氨酰-tRNA激酶)等，可以用这些蛋白质是否存在来判断生物体是否可以利用硒，特别其中SPS2本身就是一种硒蛋白，更具有代表性。

原文链接：http://www.jxszl.com/swgc/spzlyaq/12940.html