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主要组织相容性复合体(Major histocompatibility complex,MHC)是存在于脊椎动物中的一类具有极高多态性的基因家族。MHC基因编码的细胞表面糖蛋白能将内源或外源性抗原呈递到T淋巴细胞,因此MHC基因在脊椎动物的免疫系统中具有非常重要的作用。现有的研究表明,MHC基因的多态性与抵御病原的能力存在相关性,是长期进化的结果,因此研究其进化能揭示MHC基因多态性的形成机制,有助于我们了解免疫相关蛋白的进化。现有对MHC基因的多态性及进化机制的研究主要集中在哺乳类、鱼类、鸟类等动物中,而对两栖类MHC基因多态性及其进化机制尚不清楚。两栖类在MHC基因进化中具有关键的地位,作为最早登陆的四足动物,其水陆两栖的生活习性使其可能面临更复杂的微生物环境。为更加系统、深入的了解两栖类MHCⅠ类基因的多态性及其进化机制,本研究选择了两栖无尾类5个科(角蟾科、铃蟾科、蟾蜍科、蛙科、树蛙科)的9个物种——桑植角蟾(Megophrys sangzhiensis)、峨眉髭蟾(Vibrissaphora boringii)、雷山髭蟾(Vibrissaphora leishanensis)、东方铃蟾(Bombina orientalis)、中华蟾蜍(Bufo gargarizans)、泽陆蛙(Fejervaryalimnocharis)、黑斑侧褶蛙(Pelophylax nigromaculata)、大树蛙(Rhacophorusdennysi)和经甫树蛙(Rhscophorus Chenfui)为研究对象,利用分子克隆和DNA测序的方法获得MHCⅠ类基因的外显子2-4的序列,分析其多态性,并解释其进化的分子机制。 本研究利用RNA-Seq测序技术得到雷山髭蟾、桑植角蟾和大树蛙等物种MHCⅠ类基因的部分序列开发了两对引物,成功的克隆测序得到9个代表物种的MHCⅠ类基因的序列1800条序列,长度在730 bp左右,包含了完整的外显子3和部分外显子2和4。我们从9个代表物种90个个体的1800条序列中鉴定得到78个MHCⅠ类基因的等位基因,其中经甫树蛙12个、大树蛙9个、黑斑侧褶蛙6个、泽陆蛙11个、中华蟾蜍8个、雷山髭蟾10个、峨眉髭蟾9个、桑植角蟾5个、东方铃蟾8个。9个代表物种的不同个体检测得到的等位基因存在差别,单个个体最多检测得到4个等位基因,推测东方铃蟾、雷山髭蟾、经甫树蛙、泽陆蛙和中华蟾蜍至少含有两个MHCⅠ类基因座位,桑植角蟾、峨眉髭蟾、大树蛙和黑斑侧褶蛙至少含有一个MHCⅠ类基因座位。9个代表物种含有多基因座的现象说明两栖类MHCⅠ类基因在进化过程中曾发生过基因复制,符合脊椎动物MHC基因“出生-死亡”(Birth-and-death model)的进化假说。 9个代表物种的78个等位基因在氨基酸和核苷酸水平均呈现了高度的多态性,其中外显子2和3的多态性明显高于外显子4的多态性,最高的是外显子2,外显子4的氨基酸序列相对于外显子2和3最为保守。预示着除了基因复制外,平衡选择和基因重组在两栖类MHCⅠ类基因多态性的进化过程中起着非常重要的作用。 我们通过比较不同外显子的非同义突变率及同义突变率比值(dⅣ/ds)以及5种基于密码子的模型(SLAC,REL,FEL,MEME,Codeml)对9个代表物种78个等位基因的序列进行了选择作用的检测,发现9个物种MHCⅠ类基因的氨基酸距离大于核苷酸距离,暗示着这些基因受到了选择作用。而且,9个物种的MHCⅠ类基因的的大部分区域的非同义突变率及同义突变率比值是大于1,特别是抗原呈递区域,这说明MHCⅠ类基因在进化过程中受到了正选择的作用。通过5种模型检测到52个受到正选择的氨基酸位点,这些位点多位于外显子2和3区域,包括了10个推断的抗原呈递位点,这说明MHCⅠ类基因特别是抗原呈递区域经历了较强烈的平衡选择。通过建立两栖类的MHCⅠ类基因的系统发育树,发现蛙科与树蛙科的物种以及角蟾科内的物种存在跨物种多态性,进一步说明了两栖类MHCⅠ类基因在进化过程中经历了平衡选择。 同时,在这9个代表物种的MHCⅠ类等位基因中检测到了多个重组现象的发生,78个等位基因中有37个等位基因通过基因重组产生,重组位点多位于外显子2及外显子3和外显子3及外显子4交界处附近,类似于硬骨鱼MHCⅠ类基因的重组模式。这个结果表明基因重组也是两栖类MHCⅠ类基因进化的重要分子机制之一。 另外,我们通过建立MHCⅠ类等位基因的系统发育树来比较不同物种的MHCⅠ类基因的发生关系,发现与其他脊椎动物相比,两栖类MHCⅠ类基因的谱系比较古老。 总之,我们的结果表明两栖类MHCⅠ类基因具有丰富的多态性,基因复制、平衡选择和基因重组在两栖类MHCⅠ类基因的进化中发挥了重要作用。