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生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2010 年第 7 期
猪 Mitf基因的比较基因组学和进化分析
艾华水 胡小芬 周利华
(江西农业大学 农业部 /江西省动物生物技术重点实验室，南昌 330045)
摘 要: Mitf(Microphthalmia-associtated transcription factor)是小眼畸形相关转录因子，在黑色素细胞的发育、分化和功
能调节上起着重要作用，同时还参与了其它 3 种细胞包括肥大细胞、破骨细胞和眼色素上皮细胞的发育和分化。针对猪的
Mitf 基因，从 GenBank核酸数据库和 proenseml网站下载 4 条猪的含有Mitf基因片段的基因组序列与牛、人、鼠 3 种物种的Mitf
基因组序列进行比较基因组分析，结果发现，下载的猪 Mitf 基因组序列或没有排序，或存在一定错误排列。通过生物信息学
和比较基因组分析，将猪 Mitf基因的基因组序列进行重新组装，得到由 6 条有序基因组片段组成的较为完整的 Mitf基因组序
列，并根据人类 Mitf基因的转录本信息推测出 5 种不同猪 Mitf 基因的转录本。进化分析表明，在人类、小鼠、猪、牛、马和狗
中，猪和牛 Mitf基因的进化关系最近，提示做猪基因的生物信息学分析可借鉴牛的基因分析结果。
关键词: 猪 小眼畸形相关转录因子 电子重排 比较基因组学
Comparative Genomic and Phylogenetic Analysis of Porcine Mitf Gene
Ai Huashui Hu Xiaofen Zhou Lihua
(Key Laboratory for Animal Biotechnology of Jiangxi Province and Ministry of Agriculture of the Peoples Republic of China，
Jiangxi Agricultural University，Nanchang 330045)
Abstract: Mitf(Microphthalmia-associtated transcription factor)plays an important role in development，differetiation and func-
tional regulation of melanocytes and three other cells including mast cells，osteoclasts and retina pigment epithelial cells． In this paper，
4 genomic sequences containing the fragments of pig Mitf gene，downloaded from GenBank nucleoide database or proensembl website，
were compared with cattle，human and mouse Mitf genomic sequences that were downloaded from UCSC genome browser． The aligment
results showed that these 4 porcine genomic sequences were unordered or misarranged． Therefore，based on the results of comparative
genonic analysis，porcine Mitf genomic sequences were rearranged into 6 ordered fragments in silico． 5 different pig Mitf transcripts were
predicted compared with human Mitf gene transcripts． Phylogenetic analysis suggested that the evolutionary relationship of Mitf gene be-
tween pig and cattle were closer than the one between pig and human，mouse，horse or dog． It inferred that the results of bioinformatic a-
nalysis for cattle genes could be good referrence for pig genes．
