非洲爪蟾的碱性螺旋-环-螺旋转录因子的鉴定与初步分析 Genome-Wide Survey, Identification and Preliminary Analysis of Xenopus Laevis Bhlh Transcription Factors

doi:10.12677/hjbm.2011.11002

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Hans Journal of Biomedicine生物医学, 2011, 1, 6-16

http://dx.doi.org/10.12677/hjbm.2011.11002 Published Online July 2011 (http://www.hanspub.org/journal/hjbm/)

Genome-Wide Survey, Identification and Preliminary

Analysis of Xenopus Laevis Bhlh Transcription Factors

Wuyi Liu 1,2

1 Department of Biology Science, Fuyang Normal College, Fuyang

2Department of Scientific Research, Fuyang Normal College, Fuyang

Email: lwycau@yahoo.com.cn

Received: May 15th, 2011; revised: Jun. 25th, 2011; accepted: Jun. 30th, 2011.

Abstract: The basic helix-loop-helix (bHLH) transcription factors play essential roles in the regulation of

eukaryotic growth and development and gene transcription. In this study, we conducted a genome-wide

survey using the Xenopus Laevis ongoing genome project databases, and identified 98 bHLH sequences in

Xenopus Laevis genome. Phylogenetic analyses revealed those bHLH genes belong to 32 families in the

super-groups (A-F) in this research. Gene Ontology (GO) enrichment statistics showed 42 significant GO

annotations counted in frequency. Statistical analysis of the Gene Ontology annotations showed that these 98

bHLH proteins tend to be related to transcription regulator activity (GO: 0030528), regulation of transcription

(GO: 0045449), DNA binding (GO: 0003677), transcription (GO: 0006350), DNA-dependent regulation of

transcription (GO: 0006355), expected from the common GO categories of transcriptional factors. A number

of bHLH genes play regulation significant role in special development or physiology processes, such as

muscle organ development and eye development. This preliminary study provides useful information for

further researches on Xenopus Laevis.

Keywords: Transcription Factor; Gene Ontology; Genome-Wide Analysis

非洲爪蟾的碱性螺旋–环–螺旋转录因子的

鉴定与初步分析

刘武艺1,2

1阜阳师范学院生物系，阜阳

2阜阳师范学院科研处，阜阳

Email: lwycau@yahoo.com.cn

收稿日期：2011年5月15日；修回日期：2011年6月25 日；录用日期：2011 年6月30 日

摘要：碱性螺旋–环–螺旋(bHLH)转录因子在真核生物的生长发育相关的基因表达调控过程中发挥

着重要的作用。本文根据现有非洲爪蟾基因组数据，利用生物信息学方法初步鉴定爪蟾的 bHLH 基因，

收集了其结构、家族分类和 GO功能富集等信息，进行了初步分析。结果，在非洲爪蟾基因组数据库

中共发现 98 个bHLH 转录因子，它们可以分别归到 6大组(A-F)的32 个亚家族中。通过基因本体论(GO)

的富集分布统计发现有 42 个显著富集分布的 GO注释语句，其中转录调控活性(GO: 0030528)、转录

调控(GO: 0045449)、DNA 结合(GO: 0003677)、转录(GO: 0006350)和DNA 依赖的转录调控(GO: 0006355)

