廉明栋，陈红，杨孟平，等.小飞鼠NADH 脱氢酶亚基1基因（ND1）的生物信息学分析［J ］.湖北农业科学，2022，61（3）：161- 164．
收稿日期：2021-09-02
基金项目：牡丹江师范学院研究生科技创新专项（kjcx2020-61mdjnu ；kjcx2020-14mdjnu ）；黑龙江省自然基金项目（LH2020C071）；牡丹江师范
学院科研项目（MQP201405）
作者简介：廉明栋（1995-），男，山东济宁人，硕士，研究方向为动物学，（）****************；通信作者，田新民（1982-），男，黑龙江明
水人，副教授，主要从事动物生态学研究，（）**************。
小飞鼠（Pteromys volans ）隶属于松鼠科飞鼠属，是一种夜行树栖啮齿动物［1］。其外形与松鼠相似，但体侧长有翼膜可以在树木之间滑翔［2］。主要分布于中国东北、华北和西北林区，因对生境的要求较高，所以常作为伞护种而备受关注，现在已被列入中国脊椎动物红名录——易危（VU ）和世界自然保
护联盟濒危物种红名录——无危（LC ）［3-5］
。
细胞是生物体结构和功能的基本单位，线粒体是需氧细胞产生ATP 的主要部位，细胞内的糖、脂肪、氨基酸等通过各自的分解途径，最终在线粒体氧化释放能量［6］。电子传递过程中释放出大量的自由能使ADP 磷酸化生成ATP ，NADH 脱氢酶（NADH dehydrogenase ）就是电子传递链上的重要组成部分，
简称为复合体Ⅰ（Complex Ⅰ）［7］
。该酶先与NADH
小飞鼠NADH 脱氢酶亚基1基因（ND1）的
生物信息学分析
廉明栋，陈
红，杨孟平，田新民
（牡丹江师范学院生命科学与技术学院，黑龙江牡丹江
157011）
摘要：NADH 脱氢酶亚基1（ND1）是线粒体膜呼吸链NADH 脱氢酶（复合物Ⅰ）的核心亚基，其作用是将电子从NADH 转移到呼吸链，为研究小飞鼠（Pteromys volans ）ND1基因的功能，利用生物信息学方法对ND1的理化性质、亲水/疏水性、二级结构、三级结构、跨膜结构、蛋白质修饰位点及同源性等进行了分析和预测。结果表明，ND1基因共编码318个氨基酸，是稳定亲水蛋白，蛋白质二级结构主要为α-螺旋和无规则卷曲，其次为延伸链；与其他18种动物的ND1氨基酸序列进行对比，发现小飞鼠与黑白飞鼠（Hylopetes alboniger ）亲缘关系较近。 关键词：小飞鼠（Pteromys volans ）；NADH 脱氢酶亚基1；呼吸链；生物信息学中图分类号：Q75
文献标识码：A
文章编号：0439-8114（2022）03-0161-04DOI:10.14088/jki.issn0439-8114.2022.03.033
开放科学（资源服务）标识码（OSID ）：
Bioinformatics analysis of NADH dehydrogenase subunit 1（ND1）gene in Pteromys volans
LIAN Ming-dong ，CHEN Hong ，YANG Meng-ping ，TIAN Xin-min
（College of Life Science and Technology ，Mudanjiang Normal University ，Mudanjiang 157011，Heilongjiang ，China ）
Abstract ：NADH dehydrogenase subunit 1is the core subunit of the mitochondrial membrane respiratory chain NADH dehydrogenase （Complex I ）that functions in the transfer of electrons from NADH to the respiratory chain.To obtain the information of ND1gene in Pteromys volans ，bioinformatics methods were used in this article to analyze ND1in there areas ：physicochemical properties of ND1，hydrophilic/hydrophobic properties ，secondary structure ，tertiary structure ，transmembrane structure ，protein modification sites and homology of ND1in Pteromys volans .The results in this research indicated that 318amino acids were found in ND1gene ，which was a stable hydrophilic protein.The main secondary structure of ND1protein was α-helix ，random coil and extended strand.The siberian flying squirrel （Pteromys volans ）and the particolored flying squirrel （Hylopetes alboniger ）were found to be more closely related by compaired the ND1gene in the sib
erian flying squirrel with 18other animal species.