Key words: Pig Mitf In silico rearrangement Comparative genomics
收稿日期:2010-02-09
基金项目:江西省自然科学基金项目(0630053，2009GZN0010)
作者简介:艾华水，男，博士，研究方向:分子生物学与生物信息学;E-mail:aihsh@ hotmail． com
通讯作者:周利华，女，副研究员，主要从事动物遗传育种与繁殖研究;E-mail:zlnjx2000@ 163. com
小眼畸形首先发现于突变小鼠。1942 年 Hertwig
发现一种放射诱变的突变小鼠，其表现为小眼畸形，
眼裂减小，早发性耳聋，皮毛和视网膜的色素减退。
其相关的突变位点被称为 mi位点［1］，之后，在这个位
点上发现多个等位变异［2］。1993 年，小鼠的小眼畸
形相关转录因子(Microphthalmia-associtated tran-
scription factor，Mitf)基因被克隆，证实小鼠 Mitf 基
因位于 mi位点上，在 mi 位点上的突变与其 Mitf 基
因的缺陷有关，也就是说，该基因发生突变会引起相
关可见的表型变化［3］。Mitf 蛋白属于 Tfe 转录因子
超级家族的成员，具有典型的基本螺旋-环-螺旋亮
氨 酸 拉 链 (basic helix-loop-helix leucine zipper，
bHLH-Zip)结构［3］。Mitf蛋白能够形成同源二聚体
或与 Tfe3、TfeB、TfeC 形成异源二聚体，从而结合以
“CANNTG”为核心的 E-盒或 M-盒序列，起到调控目
标基因转录表达的作用［4］。在小鼠的眼发育形成
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2010 年第 7 期
过程中，如果 Mitf 丧失了正常功能，将导致眼裂减
小，或导致成年时的小眼畸形。另外，在神经嵴细胞
定向分化发育成黑色素细胞过程中，Mitf 参与了其
分化，Mitf突变将导致皮肤着色的改变［5，6］。人类的
Mitf基因突变会引起 Waardenburg 2A 型综合症和
Tietz综合症，两者均为常染色体显性遗传疾病，表
现为皮肤色素减退、虹膜色素异常和听觉神经性耳
聋等症状［7，8］。
小鼠的 Mitf 基因定位于 6 号染色体的 6qD3
上，基因组全长约为 211. 7 kb;人类的Mitf基因定位
于 3 号染色体的 3p14. 1 上，基因组全长约为 228. 9
kb。它们均由 9 － 10 个外显子构成，而且都存在多
个不同转录本［9］。NCBI 的 GenBank 中，小鼠至少
有 9 种不同的 Mitf 转录本:Mitf-A，-A1，-A2，-H，-
H1，-H2，-H3，-M和-M1，编码的 Mitf 蛋白其氨基酸
长度从 349 aa变化到 526 aa;人类也存在 10 种不同
的 MITF 转录本:Mitf-A1，-A2，-B1，-B2，-C1，-C2，-
H1，-H2，-M1 和-M2，编码的 Mitf蛋白其氨基酸长度
从 413 aa变化到 526 aa。在这些不同转录本中，外
显子 2 － 9 或 3 － 10 都同源。
从 NCBI 的 GenBank 和 proenseml 网站上下载
了含有猪 Mitf 基因的基因组序列，通过比对发现，
上述数据库的基因组序列存在一定颠倒错误排列。
本研究通过比较基因组学分析，将猪 Mitf 基因的基
因组序列进行了电子重排，并对其进行了生物信息
学的验证和进化分析，为猪的 Mitf 基因的分离和功
能分析以及猪相关毛色基因的遗传学和进化分析提
供参考。
1 材料和方法
1. 1 数据下载
进入 NCBI 网站，选择“Nucleotide”搜索，键入
“pig mitf”，获得猪的 Mitf 基因的 cDNA 序列(Gen-
Bank登录号:NM_001038001)。然后进入 blast 网
页，选 择 “High throughput genomic sequences
(HTGS)”数据库，进行核酸序列的比对，获得 3 段
含有猪 Mitf 基因的基因组序列(登录号分别为
CU896681. 1、AC140098. 2 和 CU469275. 2)。
登陆 pre． ensembl． org /Sus _ scrofa /网址，点击
“Blast /Blat”，进入该网站的序列比对界面，输入人
类 Mitf基因的基因组序列的 5端的 25 kb 序列，默
认状态进行 Blat比对，确定猪 Mitf 基因在基因组上
的位置，然后将含有 Mitf 基因的基因组片段(240
kb)下载下来，进行下一步分析。
打开 UCSC Genome Browser网站，点击“Genome
Browser”，选择“human”的基因组，然后在“position
or search term”中键入“mitf”，提交则弹出“UCSC
