全 文 ：学 报 , 一` ( ` ) : 呼弓2一 4呼7 , l , s ,
G胡时 i“ S抽伙口
、 蓖麻蚕1 85 r R N A 基因 3’ 末端的顺序特征*
凌敏华l) 郑仲承 曹 苹 李载平
(中国科学院上海生物化学研究所 )
本文浏定了蓖眯蚕 1 85 r RN A 基因 (r D N A ) 3卜末端及其外侧的 D N A 顺序 。 将这一
顺序与家蚕 、 果绳 、 大鼠 1 8 5 rD N A 3 ` 末端顺序以及大肠杆菌 16 5 r D N A 3 ’ 末端顺序作了
比较 ,发现它们间有惊人的同源性。 不仅如此 , 这些荃即鲍 3’ 末端所形成的茎环结构也十分
相似 , 在 3’ 末端还有保守的 cE o RI 切点 。 这些研究结果对了解 1那 r R N ^ 3 ` 末端在蛋白质
合成中的功能及在 r R N A 前体加工成熟中的作用 ;对于了解 r R N A 基因的进化打下了荃础 。
关锐饲 : 1 85 rR N ^ 基因 3’ 末端 , 同源烦序
大分子 rR N A ( 1 85 和 2 85) 是核塘体的重要组成成分 , 产们在核糖休中起到骨架
的作用 ,各种核糖体蛋白质则有序地与 r RN A 结合 。 在蛋白质生物合成过程中 , 核糖体
小亚基与 m R N A 的翻译起始密码上游的顺序结合形成蛋白质合成起始复合物 。 在原妆
生物的这个结合过程中 , m RN A 识别核糖体结合位点的机制是在核搪体小亚基上 面 的
165
: R N A 3
’ 末端有保守的 C C v C C 喃睫簇 , 它与 m R N A 犷 末端的 s D 顺序相互识
别 ,相互作用 ,使 m R N A 与核糖体小亚基结合 【刀。 在真核生物 m RN A 中没有找到 S D
顺序 ,它的 1 85 r R N A 3 ’ 末端也没有 c C v C C 啥睫簇 , 相反 , 其 3 ’ 末端是富含嗦吟的 。
但认为 1 85 r RN A 3 ` 末端也有与 m RN A 5’ 末端相互识别的顺序 , 使 m R N A . 能与核
糖体小亚基结合切 。
有一些报道说真核生物 1 85 r R N A 分子的 3 ’ 末端有相似的核普酸顺序 , 井说这些顺
序与大肠杆菌的 165 r RN A 也有同源性伍 .] 。 这种 r RN A 顺序的一致生应当来自其基因
的顺序同源性 。 用分子杂交实验发现一些真核生物与原核生物的 r R N A 基因 (r D N A )
间有 2 0外 的 1 85 区 , 10 % 的 28 5 区是可以相互杂交的 。
我们在研究蓖麻蚕 r O N A 的墙构中测 定了 1 85 r R N A 基因的核昔酸顺序 , 在测定
了这一基因的 3 ` 末端与其外侧顺序后发现蓖寐蚕的 1 85 r D 丫 A 3 末端不仅与家蚕 有
很高的同源性 ,而且与果蝇 、 大鼠和大肠杆菌 ( 165 rD N A ) 都有惊人的同源顺序 ; 不仅
在一级结构上相同 ,而 且这个区的 D N A 所形成的茎环 i犬二级结构也十分相以 。 这些研
究对了解 1 85 : D N A 3 ` 末端的生物功能提供了有用的线索 。
材 料 与 方 法
(一 ) 材料
本文于 耳9 8 8年 5 月 3 0 日收到 -
. 本工作是国家自然科学基金资助课组 。 张爱宝同志进行计算机数据处理 ,特此感谢 .