Key words ：Pteromys volans ；NADH dehydrogenase subunit 1；respiratory chain ；bioinformatics
湖北农业科学2022年
结合并将NADH 上的两个高势能电子转移到FMN （Flavin mononucleotide ）辅基上，使NADH 氧化成NAD +，并使FMN 还原成FMNH 2，是电子传递的第一
步，而ND1是NADH 脱氢酶7个亚基中的一个［8，9］。
象王集团以此为研究对象，利用生物信息学的方法分析其理化性质、二级结构、三级结构、蛋白质修饰位点以及同源性等，从而为研究小飞鼠ND1的功能提供参考，并希望加强对小飞鼠的保护意识。
1
材料与方法
1.1
基因序列的获取
在美国国家生物技术信息中心（NCBI ）DNA 序
列数据库中查获得小飞鼠NADH 脱氢酶亚基1（ND1）基因的全长及编码序列（CDS ）（GeneID ：14049268）。用BLAST 搜索软件进行同源性基因检索，筛选出与小飞鼠同属啮齿目下的物种序列，以及
非啮齿目物种作为对照参考。最终下载以下几种动物的ND1基因序列：白丽松鼠（Callosciurus albes⁃cens ，KY410906.1）、橙腹长吻松鼠（Dremomys lokri⁃ah ，KY410877.1）、珀氏长吻松鼠（Dremomys pernyi ，KY410881.1）、黑白飞鼠（Hylopetes alboniger ，KX710106.1）、水羚（Kobus ellipsiprymnus ，JN632651.1）、乔氏猫（Leopardus geoffroyi ，KP202292.1）、南象海豹（Mirounga leonina ，AY377353.1）、小家鼠（Mus mus⁃culus ，KF937876.1）、葛氏鼠兔（Ochotona sp.，MN547460.1）、红白鼯鼠（Petaurista alborufus ，JQ743657.1）、东美灰松鼠（Sciurus carolinensis ，LR822069.1）、西美灰松鼠（Sciurus griseus ，NC_050034.1）、北亚马逊红松鼠（Sciurus igniventris ，NC_050027.1）、日本松鼠（Sciurus lis ，NC_050033.1）、狐松鼠（Sciurus niger ，KY411003.1）、马尾松鼠（Sundas⁃ciurus hippurus ，KY410949.1）、尤因塔花栗鼠
（Tamias umbrinus ，KY070193.1）、倭花鼠（Tamiops maritimus ，KY410970.1）。1.2
分析方法
小飞鼠ND1基因编码蛋白的生物信息学分析软件及网站如表1所示。
表1
小飞鼠ND1蛋白的生物信息学分析方法
名称理化性质亲水/疏水性二级结构三级结构N-糖基化位点信号肽跨膜区跨膜结构域
磷酸化位点预测
软件及网站
Protparam （/protparam/）Protscale （/protscale/）
SOPMA （npsa-prabi.ibcp.fr/cgi-bin/
npsa_automat.pl?page=npsa_gor4.html ）SOPMA-MODEL （/）
NetNGlyc （www.cbs.dtu.dk/services/NetNG⁃
lyc/）牛津小学英语5a教案
SignalP （www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/）
TMHMM （www.cbs.dtu.dk/services/
降结肠
TMHMM/）
NetPhos （www.cbs.dtu.dk/services/Net⁃
Phos/）
2
结果与分析
2.1
小飞鼠ND1的理化性质
利用Protparam 程序预测分析小飞鼠ND1基因
编码蛋白质的理化特性，结果表明，ND1基因编码318个氨基酸，分子式为C 1685H 2632N 380O 423S 20，分子质量为35622.92Da ，总原子数为5140。理论等电点为8.52，为碱性蛋白质，负电荷残基总数（Asp+Glu ）
为13，正电荷残基总数（Arg+Lys ）为15，不稳定指数（instability index ，Ⅱ）为39.86，将该蛋白质归类为稳定蛋白。该蛋白中亮氨酸（Leu ）含量最高占比18.2%，其次为丙氨酸（Ala ）和苏氨酸（Thr ）均占
20151050
氨基酸含量//%
Ala Arg Asn Asp Cys Gln Glu Gly His Ile Leu Lys Met Phe Pro Ser Thr Trp Tyr Val Pyl Sec
氨基酸种类
9.1
2.2
3.8
0.90.6
2.5
3.1
3.8
0.6
8.8
18.2
2.5
5.7
6.66.96.3
9.1
2.82.8
3.5
Ala.丙氨酸；Arg.精氨酸；Asn.天冬酰胺；Asp.天冬氨酸；Cys.半胱氨酸；Gln.谷氨酰胺；Glu.谷氨酸；Gly.甘氨酸；His.组氨酸；Ile.异亮氨酸；Leu.亮氨酸；Lys.赖氨酸；Met.甲硫氨酸；Phe.苯丙氨酸；Pro.脯氨酸；Ser.丝氨酸；Thr.苏氨酸；Trp.氨酸；Tyr.酪氨酸；Val.缬氨酸；Pyl.吡咯赖氨酸；