等出现的频率很高，表明这些 GO 术语是爪蟾 bHLH 基因的共同功能；此外，许多爪蟾bHLH基因在

一些重要的发育或生理过程(如肌肉器官和眼的发育)中发挥着重要的调控作用。这些研究结果将有助

于进一步的研究。

关键词：转录因子；基因本体论；基因组分析

1. 引言

转录因子(transcription factor)，又称反式作用因

子，指能够与真核基因顺式作用元件(cis acting

element)发生特异的相互作用并对转录有激活或抑制

作用的 DNA 结合蛋白，转录因子调控复杂的蛋白间

互作网络[1]。典型的转录因子含有 DNA 结合区、转

刘武艺非洲爪蟾的碱性螺旋–环–螺旋转录因子的鉴定与初步分析 |

录调控区、寡聚化位点及核定位信号区等[1-5]。有关转

录因子结构和功能的研究是动植物分子生物学研究

的前沿领域，转录因子因其含有DNA 结合蛋白的不

同可以划分为不同的基因家族[1-3]。碱性螺旋–环–螺

旋(basic helix-loop-helix，bHLH)转录因子是目前最大

的转录因子家族之一，并被公认为在细胞增殖与分

化、肌肉形成、神经元、肠和血、性别决定等遗传发

育过程中具有重要作用[4-8]，许多课题组对bHLH 转录

因子展开了研究。最早报道的是鼠转录因子 E12 和

E47[9]，后来的研究将动物 bHLH 转录因子划分为 6

大类，这些大类又细分为 45 个亚类或蛋白家族

[4,6,10,11]。现在，动物的 bHLH 家族成员的分类、进化

及功能分析现已积累大量资料，且基本清楚各家族组

成及成员的功能。由于生物物种基因组测序和全基因

组草图绘制工作的陆续完成，越来越多的转录因子被

分析和鉴定出来，这就为从整体上研究某物种转录因

子的功能和进化等重要问题提供了可能。因此，从全

基因组角度研究某一类型的转录因子或调控因子具

有重要的意义。现今，动物 bHLH 转录因子家族已经

在人、小鼠、大鼠、鸡、蚕、蜜蜂等许多物种的基因

组中被鉴定和研究[4-17]。但在非洲爪蟾(Xenopus laevis)