D 上海科技大学生物工程系进修生 。
` 期 凌教华等 :蓖麻蚕 1 5 5 rR N人 基因 3 ` 宋端的顺序特征
蓖麻蚕 1 85 r R NA 基 因 3 ’ 末端片段取自克隆在 P B R ~3 2 2质粒中的蓖麻蚕 r 0A N
的 E [ B :片段1 tl;基因克隆载体 pw R13 质粒来自中国科学院上海细胞研究所郭礼和 ; 限
制性内切酶 、 D NA 连接酶和大片段 D NA 聚合酶 I等来自 Boc 卜 ri ng e r公 司 ; 。 一 ,争-
d A T P
,
(斗o o C i / m m o l / L ) 来自 A二 e r s h a m 公司
(二 ) 方法
测 定顺序用重组 D N A 的构建及顺序测定 : 将克隆在 BP R 32 2 上 如沟 r D N A 用限
制酶 E c o R I 和 a a m H I 酶解 ,得到 : n N A 的 E IB : 片段 , 同时将 p w R 13 也用这 2 个酶
酶解 , 经连接转化后 , 得到含 p w R 一 r D N A E 、几 . 的重组 D N A 。 然后用末端终止法测定
D N A 顺序『, , 。
结 果
(一 ) p W 1R 3一 E : B : 皿组 D N A 的构邀
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图 1 p W R 1 3一 E : B: 的构建
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l 一 顺序测定引物 , I二 s e q u e n c i n g p r i m e r , , ’ d ( A A c A G c T A T G ^ c c A T G ) ; 11 = 顺序测定引物 -
11“ s e q u e n c i n g p r i m e r , , ` d ( T c c c A G T c A e G ^ c e T )
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以 T叮AT皿C GTCGCGCGCA CCATGCA TT 叮ATTGTGCG 盯GCAG队 TA
`以以 G栅 “嘿黯 ”
圈 2 范麻蚕 185 r R N A 基因 3’ 末端及其外侧的顺序 (图中给出的是非编码链 )
F i g
.
2 S e q u o n c e o f t h e 3
’
t e r m i n a l o f t h e 1 5 5 r R N A g e n o o f s i l k w o r m 才 r t a e “ x , `c i 。 ; a n d t h .
f l a n k i n ` n u c l e o t id e 。 ( T h e s t r a n d s h o w n 15 t h e n o n 一 e g d i n g , t r a n d )
. 一 1 . 5 r D N A 3` 末端的第一个核昔酸 。 ’ r h e l . t n u e l e o t i d o o f t h e 3 , e n d o f 18 5 r D N A .
咭峪今 遗 传 ’ 学 报 I ` 容
图 1是含蓖麻蚕 1 5 8 r D NA3’ 末端的重组 DA N pw R B一EI B :的构建图 。 顺序测
定在这一重组 DA N上进行 。
(二 ) 蓖麻蚕 15 8 rD NA3’ 末端的 O NA’顺序
图 2是蓖麻蚕 1 5 8 r D NA3 ` 末端及其外侧 ’ D NA顺序 , 共 3 17 b p 。 图中给出的是
非编码链。
讨
分析以上结果可以看出 1 85 r RN A 基因 3’
论
末端有如下一些很有趣的特点 。
人 ,
l
, 蓖麻蚕 (A .沦 i月犷)
2
, 家蚕 (B .脚口lr’ )
s
, 果蝇 (D .脚口la ” 以羚s et 尸 )
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1
. 蓖麻蚕 6
2
. 大肠杆曹
图 3 18s r D N A 犷 末端顺序比较
人 . 蓖麻蚕 、 家蚕、 果姆和大鼠的比较 ; B . 蓖麻蚕和大肠杆菌的比较
(顺序编号由 3` 末端开始向 5’ 方向延伸 ;相同的顺序以方框表示 )。
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T h e s o q u . n e e h o m o l o g y i一 h o w n i n t h e b o 盆 . 5 . )愧
6 期 凌敏华等 : 蓖麻蚕 1 5 8r RN A基因 3’ 末端的顺序特征
1
.
15 8rDN A 3’ 末端的顺序保守性 将蓖碌蚕 1 5 8r D N A的 3’ 末端与果绳` 、
家蚕 t.l 、 大鼠以及大肠杆菌( 16 5r DN ^ )比较一下 , 可以看到它们之间有很多同源顺序
·
(图 3A ) 。 尤其是 3 种真核生物 1 8 5 r D N A 之间 , 有 2 个同源区 , 即 l一 8 0和 1 2 1一 2 2 0
( 由葵麻蚕 1 85 r D N A 3` 末端算起 ) ,这 2 个区段中除了极少数例外 ,几乎有相同的核昔
徽顺序 , 而 81 一 1 10 则差异很大 。 尤其是进化上十分接近的家蚕和蓖麻蚕 ,这些顺序的一
散性比它们与果蝇的更多一些 ,家蚕和蓖麻蚕只在 8 1一 98 间有较大的不同 , 而它们与果
蝇在 81 一 1 15 之间有较大的不同 。 但在进化上比它们要高级得多的大鼠的 1 85 r D N A 3’
末端头 32 个核昔酸与这 3 种昆虫竟然也有很大的同源性 ,这是很有趣的 。 这侥明各种真
核生物的同一基因的确有保守性 。
由图 3 B可以看到真核生物 1 85 r D N A 与原核生物 1 65 r O N tA al 在 3’ 末端上也有
很大的同源性 。 这一同源性主要表现在十 9 , 十 50 之间 。 此外在十 70 ` 十 1 05 和更
上游一点的顺序中也有很多同源区 。 以上这些 r RN A 基因间高度保守的区是迄今报道
;的原核生物与真核生物之间 D N A 及 RN A 分子中最长的共同顺序 , 这一点很值得 注
意 。
1 85 r R N A 基因 3’ 末端的这种同源性有什么生物学意义呢? 我们知道大肠杆菌 165
公A
公 八
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八寸蕊麻蚕 〔18 )S T妥
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’ 从 6G 姑TC 3,
图 4 1` 5 r D N A 3’ 末端同源区的二级结构
(顺序编号由 3’ 末端开始 。 大肠杆菌与真核基因之间的差异以方框表示 ) 。
F 19
.
