doi：10.3969/j.issn.2095-3887.2021.03.001
羊BMPR-IB基因非同义单核)酸多态性的
生物信息学分析
冯东青王慧青刘月％，敦伟涛%，刘铮铸$，巩元芳$，李晓辉4，孙洪新%
(1.河北省畜牧兽医研究所，保定071000；2.河北科技师范学院，秦皇岛066000；
3.河北农业大学动物医学院，保定071000；
4.正定县农业农村局，正定050800)
摘要：以羊BMPR-IB基因为研究对象，采用生物信息学方法，对该基因潜在的、具有生物学功能的非同义单核t酸多态性位点(nsSNPs)进行预测，通过SIFI、Po7yPhen-2、PROVEN等软件分析预测nsSNPs是否对BMPR-IB蛋白的结构及功能产生影响；通过I-Mutant3.0、BDM-PUB、GPS-SUMO、Consurf等软件分析预测有害位点nsSNPs对蛋白质稳定性、泛素化修饰位点、磷酸化修饰位点、氨基酸进化位保守水平等是否有影响。结果表明：BMPR-IB基因存在9个nsSNPs位点，其中Q305R、R469K两个位点为主要的有害突变;9个nsSNPs位点BMPR-IB蛋白稳定性均有所降低，其中C35Y、C45S、R44H 的稳定性大大降低。预测结果显示，Q305R、R469K为羊BMPR-IB基因的潜在功能性位点。
关键词：羊;BMPR-IB基因；非同义单核t酸多态性；生物信息学分析
中图分类号:S826.2文献标识码:A文章编号:2095-3887(2021)03-0001-06
Bioinformatics Analysis of N on—Synonymous Single Nucleotide Polymorphisms of Sheep BMPR—IB Gene FENG Dongqing1,2,WANG Huiqing1,3,LIU Yue1,DUN Weitao1,LIU Zhengzhu2,GONG Yuanfang2,LI Xiaohui4,SUN Hongxin1 (l.Hebei Institute of Animal Husbandry and Veterinary Medicine,Baoding071000,China;
2.HePei Normal University of Science&Technology,Qinghuangdao 066000,China;
3.College of Veterinary Medicine,Hebei Agricultural University,Baoding071000,China;
4.Agricultural and Rural Bureau of Zhengding County,Zhengding050800,China)
Abstract:Taking the sheep BMPR-IB gene as the research object,bioinformatics methods were used to predict the potential and biological non-synonymous single nucleotide polymorphisms(nsSNPs)of the gene.It was analyzed and predicted whether nsSNPs would affect the structure and function of BMPR-IB protein by using SIFI,PolyPhen-2,PROVEN and other software.It was also analyzed and predicted whether nsSNPs harmful sites would affect protein stability, ubiquitination modification sites,phosphoryl
ation modification sites,and amino acid evolutionary conservation levels by using software such as I-Mutant3.0,BDM-PUB, GPS-SUMO,and Consurf.The results showed that9nsSNPs sites were screened out, of which2sites Q305R and R469K were the main harmful mutations; the stability of BMPR-IB protein at9nsSNPs sites was reduced, of which the stability of C35Y,C45S, and R44H was greatly reduced.In conclusion,that the potential functional sites of sheep BMPR-IB gene were Q305R and R469K. Keywords:sheep;BMPR-IB;non-synonymous single nucleotide polymorphisms;bioinformatics