基因组中尚未进行有关的研究。

非洲爪蟾是较早用于生物医学的重要模式动物

之一[19]。本研究以Atchley et al. (1999)的bHLH 转录

因子分类原则[10]，Ledent et al. (2001, 2002)定义的 45

个bHLH 代表性基序(domains)和118 个人 bHLH 基因

序列为鉴定标准[6,11]，从非洲爪蟾的基因组数据库鉴

定出 98 个bHLH 转录因子，进行基因本体论(Gene

Ontology，GO)富集分析，以期分析和了解这些bH LH

基因的功能信息。

2. 材料与方法

2.1. BLAST搜索和 bHLH 转录因子的鉴定

根据 Atchley et al. (1999)的bHLH 转录因子分类

原则和 Ledent et al. (2001, 2002)定义的 45 个代表性

bHLH 基序[6,11]进行TBLASTN 和BLASTP，搜索候选

bHLH 基序。其中，每条序列都被用于对 NCBI 的非

洲爪蟾的基因组数据库[19]进行反复搜索(http://

www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/guide/frog/) ，搜索的严

谨值设为 E < 10，以获取所有可能的 bHLH 序列。同

时，我们也检索蛙蟾数据库 Xenbase[20]，最后根据

scaffold 或基因克隆(genomic clone)的编号、编码区、

基因和蛋白获取号、序列比对的结果等信息，去除冗

余序列，得到最终采用的bHLH 因子序列。

2.2. 序列比对和基序比较

通过 BLAST 搜索得到的爪蟾蛋白质序列，用

ClustalX 2.0[21]进行比对，接着用GeneDoc 2.6[12]做保

守序列的分析和比较。

2.3. 基因本体(Gene ontology，GO)注释的富集

分布分析

利用 DAVID生物信息工具[22,23]做GO 注释的富

集分析，富集分布的显著性 P值和假阳性率(False

positive rate，FDR)均被控制在 0.05 以下。

2.4. BHLH同源基因的系统发育分析

系统发育分析(Phylogenetic analyses)用最大似然

估计软件 PHYML 2.4.4[24]和贝叶斯推断软件Mrbayes

3.12[25]进行系统发育树推断。其中，贝叶斯推断采用

两个独立的马科夫链进行推断(进行 14,000,000 步马

科夫链抽样，抽样频率为每代抽样100个)，取 50%

一致树作为最终的系统发育树。

3. 结果与讨论

3.1. 爪蟾 bHLH 转录因子的鉴定

利用上述 bHLH 代表性基序、TBLASTN 和

BLASTP算法及系统发育分析，搜索鉴定得到了 98

条爪蟾的 bHLH 序列(图1、表1)。图 1所示的 bHLH

转录因子名称通过与人的同源序列(homolog)的系统

发育树分析得到。若一条人的 bHLH 因子拥有两个以

上爪蟾同源序列，我们将之分别标注为 a、b、c，或 1、

2、3等名称。例如，人的 Hath5 和Hath4a 在爪蟾基

因组中发现有两个同源序列，那么爪蟾的相应同源序

列就会被命名为 Xath5a、Xath5b，和 Xath4a1、Xath4a2。

本研究发现，爪蟾的 98个bHLH 转录因子分别有39、

22、13、5、16和3个因子可以被归类到 6个高阶组

(high-order group)A-F 的32 个小家族；而某些小家族，

如Mist、Beta3、Oligo、Net、Delilah、MyoRb 、PTFa、

TFb、AP4、MLX 和TF4 等家族的成员没有 P

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Figure 1. Alignment of 98 Xenopus laevis bHLH domains (conserved sites are shaded and highly conserved sites are shaded in black)

图1. 98个非洲爪蟾 bHLH 基因基序的蛋白质序列信息(保守位点被涂上了阴影，其中高度保守的位点涂布了黑色的阴影)

刘武艺非洲爪蟾的碱性螺旋–环–螺旋转录因子的鉴定与初步分析 |

Table 1. 98 bHLH genes in phylogenetic analysis and protein identification information

表1. 98个bHLH基因的系统发育分析和蛋白质鉴定信息

各因子与人同源序列的系统发育分析信息

bHLH

基因家族

基因

名称同源基因 ML自展值(%) BI后验概率(%)

