文昌鱼属于脊索动物门，头索动物亚门，是与脊椎动物亲缘关系最近的无脊椎动物，在此之前，文昌鱼一直被认为是研究发育和进化的模式生物。近年来，人们也开始在文昌鱼中探索免疫系统的起源和进化，尤其是适应性免疫。我们对文昌鱼的系统解剖学研究发现，文昌鱼的腮中含有大量的淋巴样细胞，且这些细胞在感染后体积增大。进一步对文昌鱼进行比较基因组学研究发现一些与淋巴细胞发育和分化密切相关的基因，这些基因在文昌鱼被感染后表达明显上调，原位杂交结果显示这些基因的表达部位主要位于鳃。这说明原始的适应性免疫可能起源于文昌鱼，我们的结果第一次把适应性免疫的起源问题向前推至无脊椎动物。 文昌鱼和脊椎动物的共同祖先大约在迄今6亿年前开始分化，所以这两类生物中的具有共同祖先的分子在它们开始分化后可能会分化成具有不同功能的分子，单纯靠与脊椎动物免疫相关基因的同源性比对去发现文昌鱼中存在的免疫相关的分子就存在明显的不足。因此本研究分别用两种不同性质的细菌：副溶血弧菌及金黄色葡萄球菌感染文昌鱼后，运用抑制性差减杂交的方法来筛选出免疫相关的基因。结果显示：文昌鱼具有与哺乳动物相似的急性期免疫反应基因(如lectins，metalloproteinase，lysozymes and antimicrobial peptide等)，其表达模式也是相同的，这为利用文昌鱼来研究免疫系统的进化提供了进一步的有力证据。但是，与脊椎动物相比，文昌鱼也有着一些新的参与急性期免疫反应的基因，如apextrin和dermatopontin，这两个基因在副溶血弧菌感染后表现出3500倍和900多倍的上调，显示了这两个基因在文昌鱼的早期免疫反应中发挥重要的作用，进一步功能研究这些发现的新基因将有助于人们深入研究免疫系统起源和进化的分子基础。生物体中存在大量的富含亮氨酸蛋白，这些蛋白是由20-29个氨基酸基序组成，其基本上参与了所有已知的功能。我们从感染的文昌鱼差减文库中发现一种新的富含亮氨酸蛋白。同源性分析显示这一蛋白在氨基酸序列上与七鳃鳗中的可变淋巴细胞受体有52﹪的相似性。基因组结构分析显示其为一个不含内含子的基因，当其受到感染的刺激后表达明显上调，原位杂交结果显示该基因主要在消化道、鳃和肝盲囊中表达。重组的文昌鱼富含亮氨酸蛋白可以与不同细菌结合，结合后还可引起细胞聚集。我们的结果表明：文昌鱼中这些与七鳃鳗具有类似功能结构域的分子在适应性免疫出现前可能发挥着重要的免疫功能。 本文借助于光学显微镜和电子显微镜研究了文昌鱼抵御外源微生物的一线器官：消化道和鳃的结构。文昌鱼消化道结构与脊椎动物具有一定的相似性，但同时也存在很大差异：具有大微绒毛孔道的基底膜，缺乏肌肉层，消化道上皮具有大的血管腔结构，且受到微生物刺激后血管腔中含大量的吞噬细胞。文昌鱼的消化道上皮在感染后表现出活跃的吞噬活性，另在上皮内有少许具有吞噬功能的巨噬细胞存在。进一步功能研究这些细胞将有助于免疫学家深刻了解免疫系统起源的细胞学基础。 总之，本文的结果第一次报道了文昌鱼中原始适应性免疫的存在，这是迄今为止报道该免疫系统存在的最低等生物。我们还系统报道了文昌鱼抗感染免疫的分子机制，并对其中发现的一个功能基因进行了深入研究，同时对原始免疫系统的结构及其抗感染的细胞学机制也进行了进一步研究。进一步对这些基因和细胞的功能研究将有助于揭示脊椎动物免疫系统的起源和进化。