收稿日期：2021-02-05
基金项目：河北省羊产业技术体系创新团队保定综合试验推广站建设项目(HBCT2018140403)；河北省羊产业技术体系创新团队遗传资源开发与利用岗项目(HBCT2018140201)
作者简介：冯东青(1994-)，女，硕士研究生
通信作者：孙洪新(1978-)，女，研究员，博士研究生，研究方向为动物遗传育种及高效养殖
非同义单核l酸多态性(Non-synonymous SNPs, nsSNPs)是一种可引起氨基酸序列发生改变的单核l酸突变，这种变化很可的，
蛋白质功能发生改变，或者影响蛋白折叠、结合亲和力、表达、翻及的性，
进
表型发生变异。BMPR-IB基因是编码转化生长因子!亚基(TGF-0)受体家族成员之一，在多种细胞中均有分布，具有与TGFp!受体分子类似的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶结构和信号传导机制。该基因除在成细胞的分化、细胞的和性动物方具有作用外，还可参与形态发生蛋白2形态发生蛋白4形态发生蛋白6形态发生蛋白7形态蛋白发生15和分化生长因子5的信号转导！1"。BMPR-IB
基因在动物巢中高 表，具有细胞分化和发作用。,BMPR-IB基因除、基因基因的多态性均与动物的排卵
数等性能相关!2.4"。有关羊BMPR-IB基因nsSNPs的
多中在编码区的A746G突变，除
外，该多态性与家的生长体高体长在的关联叫但有该基因其他nsSNPs的有，本研究利用生物信息技术对羊BMPR-IB基因nsSNPs 位点在分预测，为进一步研究该基因的表型分。
!材料与方法
1.1BMPR-IB基因nsSNPs的搜集
羊BMPR-IB基因的nsSNPs信息利用在线数据库Ensembl genome browser90(https：//aug2017.archive. /index.html)，根据SNP数据库提供的信息，确定羊BMPR-IB基因中各SNP的位置。
1.2有害nsSNPs功能性的预测
利用SIFI[6\PolyPhen-2⑺和PROVEN说3种方法进行分预测，分nsSNPs对BMPR-IB蛋白功能的。
1.3蛋白质功能的预测
通过在线软件I-Mutant3!9"(gpcr.biocomp. unibo.it/〜emidio/I-Mutant3.0/old/IntroI-Mutant3.0_help.
html)nsSNP BMPR-IB蛋白性的变化
q制分类(SVM2)评估结中:DDG<0表
低稳定性、DDG>0表示稳定性提高。三元分类(SVM3：
''G<-0.5表示稳定性大大降低、DDG>0.5表示稳定性大幅提高、-0.5<=DDG<=0.5表示中性稳定性。其中RI 为可性指数,DDG为自由能变化值。
1.4翻译后修饰位点预测
通过在线软件BDM-PUB(http：//bdmpub.biocuckoo.
org/results.php)进行泛素化修饰位点预测；在线软件
GPS-SUMO(http: ///)进行磷酸化修饰位点的预测。
1.5进化保守性位点预测
利用在线软件ConSurf!10(consurf.tau.ac.il/)
对氨基酸化位点分。
1.6蛋白二级结构预测
通过在线软件Phyre2(npsa-prabi.ibcp.fr/cgi-bin/secpred_sopma.pl)对BMPR-IB蛋白二级结构进行预测。
1.7蛋白三级结构预测
通过SWISS-MODEL(https：///
interactive/NMayWJ/models/)软件分别对野生型和突变型羊BMPR-IB蛋白的三级结构预测，并利用pymol 注。
通过SAVES v5.0(https:〃servicesnmbi.ucla.edu/SAVES)
对预测的原始结构(生型)和突变结构(突变型)的高
级模型质量Q
2结果与分析
2.1羊BMPR-IB基因nsSNPs搜集
采用Ensembl genome browser90数据库检索，结果显示，羊BMPR-IB基因中存在9个nsSNPs位点，详见表1。
表1羊BMPR-IB基因nsSNPs的预测
SNP位点核1酸变化氨基酸变化
预测方法
SIFI a PolyPhen-2b PROVEN8
rs418841713 c.914A>G Q305R0 1.000-3.846 rs412038619 c.130C>T R44C00.845-0.077 rs424181501 c.140G>A C35Y00.9400.057