Genes”，选择其中基因组跨度最大的 Mitf 基因，点
击进入。然后点击“DNA”，即可下载到人类 Mitf 基
因的基因组序列。同法得到牛、狗和马 Mitf 基因的
基因组序列。
1. 2 序列比对
利用计算机本地 blast程序包中的 bl2seq 程序，
进行猪 Mitf基因的 4 条下载基因组序列与人、牛和
鼠 Mitf基因的基因组序列之间的两两比对。
1. 3 序列比对结果解析和图形化
去除 E 值大于 1E-18 的比对结果，然后利用
perl语言的一个脚本程序 blsout_graph． pl将 blast比
对的结果图形化。
1. 4 序列拼接
利用 DNAstar软件包中的 Seqman 程序进行序
列拼接。
1. 5 序列验证
猪 Mitf基因的基因组序列通过拼接形成一条
相对完整的序列，然后利用在线程序 pipmaker［10］，
与人类、小鼠、牛、马和狗 Mitf 基因的基因组序列进
行比较，验证拼接后的猪 Mitf基因的基因组序列。
1. 6 进化分析
使用 ClustalX1. 83 软件，对人类、小鼠、牛、猪、
马和狗 6 种物种的 Mitf 基因跨度最长的编码 DNA
序列进行多序列比对，生成比对文件后用 Maga 4. 0
软件进行 1 000 次 bootstrap的进化分析。
在线程序 multipipmaker 可以完成长基因组序
列的多序列比对［10］。使用 multipipmaker 程序对人
类、小鼠、牛、猪、马和狗 6 种物种Mitf基因的基因组
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2010 年第 7 期 艾华水等:猪 Mitf基因的比较基因组学和进化分析
序列进行多序列比对，生成比对文件后用 phylip
3. 65 软件包中的 DNAdist进行 1 000 次 bootstrap 的
进化分析。
2 结果
2. 1 序列获取
分别从 NCBI网站和 pre． ensembl． org /Sus_scro-
fa /网址中得到含有 Mitf基因的猪基因组序列 4 条，
分别命名为:pig_mitf_genome-1(CU896681. 1) ，pig_
mitf_ genome-2(AC140098. 2) ，pig _ mitf _ genome-3
(CU469275. 2)和 pig_mitf_genome-4(来自 pre． en-
sembl． org /Sus_scrofa /网站) (表 1)。它们的长度分
别为 221 517 bp，186 285 bp，223 339 bp 和 240 001
bp。人类和小鼠 Mitf 基因的全基因组从 UCSC Ge-
nome Browser 网站下载下来，分别命名为 human_
mitf_genome和 mouse_mitf_genome，序列长度分别为
228 855 bp和 211 650 bp。牛、马和狗的含有Mitf基
因的基因组序列也在 genome． ucsc． edu 网站上下
载，分别命名为 cow_mitf_genome、horse_mitf_genome
和 dog_mitf_genome，序列长度分别为 236 489 bp、
243 213 bp和 222 000 bp。
表 1 含有Mitf基因片段的猪基因组序列
序号 名称 来源及 GenBank登录号 长度(bp) 序列数 是否有序
1 pig_mitf_genome-1 GenBank CU896681. 1 221 517 27 否
2 pig_mitf_genome-2 GenBank AC140098. 2 186 285 4 是
3 pig_mitf_genome-3 GenBank CU469275. 2 223 339 23 否
4 pig_mitf_genome-4 preensembl 240 001 10 未知
2. 2 比对及电子拼接结果
4 条含有 Mitf基因片段的猪基因组序列分别与
人类、小鼠和牛的相应基因组序列进行两两比对，结
果如图 1。Pig_mitf_genome-1 与牛、人类和小鼠 Mitf
基因的基因组序列比对发现分别有 18、18 和 10 个
片段与之相匹配，这几个片段有正向匹配也有反向
匹配。Pig_mitf_genome-2 与牛、人类和小鼠 Mitf 基
因的基因组序列比对发现分别有 4、4 和 3 个片段与
之相匹配，序列 1、2 和 4 为正向匹配，序列 3 除了 31
958 － 36 145 bp 片段为反向匹配外，其它段为正向
匹配。Pig_mitf_genome-3 与牛、人类和小鼠 Mitf 基
因的基因组序列比对发现有 15、15 和 7 个片段与之
相匹配，匹配方向均为正向。Pig_mitf_genome-4 与
牛、人类和小鼠 Mitf基因的基因组序列比对发现 7、
7 和 5 个片段与之相匹配，匹配方向也均为正向。
