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[硕士论文] 李颖华
动物学 华中师范大学 2016(学位年度)
摘要:主要组织相容性复合体(Major histocompatibility complex,MHC)基因,是脊椎动物体内普遍存在的一类多基因家族。其表达产物具有识别抗原,介导机体免疫反应的重要作用。高多态性水平的MHC基因能够增强机体抵抗病原的能力,因此,探究MHC基因的多态性及其进化机制,有助于了解适应性免疫系统的进化过程。目前对MHC基因多态性及其维持机制的研究,大多集中在哺乳类、鸟类和鱼类等脊椎动物中,两栖类作为最早开始陆栖的脊椎动物,其水陆两栖的生活环境使得它们接触的病原体更为复杂,因此探讨两栖动物MHC基因的进化机制具有重要的意义。目前的研究主要集中在模式物种非洲爪蟾(Xenopus laevis)和一些无尾目动物中,有尾目MHC基因的进化机制尚不清楚。为了更加深入全面的探究两栖动物MHCⅠ类基因的多态性水平及其维持机制,本研究选取有尾目3个科的5个代表物种,即红瘰疣螈(Tylototriton verrucoosus)、无斑肥螈(Pachytriton labiatus)、商城肥鲵(Pachyhynobius shangchengensis)、巫山北鲵(Ranodon shihi)和中国大鲵(Andrias davidianus),通过分子克隆和DNA测序等方法得到MHCⅠ类基因的序列,对5个物种MHCⅠ类基因的多态性水平及其进化机制进行研究,主要结果如下:
  (1)5个物种共克隆得到1100余条序列,长度在730bp左右,包括部分的外显子2和外显子4及全部的外显子3区域。并从克隆序列中鉴定得到26个等位基因,它们的核苷酸多态性水平较无尾两栖类动物低,结合其生活环境进行分析,我们推测物种对环境的适应性与MHC基因的多态性水平相关。
  (2)不同物种包含的等位基因数目不同。五个物种至少含有1-2个MHCⅠa类基因座,这种物种间基因座数目呈多态性的现象说明有尾两栖类物种MHCⅠ类基因进化过程中经历了基因复制或丢失,符合基因“出生-死亡”进化模式(birth-and-deathmodel)。
  (3)5个物种的MHCⅠ类基因序列的平均核苷酸距离均小于平均氨基酸距离,暗示MHCⅠ类基因受到正选择的作用。通过平衡作用检测,发现受正选择作用的氨基酸位点位于推断的抗原结合位点(putative Antigen-binding sites,pABS)及其附近位置,并且五个物种中ABS区的非同义突变率与同义突变率的比值大于1(dN/dS>1),据此推断在ABS区存在正选择作用,结合ABS区识别和呈递抗原的功能,我们认为有尾目MHCⅠ类基因在进化过程中受到病原体介导的平衡选择作用。
  (4) MHCⅠ类基因的外显子2和外显子3的交界处检测到多个重组断裂位点,表明外显子2与外显子3/4发生了基因交换,这种重组模式与无尾两栖类MHCⅠ类基因的外显子改组(exon shuffling)相同,说明基因重组在有尾目MHCⅠ类基因的多态性进化过程中发挥着重要的作用。
  (5)从三个外显子区域的系统发育树中发现,不同区域MHCⅠ类基因的进化关系在种间和种内有明显区别,这可能与发生在外显子之间的重组作用有关。此外,无斑肥螈和中国大鲵这两个物种MHCⅠ类基因跨物种多态性的现象说明MHCⅠ类基因在这两个科物种分化前就已经存在。
  以上研究结果表明,有尾两栖类MHCⅠ类基因具有较高的多态性,在进化过程中经历了基因复制和基因重组,平衡选择是维持MHCⅠ类基因多态性的重要机制。
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