黑腹果蝇(Drosophila melanogaster),属于昆虫纲(Insecta),双翅目(Diptera),果蝇科(Drosophilidae)。它是生物学研究中最重要的模式生物之一。热激蛋白(Heat shock proteins,HSPs)是细胞或生物体在一定时间内受高温热激或其它应激原作用下诱导新合成或含量增加的一类蛋白质。HSPs在分子进化上高度保守,广泛分布于微生物、植物、动物等各种生物体内,HSPs在细胞生长、发育、分化、基因转录等功能方面发挥重要的作用。果蝇作为模式生物已广泛应用于细胞生物学,遗传学,发育生物学、分子生物学、人类疾病研究等领域。2000年3月,黑腹果蝇全基因组测序基本完成。基因组研究表明,超过60%的人类疾病基因在果蝇中有直系同源基因。因此,对黑腹果蝇基因组中全部热激蛋白进行研究,具有重要的生物学意义及实际应用价值。目前,对于黑腹果蝇热激蛋白的家族成员的命名及分类比较混乱,尚未见有系统的对黑腹果蝇基因组中全部热激蛋白进行生物信息学的分析。本研究通过生物信息学方法,对该基因家族的成员进行系统分析,包括蛋白序列分析、系统发育分析和蛋白质的结构域分析、基因的染色体定位、基因结构分析等,旨在找到黑腹果蝇热激蛋白基因组中的全部热激蛋白,进行命名分类,研究其基因功能,希望对后续研究该家族成员的基因功能提供有用的参考信息。我们通过生物信息学手段,对黑腹果蝇热激蛋白家族成员进行了系统的分析,具体研究内容与结果如下:(1)黑腹果蝇热休克蛋白家族成员检索及分类命名:利用NCBI数据库和已公布序列中检索获得黑腹果蝇热激蛋白家族成员的氨基酸序列及相应的核苷酸序列,将其作为种子序列进行序列相似性检索。用已获得氨基酸序列用PSI-BLAST程序在NCBI数据库中检索该家族成员氨基酸序列,用已获得的核苷酸序列用BLASTn程序在NCBI数据库中检索该家族成员的核苷酸序列,检索均采用默认参数设置,选取序列长度不小于200bp,序列相似度不小于95%,E≤10 -10的序列为候选序列。同时,在FlyBase数据库中检索已注册的黑腹果蝇热激蛋白的相似序列。下载获得的全部黑腹果蝇热激蛋白的核苷酸序列、氨基酸序列及相应的基因组序列用于后续分析。结果表明,黑腹果蝇热激蛋白分为六个基因家族:HSPB、DNAJ、HSPD、CCT、HSPA、HSPC,然而在本次实验中没有发现HSPE (HSP10)和HSPH(HSP110)家族。发现新基因7个,其中HSPB家族发现3个,分别为HSPBA4、HSPBB1、HSPBB2。DNAJ家族发现新基因2个,为DNAJA2、DNAJA6。在HSPD及HSPC家族中分别发现一个新基因,命名为HSPD3及HSPCA。(2)黑腹果蝇热休克蛋白家族成员序列分析:结果显示,黑腹果蝇热休克蛋白家族成员主要分布在染色体2L,3L,2R,3R ,X上。HSPB家族中大部分成员均只有一个外显子,没有内含子存在,而在HSPBA1,HSPBB1、HSPBB3中分别存在多个外显子。在DNAJ、HSPD及CCT、HSPA、HSPC家族中,该家族基因均含有多个外显子。在DNAJA5、CCT3、HSPA4、HSPCA中分别发现长度为21、18、18、20个氨基酸长度的信号肽,同时记录了该家族所有成员中的保守结构域及功能基序。(3)黑腹果蝇热休克蛋白家族成员的系统发育分析:结果显示:黑腹果蝇热激蛋白家族是由一个共同的祖先经过倍增形成同源基因,然后演变为不同的基因家族,其中一个演变为HSPC家族,另一个演变为其他家族的共同祖先。