Sec.硒半胱氨酸
图1小飞鼠ND1基因编码蛋白的氨基酸组成
162
第3期9.1%（图1），脂肪系数为124.62。根据Protscale 预测分析小飞鼠ND1蛋白的亲
水/疏水性得出，该蛋白最大值为3.278，最小值为
-2.022，为亲水蛋白（图2）。
43210
-1-2-3
亲/疏水值
50
100
150200250300
位点
图2小飞鼠ND1蛋白的亲水/疏水性分析
2.2编码蛋白质二级结构和三级结构预测分析利用Prabi 预测分析小飞鼠ND1基因编码蛋白
的二级结构，发现该蛋白中38.68%可能形成α-螺旋（Hh ）、23.90%可能形成延伸链（Ee ）、37.42%可能形成无规则卷曲（Cc ）（图3）
。
图3
小飞鼠ND1蛋白质的二级结构预测
用SWISS-MODEL 预测小飞鼠ND1蛋白的三级结构（图4），主要构件为α-
螺旋和无规则卷曲。
图4小飞鼠ND1蛋白质的三级结构预测
2.3编码蛋白质的N-糖基化位点预测分析利用NetNGlyc 1.0Server 预测小飞鼠ND1蛋白
的N-糖基化位点。结果发现该蛋白中有1个潜在的N-糖基化位点，为157NGSF ，其位置如图5所示。
1.000.750.500.250
N -g l y o o s y l a t i o n p o t e n t i a l
050100
150200250300
Sequence position
Threshold
Potential
图5小飞鼠ND1蛋白的N-糖基化位点预测
2.4编码蛋白质的信号肽跨膜区预测分析利用SignalP-5.0预测分析小飞鼠ND1蛋白的
信号肽，结果如图6所示，有信号肽的可能性为0.335，其切割位点位于第18个、第19个氨基酸之间。2.5
跨膜结构域预测分析
利用TMHMM 软件预测小飞鼠ND1蛋白跨膜区域结构，结果如图7所示，该基因编码产物存在8个
很典型的跨膜螺旋结构。
0.80.4
P r o b a b i l i t y
020
4060
Protein sequence
SP （Sec/SPI ）
CS OTHER
图6小飞鼠ND1蛋白的信号肽跨膜区域预测
廉明栋等：小飞鼠NADH 脱氢酶亚基1基因（ND1）的生物信息学分析163
湖北农业科学2022年
1.21.00.80.60.40.20
P r o b a b i l i t y
50100150200
250
300
transmembrane
inside
outside
图7小飞鼠ND1蛋白的跨膜区结构域预测
2.6磷酸化位点预测分析
利用NetPhos3.1Server 软件预测分析小飞鼠
ND1基因编码产物的磷酸化位点，结果如图8所示，该基因的编码产物存在27个磷酸化位点，其中包括丝氨酸（S ）11个、苏氨酸（T ）12个以及酪氨酸（Y ）4个，酪氨酸主要分布在第30、127、215、228氨基酸处。
1
P h o s p h o r y l a t i o n p o t e n t i a l
050100
150200250300
Sequence position
Serine
Threonine Tyrosine Threshold
图8小飞鼠ND1蛋白的磷酸化位点预测
2.7氨基酸序列的同源性
在NCBI 数据库中分别下载18种动物的ND1序
列，与小飞鼠ND1氨基酸序列进行同源性分析，结果如图9所示，小飞鼠与黑白飞鼠亲缘关系较近，其次为红白鼯鼠，表明小飞鼠符合鼯鼠族的分类地位。
Sciurus carolinensis
Sciurus niger
Sciurus griseus
Sciurus igniventris Sciurus lis
Petaurista alborufus Hylopetes alboniger Tamias umbrinus
Callosciurus albescens Dremomys lokriah Dremomys pernyi Tamiops maritimus张代远 南京邮电大学
Sundasciurus hippurus
Ochotona sp.广东省环保局
Mus musculus
Kobus ellipsiprymnus Leopardus geoffroyi Mirounga leonina
桑林野合图Pteromys volans 0.02
图9小飞鼠的系统进化树
3小结与讨论
本研究选用的ND1基因来自啮齿类的小飞鼠，
该物种的ND1基因共编码318个氨基酸，亮氨酸含量最多，属于稳定的亲水蛋白。与四川黑熊（Ursus
thibetanus mupinensis ）的ND1基因编码蛋白的317个氨基酸相比较，熊的ND1蛋白等电点为7.83，同属于碱性氨基酸［10］。ND1是NADHdh 超基因家族的成员，是一种较为保守的基因，由其表达的蛋白在结构和功能上也比较稳定，二级结构以α-螺旋和无规则卷曲结构为主。本研究发现小飞鼠ND1蛋白有1个潜在的N-糖基化位点和27个磷酸化位点，含有信号肽以及8个跨膜结构。在同源性分析中选取18种其他物种的ND1序列与小飞鼠比对，经MEGA7分析，小飞鼠ND1与黑白飞鼠亲缘关系较近，而与非松鼠亚科的物种亲缘关系较远。以上结果为进一步研究小飞鼠ND1基因功能提供了一定的理论基础。
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