中华按蚊血红素过氧化物酶家族基因的全基因组鉴定、特征和进化

【目的】在全基因组上鉴定中华按蚊Anopheles sinensis血红素过氧化物酶(heme peroxidase,HPX)家族基因,并预测其基本特征,探究双翅目中5种代表性昆虫HPX基因的系统发育关系和进化。【方法】以NCBI数据库中黑腹果蝇Drosophila melanogaster和家蚕Bombyx mori等昆虫HPX基因编码的氨基酸序列为询问序列,通过本地Blast搜索鉴定中华按蚊基因组上HPX家族基因,并鉴定了冈比亚按蚊Anopheles gambiae、致倦库蚊Aedes aegypti和埃及伊蚊Culex quinquefasciatus基因组上的HPX基因;基于冈比亚按蚊HPX基因的命名系统,对中华按蚊HPX基因进行命名;运用生物信息学方法预测了中华按蚊HPX基因的特征,包括基因的结构及在scaffold的定位,氨基酸的替换率和保守结构域,蛋白质3D结构等,通过与冈比亚按蚊共线性分析定位了中华按蚊HPX基因在染色体上的位置;基于HPX核苷酸序列,采用PAUP4.0和MEGA6.0软件利用最大相似法构建了5个双翅目代表性种HPX基因的系统发生树。【结果】中华按蚊基因组共有20个HPX基因,冈比亚按蚊、埃及伊蚊和致倦库蚊基因组分别有18,14和12个HPX基因。这4种蚊虫的HPX蛋白都被分类进入Peroxinectin,Peroxidasin,DBLPX和DUOX 4个亚家族,其氨基酸的分子量介于61.6~186.6 k D之间(除As HPX8为29.6 k D)。中华按蚊20个HPX基因共具有98个外显子,75个内含子,其外显子与内含子分布模式在基因间差异较大。中华按蚊HPX基因被定位到10个scaffold上,对应到冈比亚按蚊的2R,3R,2L,3L和X染色体。这些中华按蚊HPX基因编码的氨基酸序列(除DUOX)都具有1个血红素结合位点和5个Ca^(2+)结合位点,在N端和C端各具有2个半胍氨酸位点并界定了两个二硫键。中华按蚊与冈比亚按蚊同源基因对的ω值都小于1,说明HPX基因在进化过程中没有受到明显的环境选择压力。系统发育关系研究表明,5种双翅目昆虫的HPX基因可以分为16个组,其中11个组在进化上呈明显的单系,具有至少83%的bootstrap支持。【结论】本研究提供了中华按蚊的HPX基因的基础信息。不同蚊虫种具有相似分子量的HPX蛋白,这与HPX家族蛋白结构的高度保守性有关。蚊虫的DUOX随着主要功能位点的缺失逐渐失去其功能,这与其特殊环境适应相关。DBLPX亚家族的peroxidase结构域在HPX家族所有亚家族中是最保守的。