猪 Mitf基因与牛的匹配密度大于与人的，相比之下
与鼠的最低。
由于猪与牛的 Mift 基因其相似性比人、鼠高，
所以根据猪和牛的比对结果，将猪的 4 条下载的
Mitf基因的基因组片段序列拼接组装在一起，共 46
个 DNA片段形成 6 个有顺序的片段群，全长约 262
kb。去除不能与牛的 Mitf 基因组序列相匹配的 15
kb 5端序列，剩下约 247 kb，将其称为 pig_mitf_ge-
nome。再分别与人类、小鼠、牛、马和狗的相应基因
组序列进行两两比对，结果如图 2。猪 Mitf 基因与
牛、马的匹配密度较高，大于与狗、人的，与鼠的匹配
密度最低。
利用在线程序 pipmaker，将拼接后的猪 Mitf 基
因的基因组序列与人类、小鼠、牛、马和狗 Mitf 基因
的基因组序列进行两两比较。结果(图 3)表明，拼
接后的猪 Mitf基因的基因组序列与人类、小鼠、牛、
马和狗 Mitf 基因的基因组序列均呈现出较为连续
的“对角线”分布，从而验证了拼接后的猪 Mitf 基因
的基因组序列的正确性。
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下划线的数字分别代表 4 条含部分猪 Mift基因的基因组序列中子序列号
图 1 四条含部分猪Mitf基因的基因组序列分别与牛(A)、人类(B)
和小鼠(C)完整Mitf基因组序列的匹配图
图 2 牛、马、狗、人类和小鼠完整Mitf基因组序列与拼接后的猪 Mitf基因组序列的匹配图
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图 3 拼接后的猪Mitf基因组序列与人类、小鼠、牛、马和狗 5 种物种Mitf基因组序列的 pipmaker比对分析图
2. 3 基因结构分析
猪 Mitf基因 cDNA 序列(NM_001038001)与拼
接后的基因组序列 pig_mitf_genome 进行比对，发现
该 cDNA序列由 9 个外显子组成，并位于 pig_mitf_
genome 序列的 3端，210 kb 之后(图 4)。人类的
MITF基因有多种转录本，UCSC 网站上有五种比较
典型的基因结构。通过比对分析，5 种猪 Mitf 基因
的可能转录本可以被推测出来(图 5)。
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2. 4 进化分析
以 Mitf基因跨度最长转录本的编码 DNA 序列
进行进化分析，结果如图 6-A。以 6 个物种的全长
Mitf 基因的基因组序列进行进化分析，结果如图
6-B。从进化树可以得知，猪和牛的进化距离最近，
处于同一分支当中，而与马、狗、人类和小鼠的进化
距离较远。
图 4 猪Mitf基因 cDNA(NM_001038001)与拼接后的猪Mitf基因组序列的匹配图
图 5 猪Mitf基因的五种预测转录本
图 6 六个不同物种Mitf基因的进化分析
3 讨论
随着人类和小鼠基因组计划的完成，人类和小
鼠 Mitf 基因的基因组信息和基因组结构都比较明
了，而且在人类和小鼠中都发现多个 Mitf 基因的转
录本。而猪的基因组计划正在进行中，目前尚未完
成。在公开数据库中，研究人员仍然不能下载到完
整的猪 Mitf 基因组，以及 Mitf 基因的多个转录本。
本研究利用生物信息学方法以及比较基因组学方
法，将 4 条含有猪Mitf基因信息的基因组序列，进行
重新装配，得到一条相对完整的含有 6 个 Gap 的有
序的猪 Mitf基因的基因组序列，并根据人类的多个
转录本信息，预测出 5 条猪 Mitf基因的转录本。通
过比对及进化分析，表明猪的 Mitf 基因及其基因
组与牛的较狗、马、人、鼠的更相似，提示人们从事
猪和牛的基因分析和基因组学研究时可以相互
借鉴。
文章中的基因组序列和转录本信息均为计算机
比较基因组比对、拼接和预测，但是还需要通过生物
学试验工作进一步确证。尽管如此，人类、牛、马等
其它 5 个物种的比较基因组信息可以从生物信息学
层面上支持猪 Mitf 基因的基因组序列的顺序和完
整性。本研究所获得的猪 Mitf 基因组序列的重新
拼接和生物信息学、进化等分析结果，为猪的 Mitf
基因的分离、可变剪切转录本分析和功能分析以及
猪相关毛色基因的遗传学和进化分析奠定了序列分
析基础。
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参 考 文 献
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櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧
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