0 引言 Introduction

成骨细胞(osteoblast，OB)主要由骨膜和骨髓基质的间质细胞分化而来[1]，具有特异的分泌多种生物活性物质的功能，与破骨细胞协同作用，对骨的形成和重建过程进行调节，维持骨骼的代谢平衡[2-3]。成骨细胞特异性因子2是成骨细胞及其前成骨细胞分泌的一种细胞外基质蛋白，具有促进细胞黏附和细胞迁移等功能[4-5]。细胞外基质蛋白除了参与细胞外基质的重建，还对基质蓄积及细胞基质相互作用及纤维化进行调节[6]。成骨细胞特异性因子2 分子包含一个特有的信号序列，结构分析显示属Fasciclin 家族[7]。目前，Fasciclin 基因家族的保守结构、蛋白特性及系统发育关系尚无系统的研究。

为探讨成骨细胞特异因子Fasciclin 基因家族的进化历史，实验对鱼类(斑马鱼)、两栖类(非洲爪蟾)、鸟类(鸡)、爬行类(中华鳖)、哺乳类(大鼠及小鼠)和灵长类(黑猩猩及人)8 个物种Fasciclin 基因家族的起源、物种进化过程中的演化历史进行深入的研究，从Fasciclin 基因家族的保守结构、蛋白特性及系统发育关系进行系统的比较分析和归纳总结，为研究动物中特定的组织或器官的形成和疾病产生相关基因家族的起源和进化提供了一个独特的视角。

1 资料和方法 Data and methods

1.1 设计 基因组学分析。

1.2 时间及地点 于2019 年2 月至8 月在锦州医科大学附属第一医院临床生物信息学研究所完成。

1.3 资料来源 从Ensembl Genome Browser 数据库( ( 基因家族保守结构域的Profile HMM ()文件信息。

表1 ｜各种动物的数据信息Table 1 ｜Information of animals物种中文名称物种英文名称物种拉丁名称基因组大小(bp)染色体和质粒数目GenBank ID斑马鱼 Zebrafish Danio rerio 1 412 464 843 26 GCA_非洲爪蟾Xenopus Xenopus tropicalis 1 511 717 716 / GCA_鸡 Chicken Gallus gallus domesticus 1 046 932 099 34 GCA_中华鳖 Chinese soft shell turtle Pelodiscus sinensis 2 202 466 388 / GCA_000.1小鼠 Mouse Mus musculus 2 796 638 596 22 GCA_大鼠 Rat Rattus norregicus 2 909 698 938 22 GCA_黑猩猩 Chimpanzee Pan troglodytes 3 323 267 922 26 GCA_人类 Human Homo sapiens 3 228 143 073 25 GCA_

1.4 实验方法

1.4.1 Fasciclin 基因分析 根据从Pfam 下载得到的Fasciclin基因家族保守结构域的的Profile HMM 文件，利用HMMER 3.0软件的HMMsearch 检索斑马鱼、非洲爪蟾、鸡、中华鳖、小鼠、大鼠、黑猩猩及人类全基因组的蛋白质序列文件，以“Trusted cutoff”作为筛选条件，并以e 值1e-05 做为阈值，获取8 个物种中Fasciclin 蛋白家族的候选基因。利用Inter-ProScan ( 蛋白家族保守结构域的Profile HMM profile 信息()，验证其编码蛋白中存在Fasciclin 相关结构域，确定8 个物种的Fasciclin 蛋白家族的目标基因。

1.4.2 Fasciclin 蛋白保守结构域和Motif 结构分析 利用Inter ProScan ( 个物种中的Fasciclin 基因的蛋白质序列进行保守结构域和保守的Motif分析，以确定Fasciclin基因的蛋白质序列的结构特征。

1.4.3 Fasciclin 蛋白信号肽和蛋白特性分析 利用蛋白质信号肽在线分析软件TargetP 1.1( 蛋白质序列的信号肽区域进行分析，以获取8 个物种Fasciclin 基因的蛋白质序列的信号肽信息。利用在线分析软件ProtParam( 蛋白的等电点(Theoretical pI)、理论分子量(molecular weight， Mw)和GRAVY(Grand average of hydropathy)进行分析，以获取8 个物种Fasciclin 基因的蛋白质信息。

1.4.4 构建Fasciclin 蛋白家族的系统发育树 利用ClustalW[12]，以Gap Opening 值为10，Gap Extension 值为10，以及Protein Weight Matrix 设置为Gonnet series， Alignment 设置为Do Complete Alignment 为参数，对获取的8 个物种的Fasciclin 蛋白序列进行多序列比对，利用MEGA 5.0( 值设置为1 000，采用Neighbor-Joing 模型构建系统发育树。根据Pfam 结构域类型和进化关系对各家族成员进行分类。

1.5 主要观察指标 各物种的基因结构、结构域特征、生化特征、进化关系和表达特性。

2 结果 Results

2.1 Fasciclin 基因的鉴别与分析 利用Fasciclin 基因家族保守结构域的HMM profile，从选取的8 个物种中共鉴定出36 个Fasciclin 基因，见表2，其中斑马鱼5 个、非洲爪蟾5 个、鸡4 个、中华鳖5 个、小鼠5 个、大鼠4 个、黑猩猩4 个、人类4 个；蛋白数目36 628-58 074 个。

表2 ｜各物种中Fasciclin 基因的鉴别与分析Table 2 ｜Identification and analysis of Fasciclin genes in various species物种名称 英文名称 Fasciclin基因cDNA 的数目mRNA 的数目Protein数目基因数占蛋白数百分比(%)斑马鱼 Zebrafish 5 36 628 4 714 36 628 0.013 651非洲爪蟾 Xenopus 5 43 859 1 306 43 859 0.011 400鸡 Chicken 4 40 571 1 558 40 571 0.009 859中华鳖 Chinese soft shell turtle 5 48 910 1 042 48 910 0.010 223小鼠 Mouse 5 56 845 8 036 56 845 0.008 796大鼠 Rat 4 58 074 1 713 58 074 0.006 888黑猩猩 Chimpanzee 4 56 687 8 681 56 687 0.007 056人类 Human 4 48 418 20 168 48 418 0.008 261