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磷酸丙糖异构酶(TIM)基因是研究内含子起源与演化的重要模式基因,同时,TIM也是防治多种寄生虫病的重要分子靶标。
本文的研究包括如下两方面:首先,以多细胞动物的现存最近的单细胞亲缘种--原生动物领鞭毛虫(Monosiga brevicollis)为外群,对后生动物的不同类群中TIM基因内含子的分布模式和演化关系进行了较全面的系统性研究。其次,针对扁形动物的TIM基因,从进化的角度分析比较了具有最近共同祖先、但分别营自由生活和寄生生活的扁虫(涡虫和血吸虫/绦虫)的TIM及其基因。获得如下结果和结论:
1)揭示出了后生动物最近共同祖先的TIM基因其古老的内含子分布模式:含有6个古老的内含子,且内含子位点与TIM蛋白结构相关联;在不同的类群中“内含子的丢失”发生得较为普遍,而“内含子的获得”几乎全部发生在线虫与节肢动物这两大类群中,表现出高度的不均一性;而且,较为原始的线虫与节肢动物的TIM基因内含子分布模式相当保守,提示这两大类群中内含子的丢失与获得事件应发生在各自类群内的进化过程中,并提示二者可能的共同祖先“蜕皮动物”的TIM基因,甚至基因组,富含内含子;在低等无脊椎动物中未见新获得的内含子位点,而脊椎动物中内含子分布模式高度保守;果蝇TIM基因中选择性地保留下来一个祖先内含子,提示该内含子可能具有功能;同一内含子位点,可以在不同类群中独立产生多次,且新内含子位点的产生并不完全随机发生,而是具有序列偏好性。
2)通过序列扩增和序列搜索,首次从三种自由生活的扁虫(涡虫:Dugesiajaponica,Dugesia ryukyuensis与Schmidtea mediterranea)中鉴定出TIM基因,并将其与营寄生生活的扁虫(吸虫/绦虫)的。TIM基因进行了比较分析:(1)二者的内含子分布模式存在显著的差异(虽然均不同程度地反映了祖先内含子的丢失),表现在涡虫丢失了更多的祖先内含子,该现象不同于普遍接受的“寄生生物倾向于简化其基因(组)结构"的观点;(2)涡虫在与寄生扁虫分歧后,其TIM基因发生快速进化,表现在丢失更多的内含子以及序列与脊椎动物趋同,该现象是否反映了涡虫整个基因组的进化趋势尚需进一步调查;(3)更重要的是,区别于其它后生动物(包括涡虫)的TIMs,寄生扁虫的TIMs中存在一个独特且保守的“SXD/E”插入片段,这很可能是适应性进化的结果;生物信息学分析表明,该片段是很好的B细胞表位。由于有研究表明TIM本身就是重要的抗血吸虫病的分子靶标,因此,本研究的结果进一步提示:该插入片段所在TIM分子区域将是更加特异、高效的靶标位点,且在寄生扁虫中普遍存在,从而对防治血吸虫病,乃至其它寄生扁虫引起的疾病,具有重要的应用前景。