蛋白质获取号

ASCa Xash1 Hash1 n/m* 80 NP_001079247.1

ASCa Xash2 Hash2 96 67 NP_001085994.1

ASCb Xash3a

Hash3a

Hash3b

Hash3c

n/m n/m NP_001079106.1

ASCb Xash3b

Hash3a

Hash3b

Hash3c

n/m n/m NP_001079125.1

MyoD Myf3a Myf3 93 83 NP_001079366.1

MyoD Myf3b Myf3 93 83 NP_001081292.1

MyoD Myf4a Myf4 82 99 NP_001079326.1

MyoD Myf4b Myf4 88 99 NP_001079199.1

MyoD Myf5 Myf5 51 59 NP_001095249.1

MyoD Myf6a Myf6 n/m* 94 NP_001081477.1

MyoD Myf6b Myf6 n/m* 94 NP_001088572.1

E12/E47 E2A E2A 82 n/m NP_001080409.1

E12/E47 TCF3 TCF3 n/m* 88 NP_001079668.1

Ngn Xath4a1 Hath4a 97 100 NP_001081802.1

Ngn Xath4a2 Hath4a 97 100 NP_001081804.1

Ngn Xath4b Hath4b 83 91 NP_001128257.1

NeuroD NDF1 NDF1 82 97 NP_001079263.1

NeuroD NDF2 NDF2 82 97 NP_001085596.1

Atonal Xath2 Hath2 n/m* 79 NP_001079218.1

Atonal Xath3 Hath3 97 99 NP_001081213.1

Atonal Xath5a Hath5 95 100 NP_001079289.1

Atonal Xath5b Hath5 95 100 NP_001079290.1

Mesp Mesp1a

Mesp1

Mesp2

pMesp1 n/m n/m NP_001128698.1

Mesp Mesp1b

Mesp1

Mesp2

pMesp1 n/m n/m NP_001091431.1

Mesp Mesp2a

Mesp1

Mesp2

pMesp1

n/m n/m NP_001079050.1

Mesp Mesp2b

Mesp1

Mesp2

pMesp1

n/m n/m NP_001081641.1

Mesp pMeso1 pMesp1 99 100 NP_001083813.1

Mesp pMeso2 pMesp1 99 100 NP_001136111.1

Twist Twist1 Twist1

Twist2 98 n/m NP_001079352.1

Twist Twist2 Twist1

Twist2 98 n/m NP_001091211.1

Paraxis Paraxis Paraxis 62 77 NP_001087941.1

Paraxis Sclerax Sclerax 80 100 NP_001092152.1

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MyoRa MyoRa MyoRa1

MyoRa2 82 100 NP_001085957.1

Hand Hand1 Hand1 92 100 NP_001079128.1

Hand Hand2a Hand2 98 100 NP_001079108.1

Hand Hand2b Hand2 98 100 NP_001107665.1

SCL Tal1 Tal1 n/m* 56 NP_001081746.1

NSCL NSCL1 NSCL1 n/m* 100 NP_001081852.1

NSCL NSCL2 NSCL2 89 100 NP_001088421.1

SRC SRC1 SRC1 98 100 NP_001154867.1

SRC SRC2 SRC2 92 100 NP_001081139.1

SRC SRC3 SRC3 78 99 NP_001081732.1

Figα Figα Figα 87 100 NP_001088667.1

MYC l-Myc1 L-Myc1 99 100 NP_001081340.1

MYC l-Myc2 L-Myc2 54 100 NP_001079460.1

MYC n-Myc1 n-Myc 71 99 NP_001079365.1

MYC n-Myc2 n-Myc 71 99 NP_001084122.1

MYC v-Myc v-Myc 88 100 NP_001080349.1

Mad Mxi1 Mxi1 n/m 97 NP_001089170.1

Mad Mad1 Mad1a n/m* 71 NP_001090200.1

Mad Mad3 Mad3 99 100 NP_001090188.1

Mad Mad4a Mad4 84 97 NP_001079167.1

Mad Mad4b Mad4 84 97 NP_001084456.1

Mnt Mnt Mnt 72 99 NP_001089310.1

MAX MAX1 MAX 86 100 NP_001079118.1

MAX MAX2 MAX 86 100 NP_001089042.1

USF USF1 USF1 98 100 NP_001089471.1

USF USF2 USF2 99 100 NP_001088134.1

USF USF3 USF3 99 100 NP_001088700.1

MITF TFE3 TFE3 91 88 NP_001088215.1

SREBP SREBP2 SREBP2 82 97 NP_001085554.1

Clock Clock Clock 100 100 NP_001083854.1

ARNT ARNT1 ARNT1 n/m* 100 NP_001082130.1

ARNT ARNT2a ARNT2 99 100 NP_001080540.1

ARNT ARNT2b ARNT2 99 100 NP_001083622.1

Bmal Baml1a Bmal1 n/m* 59 NP_001089024.1

Bmal Baml1b Bmal1 n/m* 59 NP_001089031.1

AHR AHR1 AHR1 91 100 NP_001082693.1

AHR AHR2 AHR2 94 100 NP_001121349.1

Sim Sim2 Sim2 82 97 NP_001079101.1

HIF Hif1α1 Hif1α 99 54 NP_001086426.1

HIF Hif1α2 Hif1α 99 54 NP_001080449.1

HIF EPAS1a EPAS1 87 92 NP_001085564.1

HIF EPAS1b EPAS1 87 92 NP_001085718.1

Emc Id2a Id2 75 69 NP_001087639.1

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Emc Id2b Id2 75 69 NP_001081902.1