rs589500430 c.1406G>A R469K0.030.991-2.925 rs402789684 c.131G>A R44H0.100.845-0.302 rs603752979 c.245G>A R82H0.190.0830.026
rs428753381 c.360G>A M120I0.280.000-0.085 rs426338048 c.134G>C C45S0.470.002-0.038 rs413129951 c.145A>G I49V0.810.0100.024注:a.分值>-0.05，可耐受，分值！-0.05，不可耐受，分值越低，破坏性越大;b.分值<0.5，可耐受，分值>0.5，不可耐受，分值越高，破坏性越大;
c.分值!-2.5，突变为有害突变，分值>-2.5为中性突变
2.2羊BMPR-IB 基因有害nsSNP 的预测
由表1可知,Q305R 、R469K 、R443共3个位点为主 要的有害突变，推测该位点为羊BMPR-IB 基因编码区 可能功能性的nsSNPs 位点。R44C 位点为次要的有害突
变，推测该位点可能会对BMPR-IB 蛋白功能产生影响。
2.3羊BMPR-IB 蛋白稳定性的分析
表2结果显示,9个nsSNPs 位点BMPR-IB 蛋白的
稳定性均有所降低。
2.4翻译后修饰位点预测
表3结果显示，未得到与上述预测到的多态位点相 同的泛素化位点。表4结果显示，也没有得到与前面预 测到的多态位点相同的磷酸化修饰位点。
2.5进化保守位点预测
由图1可知，预测的结果中，当分数在6~9之间时， 判定此位点为进化保守性位点。本试验结果表明，共有2 个 保守性的位点，分 Q305R 、R469K ，与之前的 预测结果 。
表2 nsSNPs 对羊BMPR-IB 蛋白稳定性的影响
注：能值＜0表示降低了蛋白质的稳定性，能值＞0表示增加了蛋白质的稳定性，稳定性高;-0.05W ''G W 0.05表示蛋白质的稳定性变化为中 性。R ” Reliability In-dex ）为可靠性指数，范围在0〜10
变异位点能值/(kPmol -1)可靠指数RI
变 位点能值/(kPmol -1)可靠指数RI
Q305R
-0.085R82H -1.054
R44C -1.425
M120I
-0.705
C35Y -0.92
7C45S -1.648
R469K
-0.43
3
I49V
-0.41
R44H -0.923
表3泛素化修饰位点预测结果
位点分数阈值位点分数阈值
28
0.39
0.3355 1.270.364 2.200.3359
1.480.370
2.140.33810.470.3710.500.3390 1.44
0.384
1.13
0.3392
1.030.3890.670.33970.430.3170 1.810.33980.580.31820.47
0.3412
1.1
0.3283
2.220.3431 1.24
0.3287 2.470.3503
0.7
0.3323
基因多态性0.89
0.3544 1.970.3348 1.280.3545 1.96
0.3549
2.17
0.3
557
2.89
0.3
表4磷酸化修饰位点预测结果
位点
酶
位点
酶
位点
酶
1PKC 115PKC/unsp 298unsp/EGFR 5PKA/PKC
135unsp/PKA/PKC
304unsp
8
unsp/C K II/PKC 139
unsp/PKC 312DNAPK/ATM/unsp 9unsp/CKII
142unsp/PKC
314
unsp/cdc2
14unsp
149
unsp
315unsp/CKI 20unsp/PKC/CKII
153unsp/cd ；5/GSK3
317unsp/cdc2
32
unsp 178
PKC 344EGFR/INSR
40unsp/CKII
181unsp 364
CKII/unsp 47
unsp
184CKII
365CKI 51unsp/PKA/PKG
191
unsp
369unsp/CKII
60unsp 213unsp/p38MAPK 377unsp
82
unsp 221unsp/PKA
379PKC 87INSR 226unsp 398PKC 88unsp/INSR
260
cdc2400
unsp/PKA
92cdc2265PKA 408CKII/cdc2103
unsp/PKG/CKII 289PKA/unspv
410unsp 112PKA
297
cdc2
422
PSK
241
fffffff sf
471
注:Consurf 输出的不同得分代表不同的保守性程度，分数越高，保守性越好，反之亦然
图1 BMPR-IB 预测进化保守位点分析结果