4 s e e o n d a r了 s t r u c t u r e s o f r D N A s i n t h e i r 3’ t e r m i n a l h o m o l o g o u 一 r e ` i o n -
《 T I、 . n u 口 b o r o f n u c l e o t id e i n e a e h s e q u e n e e 1 5 s t a r t e d f r o m t h e 3 ` t e r m i n a l : o , i t -
了 d i r e c ` i o n o f 18 5 r D N A · T l一e d i f f e r e n c e o f s e q u e n c e l, e t w e e n E · , ` 0 1 1 a n d o u k ` ·
r y o t i e r D N A s 10 s h o w o i n 七h e b o x . )
遗 传 学 报 I` 粉
rR N A的 3’ 末端有 C Cv C C顺序 (十 呼` + 9 ),这一畴咤簇与 m R N A 军末端的 sD 顺
序互补 , 在蛋 白质合成中通过这 2段 RN A 顺序的相互作用而将 m RN A 固定在核糖体
小亚基上 , 这对于形成翻译起始复合物是十分重要的 。 在真核生物 m RN A 中虽然未
发现 s D 顺序 , 但已有许多资料说明真核生物 1 85 r R N人 的 3 ` 末端有保守的嚷岭 簇
G口A G G A C (如蓖麻蚕 1 85 r R N A 3 `
乙二o R I
:一当粉. 仁一
五汾o R I
末端的十 7” + 1 3 ) ,这一顺序与 m R N A 的 , ` 末
端的咄淀区可以相互作用 , 使 . R N A
与核糖体小亚基结合。 所以 , 真核生物
18 5 r D N A 3 末端的同源性一定 与 它
的这一生物功能有关系。 与 此 相 反 ,
。`旦, s嵘尸1 3 ,么 一一一 , . . . 川喇卜一—及 . 0 R I、一= ` . 眺牛一一
图 5 1 8 S r D N A , ’ 末瑞保守的 E c o RI 切点
1
. 范麻蚕 ; 2 .果绳 ; 3 . 家蚕。
F 19
.
5 T h e e o n s e r , a t i v e 阶 o RI * i t e i n t h e
3
`
r e g i o o o f 1 8 5 r D N A
l
· 才 . r f c ` . 1; 2 . D . , , l a 招 。才口 s r考 r ; 3 . B . o r泣.
B g “ B 考川 ; Sm 二 S用 。 I ; H 二 H万月 d l l l .
1 85 rR N A 的 5’ 末端则有很大的 种 属
差异性 。 这一点与 r D N A 的转录因子
有种属依赖性是一致的 。
2
·
1 85 r RN A 基因 3’ 末端及其外
侧顺序可形成茎环状高级 结 构 1 8 5
rR N 人 纂因的 3 ` 末端及其外侧顺 序 可
以通过氢键形成高级结构 。 图 斗列出了
这茎环状结构 。 有意义的是蓖麻蚕 、 家
蚕 、 果蝇与大鼠的这一茎环结构几乎完
全一样 ,它的 “ 茎柄 ” 有一样的碱基对 , 仅在环部有些不同。 而且它们与大肠杆菌的这一茎
环结构也几乎一样 ,只是在 “ 茎根 ” 部大肠杆菌是 A 一 T
A
一
T
而真核生物是 T 一 AT 一 A 。 这些同源性
说明这一茎环结构也一定有相似的 、 重要的生物功能 。 我们注意到这一茎环结构都由-
1 s( 16 s)
r D N A 3’ 末端内侧 (即+ 10 , 十 3 7) 核昔酸所组成 , 我们又知道 3’ 端外侧顺序
是很不均一的 , 因此推想这一茎环结构会不会是 : R N A 成熟加工的信号呢 ? 因为 r D N A
在转录时沿 E T s , 1 a s ( 5, ) , 1 5 5 ( 3` ) , I T s一 5 . 8 5一 IT s ` 2 8 5 方向进行 , 先生成
前体 rR N A , 经加工在 1 85 3 ` 末端与 IT S 连接处切开前体 r R N A 才生成成熟的 1 85
rR N A
。 因此这里应该有一个加工酶系识别与作用的位点。 而所有这些 rR N A 的 3 ` 末
端都可以形成茎环状二级结构 , 就会成为这一信号结构 。 此外 3’ 端下游顺序中 (由一 1一
一 2 9 ) A T 含量比较高 ( 65 外 ) ,在它的下游 (由一 30一 5 0) G C 又较多 , 占 70 沁 。 富
A T 区 D N A 双链比较松散 , 易被与加工有关的蛋 白质分子插人 , 富 G C 区则比较紧
密 。 这一顺序特征也暗示了 3’ 末端的茎环结构及其后的富 A T 区是 RN A 加工酶识舱
信号 。
3
. 有保守的限制酶切点 许多生物的 r D N A 常常有保守的限制胜内切 酶 切 点 。 .