Emc Id3a Id3 96 100 NP_001079535.1

Emc Id3b Id3 96 100 NP_001079757.1

Emc Id4 Id4 89 74 NP_001080704.1

Hey Herp1 Herp1 87 97 NP_001083926.1

H/E (spl) Hes1a Hes1 62 52 NP_001081396.1

H/E (spl) Hes1b Hes1 62 52 NP_001079386.1

H/E (spl) Hes4a Hes4 85 98 NP_001082574.1

H/E (spl) Hes4b Hes4 85 98 NP_001082161.1

H/E (spl) Hes 5 Hes5 92 100 NP_001079464.1

H/E (spl) Esr1a Hes5 92 100 NP_001079236.1

H/E (spl) Esr1b Hes5 92 68 NP_001089096.1

H/E (spl) Esr2 Hes5 92 100 NP_001082163.1

H/E (spl) Esr3 Hes5 92 95 NP_001089095.1

H/E (spl) Esr6e Hes5 92 100 NP_001081972.1

H/E (spl) Esr7 Hes5 92 95 NP_001081974.1

H/E (spl) Esr9a Hes5 92 100 NP_001081706.1

H/E (spl) Esr9b Hes5 92 100 NP_001089097.1

H/E (spl) Hes 6 Hes6 n/m* 100 NP_001116354.1

H/E (spl) Hes 7 Hes7 88 91 NP_001082175.1

Coe EBF2a EBF2 n/m* 84 NP_001079146.1

Coe EBF2b EBF2 n/m* 84 NP_001079147.1

Coe EBF3 EBF3 n/m* 100 NP_001083801.1

注释：最大似然自展值指由最大似然方法(ML)构建进化树得到的各分支上的自展值(Bootstrap Value)；贝叶斯后验概率指根据贝叶斯推断方法(BI)构建进化树得

到的各个分支上的后验概率；问号表示不匹配；n/m标记表示某个基因不能与单一的同源基因形成独立的分支，但是可以与一群同源基因形成一个分支；n/m*

标记表示某个基因与同源基因形成独立的分支时自展值小于50%。

被发现(表1)。本研究中，我们共发现了 16 个预测的

bHLH 基因，即 NP_001085994.1、NP_001 088572.1 、

NP_001079668 .1、NP_00108559 6.1、NP_001091211 .1、

NP_001088421 .1、NP_00115486 7.1、NP_001088667 .1、

NP_001089471 .1、NP_00108813 4.1、NP_001088700 .1、

NP_001089031 .1、NP_001085564.1、NP_001085718.1、

NP_001087639.1 和NP_001079757.1，这些基因都是通

过生物信息学推断或预测的新转录因子，为在蟾蜍中

新的人类 bHLH 蛋白的同源蛋白，其在数据库中尚未

有详细的注释。此外，本研究还验证了 3个基因、纠

正了 2个可能被错误注释的基因，即Paraxis

(NP_001087941.1) 、Id3b (NP_001079757.1)、Hes5

(NP_0010794 64.1 )和Mesp2a (NP_001079050.1，原名

Thylacine1) 、Mesp2b (NP_001081641.1，原名

Thylacine2)。本研究得到的结果可以作为基因组数据

库中注释信息的有益补充。

需要注意的是，本研究的数据可能没有获取所有

的bHLH 基因信息，或者得到的基因中存在假基因。

因为，一方面非洲爪蟾(Xenopus laevis)的基因组测序

工作尚未完成，另一方面非洲爪蟾在进化早期经历了

“染色体多倍化”(Tetraploidization) ，其基因组大致

相当西方爪蟾(Xenopus tropicalis)的两倍[26] ，例如

Myf3

、

Myf4和Myf6等基因就分别发现了两个拷贝。

但非洲爪蟾基因组的大部分基因都是很保守的，多倍

化的染色体对其基因功能突变的影响相对比较小[26]。

总之，获取的数据对研究结果没有太大的影响。

3.2. BHLH转录因子基因本体论(GO)富集分布

和功能注释信息分析

一般而言，DNA结合活性和蛋白质聚合活性、转录共

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注释：所有的GO语句均来自国际基因本体数据库(http://www.geneontology.org)。

Figure 2. Forty-two significant GO annotations counts plotted by frequency

图2. 42个统计显著的 GO注释(GO Aa nnotation)出现频次的柱状图统计

录共激活是bHLH 类因子的主要功能活动。但是，除

了这些转录因子共有的功能之外，bHLH 转录因子还

有其自身特殊的功能活性。为了进一步探讨爪蟾

bHLH 转录因子家族的整体功能特点，我们收集了这

98 个bHLH 因子的基因本体论(GO)的功能注释信息。

其中，42 个超几何分布统计检验显著(P < 0.05)的GO

注释语句显示在图 2中，这些 GO 语句表示了一些重

要的生物学过程、分子功能和信号通路(Pathway)信

息，如转录调控活性(GO: 0030528)、转录调控(GO:

