早在 1960 年，Lave 和 Green[1]就发现了小鼠中 Atrn 突变基因能够抑制灰鼠色基因座（ agouti）的表达，阻止黄色毛的形成。随着分子生物技术的不断完善及各个相关领域研究的不断深入，近几年来，通过对 Atrn 进行遗传分析发现： Atrn 为常染色体隐性基因，抑制小鼠黄色毛发的形成[2]; 最近也发现 Atrn 和 Mgrn 基因丧失功能突变小鼠能引起进行性的神经组织海绵状变性[3 -4],同时显示 Atrn 能够抑制 Agouti 而不是AGRP 所引起的肥胖； 分子结构与支持细胞或轴突导向密切相关，可能在中枢神经的形成和（ 或）功能中起关键作用[5],Atrn 变异的小鼠的神经变性也伴有行为的异常： 年幼的小鼠有时出现轻微的震颤，较老的小鼠活动过度，有的则会发生神经肌肉衰弱和共济失调[6 -7]; Atrn 基因产生一个具有许多细胞外受体特征的跨膜蛋白[2,8 -9].由此看来，Atrn 基因在生物界的作用非常广泛，值得更进一步的探讨与研究。
应用生物信息学方法对 Atrn 基因的基因编码区进行预测和分析，研究 Atrn 基因在不同物种间和种内的遗传分化，为今后动物毛色、动物肥胖、动物神经中枢系统等问题以及动物遗传育种研究提供基础资料。
1 材料与方法
1. 1 序列来源
从 GenBank 中下载[10]人、牛、野牦牛、小须鲸、水牛、狼、狨、狨鼠、白犀牛、星鼻鼹鼠、犰狳、小马岛猬、埃氏象鼩、猫、裸隐鼠、食蟹猴、猕猴、雪貂、小家鼠、长臂猿、中央狐蝠、褐家鼠、野猪、松鼠 24 个物种 61 条 Atrn 基因序列（ 表 1） .
1. 2 方法
将序列下载后，利用 BioEdit 软件对已下载的 24 个物种的 61 条 Atrn 基因共有片段长度为2 620 bp 的 CDS 序列进行多重比对分析，对比结果用 DanSP5 软件进行遗传多态性分析，生成单倍型，计算出物种间的核苷酸歧异度、平均核苷酸差异数、遗传分化指数。应用 MEGA6 软件的Neighbor-joining 方法构建系统进化树[11].利用蛋白分析专家 EXPASY 工具里的 Sig-nalP 4. 0 Server 对 Atrn 氨基酸序列进行预测，利用在线工具 TMHMM 2. 0 Server 对氨基酸序列的跨膜结构域进行预测，利用在线工具 ProtScale 对氨基酸序列的疏水性/亲水性进行预测，用 PBILLYON-GERLAND 信息库对氨基酸序列的二级结构进行预测，用 ProtParam 在线工具分析基因编码的氨基酸序列[12 -13].
2 结果与分析
2. 1 不同物种 Atrn 基因核苷酸多样性
2. 1. 1 多态位点、单倍型及核苷酸多样性通过对 24 个物种的 61 条序列比对结果进行分析，共发现 899 个多态位点，占 34. 31% ,其中单一多态位点 77 个，简约多态位点 822 个； 共31 种单倍型，单倍型的多样性为 0. 973,可以说明 Atrn 基因种间和种内变异较大。排除单一序列物种，对两个序列以上的 17 个物种进行分析（ 表 2） ,人 Atrn 基因平均核苷酸差异数和核苷酸多样性最高，与其他物种存在的差异较大，这可以表明人的 Atrn 基因存在丰富的遗传多样性。【1】
2. 1. 2 不同物种 Atrn 基因的遗传分化根据表 3,各种群间的核苷酸歧异度和遗传分化的变化范围都很大，核苷酸歧异度（ Dxy） 在0. 009 ~ 0. 133 之间，遗传分化 （ Gst） 在 0. 089 ~1. 000 之间，其中牛与水牛之间 Dxy 为 0. 009,Dxy 最小，说明它们的亲缘关系最近； 其次为人与长臂猿，Dxy 为 0. 016,人与食蟹猴的 Dxy 为0. 020,说明人类、长臂猿、食蟹猴的亲缘关系较近； 而犰狳与所有其他物种所分析的核苷酸歧异度相差很大，因此犰狳与其他物种的亲缘关系较远。根据物种间的核苷酸歧异度（ Dxy） 构建的分子聚类图（ 图 1） ,也可以得到类似的结果。
2. 1. 3 不同物种 Atrn 的（ G + C） 含量一般来说，亲缘关系近的物种的核苷酸的碱基组成中具有相似的（ G + C） 含量。经分析 17个物种 Atrn 的碱基组成，发现他们之间的（ G + C）含量在 46. 10% ~52. 40%之间（ 表 4） ,该结果再次说明 Atrn 在不同物种间发生一定程度的遗传变异，同时也说明了所研究物种的亲缘关系远近。
其中犰狳 Atrn 中（ G + C） 含量为 52. 40%（ 表 4） ,与其他物种 Atrn 中（ G + C） 含量相差最大，说明犰狳与所研究的其他物种亲缘关系最远，与之前分析的结果相符。
2. 1. 4 同义替换和非同义替换不同物种 61 条 Atrn 基因序列编码区中同义替换平均位点数为 589. 40 个，非同义替换平均位点数为 2 029. 60 个。不同物种同义替换位点数（ SS） 为 582. 33 ~621. 67（ 表 4） ,同义替换核苷酸多样性均值[Pi（ s） ]为 0. 148.非同义替换位点数（ NSS） 为 1 997. 33 ~ 2 036. 67,非同义替换核苷酸多样性均值[Pi（ a） ]为 0. 055（ 表 4） .裸隐鼠 Atrn 基因编码区的非同义替换较其他物种高，其次是狼。如果某基因在种系之间，同义和非同义替换之比不同，则说明它在进化过程中所发生的突变并非中性，不符合中性突变理论[14].