sf f f f
e-e eblolse e ffff ss ff
34工
f f f
541
2.6蛋白质二级结构和三级结构预测由图2可知，在蛋白质二级结构中，发现螺旋占 35.3%，而R469K 、Q305R 多态位点处在！-螺旋中；"-转
角占4.48%，而在"-转角中没有多态位点；无规则卷曲
占45.52% ,M120I 和C45S 多肽位点位于无规则卷曲中，
"-折叠占14.7%,R44C 、R44H 多肽位点位于"-折叠中,
即M120I 、C45S 、R469K 、Q305R 预示该突变在形成蛋白 质二级结构过程中起重要作用。
由图3可知，2个预测模型之间的差异不大，为了
进一步验证所得预测模型的可靠性，分别对所得野生型 和突变型2个预测模型进行拉 图分，结 图4。预 测所得蛋白质模型中的大部分
，突变结构位
10
20
30
40
50
60
70
I I I I I
I
I
MVPLARGNTV6RDYYTQISGLRVDRDEKDTAKEICRMKTQITLRCDHLIVANFLDNMLLRSSGKLSVGTK
赴亡匚匚 tt :cceeeeeetteee ： : : hhhhhhhhttc c eeeee :heehhhhhhhhhhhtti :
KEMESTAPTPRPKILRCKCHHHCPEDSVNNICSTDGYCFTMIEEDDSGMPWTSGCLGLEGSDFQCRDT
匸匚匚匚匚ccc 匚匸匸匚hhheeeccccccccccccceeccc ccceeceehc 匚匸匸 r 二 eehhtcccccccccee
PIPHQRRSIECCTERNECNKDLHPTLPPLKNRDFVDGPIHHKALLISVTVCSLLLVLIILFCYFRYKRQE ccc 匚匚tceteeccccuc uccccccuccctccccccctc：匚hhhhh^ehhhhhhhhhhhhhhhhhhhh —
ARPRYSIGLEQDETYIPPGESLRDLIEQSQSSGSGSGLPLLVQRTIAKQIQMVKQIGKGRYGEV ；>IMGKWR
:•: l eeee ： ■:c :: •: i 匚匚匸 hhhhhhhhh：匚cccd :hhhhhhhhhhhheehhh :tt 二匚匚eeeehcct
6E KVAVKVFFTT E EASWFRETEIYQTVLMRHENILGFIAADIKGTG5WTQLY LITDYHENGSLYDYLKST
t> eeeeeeec 匚tc: hhhhhhhhhhhhE : cthheeeeeh :cccccc :eeeeee ::c ttchhhhhhh z
TLDTKSHLKLAYSAVSGLCHLHTEIFSTQGKPAIAHRDLKSKNILVKKNGTCCIADLGLAVKFISDTNEV
hhhhhhhhhhhhtthhhhhhhhccccc 匚cue 皂h：匚匚匚：eeeeettz ceehhhteee 皂亡：匚匚匚匚匚匚
DIPPNTRVGTKRYHPPEVLDESLNRNHFQSYir-lADMYSFGLILWEVARRCVSGGIVEEYQLPYHDLVPSD ccc 匚©ccc 匚匚匚cccchhhhhhhhhhcchhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhccccc 匚ucccttcctcc 匚匸匚匚
PSYEDraEIVCIKKLRPSFPNRWSSDECLRQMGKLMTECWAHNPASRLTALRVKKTLAKMSESQDIKL
hhhhhhhhhhtt - c cczc :-c chhhhhhhhhhhhhhc :thhhhhhhhhhhhhhhhhhht :cce
图2 BMPR-IB 蛋白二级结构预测
原始结构 突变结构
图3 BMPR-IB 蛋白三级结构预测
Ramachandran Plot PROCHECK Ramachandran Plot
2080264
PROCHECK
-180 -135 -90 -45
0 45
90 135 180
-180 -135 -90 -45
45 90 135 180
Phi (
degrees "
原始结构
Phi (
degrees "
突变结构
图4羊BMPR-IB 蛋白预测三级结构模型A (原始结构、突变结构)拉曼图分析
于拉曼图的黄和红区域内，结果显示突变后分子结
3讨论
构较稳定，说明预测模型中的氨基酸可以形成合理的二
本研究通过在Ensembl genome browser 90数据库中
面角，构成的蛋白质高级结构较稳定。 检索，发现羊BMPR-IB 基因共存在9个nsSNPs 位点,
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