0045449) 、DNA 结合(GO: 0003677)、转录(GO:

0006350)和DNA 依赖的转录调控(GO: 0006355)等出

现的频率很高，表明这些GO 注释语句是爪蟾bHLH

基因常见的功能。

同时，爪蟾bHLH 转录因子家族的GO 注释语句

显示，除了共同拥有的功能注释信息之外，一些重要

的发育过程或生理过程，如肌肉器官发育、神经管发

育、胚胎脊索发育、血小板、照相机型眼和普通眼的

发育、核内激素受体结合(nuclear hormone receptor

binding)和激素受体结合、感官发育及 Notch 信号通路

(notch signaling pathway)等出现的频率也较高。另外，

6大高阶组亦具有各个组内其自身的GO富集分布特

点。图 2中显示的均为GO 超几何分布中统计上显著

富集的功能注释(P < 0.05，FDR < 0.05)。

3.3. 脊椎动物和无脊椎动物中bHLH 基因数目

和分布特点的比较及Hes 基因家族的进化

为了解蟾蜍类与其他动物基因组bHLH 转录因子

的差异，我们比较了脊椎动物和无脊椎动物基因组中

bHLH 基因数目及其分布。脊椎动物的 bHLH 基因数

明显地比无脊椎动物的要多(表2)。有些基因家族，如

E12/E47、NeuroD、Atonal、Mesp、Twist、Paraxis、

SCL、SRC、Myc、Mad、MITF、HIF、Emc、Hey 和

Coe 等在脊椎动物是多基因家族，而在无脊椎动物中

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Table 2. Comparing the number of bHLH transcription factors found among vertebrate and invertebrate species

表2. 脊椎动物和无脊椎动物中 bHLH 基因数目和分布特点之比较

Family Group Drosophila Lancelet Giant owl limpetXenopus LaevisChickenZebrafish Rat Mouse