若各同源基因间的同义和非同义替换率之比不同，其变化范围较大（ 0. 011 6 ~0. 043 2） ,表明该基因在进化过程中不遵守中性理论且经历了净化选择[15].【2】
本研究发现，所选物种的 Atrn 基因的非同义替换位点数均明显高于同义替换位点数，说明所分析的这两个种群进化过程中可能经历了净化选择。
2. 2 不同物种氨基酸序列的预测与分析
2. 2. 1 信号肽及跨膜结构域信号肽位于分泌蛋白的 N 端，判断蛋白质是否含有信号肽部分，可以初步推测该蛋白质是否为分泌蛋白[17].利用在线工具 SignalP 4. 0 Serv-er 预测蛋白质的信号肽，发现 24 个物种中有 23个物种的 Atrn 蛋白质不含信号肽，但是猫的该蛋白质序列存在信号肽，可以初步判断猫 Atrn 编码的蛋白是分泌蛋白，其 C 值、S 值、Y 值在信号肽区域都较高（ 图 2） .应用在线工具 TMHMM 2. 0Server 进行跨膜区预测，不同物种该蛋白均存在跨膜区，提示该蛋白是定位于生物膜的膜蛋白（ 例如，图 3 中的矩形区域代表跨膜区） .总结以上结论可以推断 Atrn 蛋白质是属于定位在生物膜上的膜蛋白或分泌蛋白。
2. 2. 2 二级结构蛋白质二级结构预测是分子生物学中的重要问题。随着蛋白质序列数据的飞速增长，已知的蛋白质序列和已知的蛋白质结构之间的差距不断增大，蛋白质结构的预测变得越来越重要。
用 PBIL LYON-GERLAND 信息库对 Atrn 的氨基酸序列的二级结构进行预测，统计发现 24 个物种的基因编码的蛋白质序列主要是由无规卷曲（ 58. 37% ~ 63. 75%） 和 α 螺 旋 （ 17. 53% ~23. 76% ） 构成，均不存在 β 折叠、β 转角。
2. 2. 3 氨基酸序列的组成成分及生化特性用 ProtParam 在线工具分析 Atrn 基因编码的氨基酸序列的组成成分及生化特性。Atrn 蛋白的不稳定系数在 43. 12 ~ 48. 40 之间，表明这种蛋白质不稳定[17].各氨基酸的理论 PI 为 7. 17,因此 Atrn 蛋白呈弱碱性，含量最多的是 Ser,占8. 2% ~ 9. 4% ; 其次是 Leu,占 6. 5% ~ 8. 0% ;第三是 Gly,占 6. 5% ~ 7. 8% .利用在线工具ProtScale 分析各个物种 Atrn 氨基酸序列，结果显示，本研究 24 个物种的 Atrn 氨基酸序列（ 负数表现为亲水性，正值表现为疏水性） 最小值为- 3. 711,即亲水性最强； 最大值为 3. 800,即疏水性最强。总的来看，24 个物种的 Atrn 氨基酸序列亲水区域大于疏水区域，表现为亲水性，提示 Atrn 蛋白为亲水性蛋白，处于蛋白质分子的表面。
3 小结
不同物种间 Atrn 基因的核苷酸歧异度和单倍型间的遗传距离差异都较大，种内及种间遗传分化明显。Atrn 基因非同义替换位点数均明显高于同义替换位点数，Atrn 基因在进化过程中可能经历了净化选择。Atrn 基因物种间的亲缘关系与动物学分类相符。
Atrn 蛋白 N 端有信号肽和跨膜结构域，整个多肽链表现为亲水性，蛋白质二级结构的主要元件为无规则卷曲和 α-螺旋，Atrn 蛋白质属于定位在生物膜上的膜蛋白或分泌蛋白。
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