节旋藻镍铁氢化酶大小亚基基因的克隆及同源性分析

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q9节旋藻含有丰富的蛋白质、维生素、不饱和脂肪酸及多糖等生物活性物质,有极高的营养价值和医疗价值,故越来越受到人们的重视,已成为许多国家努力开发利用的一种新型的最有前途的微藻资源之一,也已成为我国最大的微藻养殖产业。  长期以来,节旋藻(螺旋藻)的分类主要以传统的形态学特征为依据。节旋藻(Arthrospira)与螺旋藻(Spirulina)为同一科内的不同属,二者在分类与命名上存在长期的争议,这使严重制约了节旋藻(螺旋藻)产业的发展。也影响了螺旋藻属与节旋藻属间、属内不同种间以及种内不同品种(系)间的鉴定。因此,对其在属、种、品系水平上进行区分,建立准确可信的系统发生关系是十分有意义的。  本实验以生长于鄂尔多斯高原碱湖的钝顶节旋藻、鄂尔多斯节旋藻和方胞节旋藻以及实验室培养的非洲Card湖钝顶节旋藻、墨西哥Texcoco湖极大节旋藻基因组DNA为模板,根据参考文献和GenBank公布的节旋藻双向氢化酶基因大、小亚基部分序列设计引物,克隆获得5个样品hoxY、hoxH基因部分序列,并对其进行测序、同源性分析。由基因序列推出对应氨基酸序列,分析其特性。GenBank中blast搜索出同源性较高的基因序列构建系统发生树,并分析了亲缘关系。  研究结果表明,5个节旋藻样品hoxY基因和hoxH基因部分序列长度分别为479bp和1349bp。5个样品间hoxY、hoxH基因部分序列同源性均很高,说明了节旋藻属内不同种间hoxY、hoxH基因序列变化很小,即hoxY、hoxH基因保守性很高。5个样品hoxY和hoxH基因部分序列的GC含量分别在45.1%~46.8%和44.8%~46.0%范围,表明了进化过程中节旋藻属内不同种间氢化酶大、小亚基基因GC含量变化很小。  由5个节旋藻样品hoxY和hoxH基因部分序列推定的对应多肽链中分别包含158和449个氨基酸。氨基酸序列中均有一些变异,但在小亚基的氨基酸序列中能找到[FeS]簇形成有关的保守性氨基酸——半胱氨酸(C)。大亚基5段序列中均包含2个NiFe氢化酶共有的保守区域:RGXEX16RXCGXCXXXH和DPCXSCXXH,其中包含2对Ni结合位点的半胱氨酸。5个样品氢化酶小亚基、大亚基理论等电点(TheoreticalpI)分别介于4.56~4.68和5.65~5.73。亲水性(Grandaverageofhydropathicity)在小亚基中均小于0,大亚基中介于37.8~39.8之间。不稳定系数(Theinstabilityindex)小亚基的在39.05~45.62之间,大亚基的均小于0。  hoxY、hoxH基因部分序列同源性分析均表明,节旋藻属内不同种及同种不同品系间同源性很高,而节旋藻与螺旋藻间同源性相对低,这一结果很好的体现了传统分类关系。  hoxY基因聚类分析均表明,生长在不同环境下的钝顶节旋藻(A1与A4)基因序列发生了一定的变异。  hoxY、hoxH基因序列的聚类分析均表明,生长在同一环境中不同种(A2、A3)亲缘关系更近,二者在分子水平上可能产生了趋同适应;节旋藻属内钝顶节旋藻与极大节旋藻的亲缘关系比其它种更近;节旋藻属与螺旋藻属相比,节旋藻属内不同样品间的亲缘关系较近,而与螺旋藻的亲缘关系相对远一些。这一聚类分析结果与传统分类相符。就是说,在hoxY、hoxH基因水平上很好地区分了节旋藻和螺旋藻,氢化酶大、小亚基基因的分析可以作为蓝藻快速直接鉴定的方法。
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