ASCa A 4 3 6 2 2 2 2 2

ASCb A 0 1 1 2 2 3 3 3

MyoD A 1 4 1 7 4 4 4 4

E12/E47 A 1 1 4 2 5 5 4 4

Ngn A 1 1 3 3 2 2 3 3

NeuroD A 0 1 1 2 3 5 4 4

Atonal A 3 1 2 3 3 4 2 2

Mist A 1 1 1 nf 1 1 1 1

Beta3 A 1 1 2 nf 2 3 2 2

Oligo A 0 2 3 nf 2 4 3 3

Net A 1 1 2 nf 1 1 1 1

Delilah A 1 1 0 nf 0 0 0 0

Mesp A 1 1 0 7 4 5 3 3

Twist A 1 1 2 2 4 3 2 2

Paraxis A 1 2 1 2 3 4 2 2

MyoRa A 1 4 1 1 2 2 2 2

MyoRb A 0 1 1 nf 1 2 2 2

Hand A 1 1 1 3 2 1 2 2

PTFa A 1 1 1 nf 1 1 1 1

PTFb A 2 3 1 nf 1 2 1 1

SCL A 1 1 5 1 2 3 3 3

NSCL A 1 1 1 2 2 1 2 2

SRC B 1 1 0 3 3 3 3 3

Figα B 0 1 0 1 0 1 1 1

Myc B 1 1 1 5 3 6 4 4

Mad B 0 1 1 5 3 4 4 4

Mnt B 1 1 1 1 1 2 1 1

Max B 1 1 1 2 1 1 1 1

USF B 1 1 2 3 1 2 2 2

MITF B 1 1 1 1 3 5 4 4

SREBP B 1 1 1 1 2 2 2 2

AP4 B 1 1 1 nf 0 1 1 1

MLX B 1 1 7 nf 3 1 2 2

TF4 B 1 0 1 nf 1 1 1 1

Clock C 3 1 2 1 3 3 2 2

ARNT C 1 1 0 3 2 2 2 2

Bmal C 1 1 0 2 2 2 2 2

AHR C 2 1 1 2 3 4 2 2

Sim C 1 1 1 1 2 2 2 2

Trh C 1 1 0 nf 1 2 1 1

HIF C 1 1 1 4 2 6 4 4

Emc D 1 1 2 5 4 5 4 4

Hey E 1 1 1 1 2 4 4 4

H/E(spl) E 11 11 12 15 6 15 8 8

Coe F 1 1 1 3 3 5 4 4

Orphan ? 0 6 4 nf 4 2 4 4

Total 59 78 82 98 104 139 114 114

注释：

表示某基因家族在有关的研究报道中没有被发现。表中各物种 bHLH 基因数据来自参考文献[11,13-18]，其中基因家族排列

的先后顺序参照了Ledent et al. (2002) [11]。

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注释：Hes 基因家族的最大似然估计进化树序列分别来自于人、小鼠、大鼠、斑马鱼、鸡和个非洲爪蟾，斑马鱼的 HEYL作为外群

(Out-group)。图中各分支上的数字为最大似然估计所得自展值(Bootstrap values)。此进化树表明，Hes家族成员的Hes1、Hes2、Hes3、

Hes5、Hes6 和Hes7 基因均有各自的进化起源和祖先基因。

Figure 3. Phylogenetic tree of the H/E(spl) family

图3. 脊椎动物 Hes 基因家族的系统进化分析

刘武艺 | 非洲爪蟾的碱性螺旋–环–螺旋转录因子的鉴定与初步分析

是单基因或寡基因家族。45个基因家族中，仅 10 个

家族在斑马鱼、鸡、小鼠和大鼠中是单基因的家族，

而文昌鱼(Lancelet)和大蛤蛏(Giant owl limpet)分别有

33 个和 24 个单基因的家族。此外，Delilah 家族在脊

椎动物和大蛤蛏“丢失”，却在果蝇(Drosophila)和文

昌鱼中存在。这些现象可应用分子进化中基因的生死

(Birth-And-Death)理论来解释[27]。

其中，各个物种中都显示H/E(spl)或Hes 基因家

族的成员比较多，这引起了我们的兴趣。在无脊椎动

物中，该家族具有11～12 个成员，而在已知的脊椎

动物中有 6～15 个成员(表2)。我们利用最大似然估计

的方法构建人、小鼠、大鼠、斑马鱼、鸡和西方蟾蜍

的Hes家族基因序列的进化树(图3) ，以斑马鱼的

HEYL 作为外群(Out-group)。结果发现，除人的 Hes4

外，Hes 家族成员的Hes1、Hes2、Hes3、Hes5、Hes6

和Hes7 基因均有各自独立的进化起源和祖先基因，

这很好的验证了Nei et al. (1997)等的基因进化的

“Birth-And-Death”假说[27]。

4. 结论

本研究从非洲爪蟾的基因组数据库搜索鉴定出

98 个bHLH 爪蟾转录因子。其中，有 16 个预测的转

录因子(Hypothetical Protein)在数据库中注释信息不详

细，在本研究中被重新发现和进一步注释，另有2个

错误命名的基因被重新注释和命名。这些未曾研究清

楚的新转录因子基因需要做进一步的分子生物学实

验以深入研究结构与功能。此外，基因本体论(GO)的

功能注释信息分析显示了42 个统计显著富集分布的

GO 功能注释语句，以及各个高阶大组组内特异的显

著富集分布的 GO 功能注释语句，这些注释语句均为

我们认识和了解模式生物非洲爪蟾及蛙蟾类动物

bHLH 转录因子的功能、分类和基因的调控网络等生

物医学研究提供了极其有用的信息。

5. 致谢

本文受到安徽省教育厅自然科学基金(2006KJ

224B)、安徽高校优秀青年教师基金(2006 jql222) 和阜

阳师院自然科学基金(2005QL11)联合资助，作者在这

里表示感谢。

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