图 , 列出了蓖麻蚕 、 家蚕与果绳 1 85 r D N A 的一些限制性内切酶位点 , 可以看出它们都
有一个 召co RI 切点 , 而其他限制酶的特点却不尽相同 。 这一保守性的生物学意义 尚不
明白。
综合上述结果 ,本文通过研究蓖麻蚕 1 85 rR N A 基因 3 ’ 末端的顺序特点 , 可以看到
一些很有意义的结果。 1 85 r R N A 基因 3 ’ 末端顺序在真核 与原核 ( 165 ) 生物之间的同 ,
` 期 凌故华等 :蓖赚裁 1 5 8 rR NA 墓因 3’ 末端的顺序特征 7 4 4
源性及其高级结构 , 酶切位点的一致性不仅为研究 rR N A 的生物学作用提供了线索 , 也
为研究 : D N A 的进化演变及 从比较进化学来研究这一基因的表达提供了线索 。
参 考 文 献
吴祥 甫等: 19 83。 遗传学报 , 1 0 ( 6 ) : 4 2 3一咚2 8。
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e J o n g e , R
.
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: 19 7 7
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: 19 8 3
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H a g e n b u e h l e
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1 3 : 5 5 1一5 6 3 .
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F E B S L 亡 t t亡 r J
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Sc亩. , U S A , 72 : 4 7 3 4一4 7 3 8 .
Y o u n g
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S` 1 . , 7 5 : 3 5 9 3一 3 5 9 7 .
Z i f f
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,
T e r m i n a l S e q u e n c e s o f t h e 1 8 5 r R N人
G e n e fr o m S i l k w or m A亡t a e o s r 扭C忿n 盆
L i n g M i n h u a
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I” , t i ,“ , ` 0 1 B i o c人` 脚 i s t r夕, A r od ` 份 i a S io i c a )
A e s T R ^ e T
T h e 3
’ t e r m i n a l s e q u e n e e o f t h e g e n e f o r 18 5 r R N A o f s i lk w o r m A t , a c u s r ic i称 1 h a v e be e .
s e q u e n e e d
.
C o m p a r i s o n o f th i s s e q u e n e e w i th th e 185 r D N A o f s i l k w o r m B娜 b” 用 o r i, D r “ -o
P h i l a m e l a 月 o g a , t e r , r a t a n d t h e 165 r D N A o f E
.
c o l i h a s s h o w n t h a t t h e r e 15 a r e m a r k a b le h o m -o
Io g y b e tw e e n t h e m
. ’
M o r e o v e r
, t h e s r em a n d lo P f o r m a t i o n o f 3
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v e r y s i m i l a r
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T h e r e 15 a e o n s e r v a t i v e E c o R I s i t e i n th e 3
` r e g io n o f t h e s e r D N A s
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T h es e r es u l t孚
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’
e n d o f 185 r D N A i n P r o t e i n s y n
-
t h e s i s
,
i n p r o e e e d i n g o f r RN A P r e e u r s o r
, a n d t o t h e u n d e
r s t a n d i n g o f r h e e v o l u t io n a r y r e la t i .
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.
K e y w o r d s : 3
’
t e r m i n a l s e q u e n c e o f 185 r RN A g e n e
,
H o m o lo g y
R e e e i
v e d M a y 30
,
1 , 8 8
.
. P r o ie e t S u Pop
r t e d b萝 t h e N a t i o n l N a t u r e S e i n e e l F u n d a t i o n o f C h i。 -