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主要组织相容性复合体(Major histocompatibility complex,MHC)是广泛存在于脊椎动物体内与免疫功能密切相关并编码免疫球蛋白样受体的高度多态基因群,能编码种类丰富的细胞表面糖蛋白,具有呈递抗原、启动免疫应答的功能,是动物适应性免疫系统的重要组成部分。鸟类的MHCⅠ和Ⅱ类分子具有相似的结构都在免疫反应中发挥抗原递呈作用,Ⅰ类MHC基因的exon3和Ⅱ类exon2编码抗原结合部位,具有高度的多态性,与物种抵抗病原体的能力及对复杂环境的适应性直接相关。黄嘴白鹭(Egreta eulophotes)是全球性濒危迁徙水鸟,目前全球种群数量仅为2600-3400只。本研究以黄嘴白鹭2011年菜屿繁殖种群的48个幼鸟个体和15个蛋壳表面擦拭DNA样本为对象,通过对功能性Ⅰ类和Ⅱ类MHC经典座位的分离和遗传变异分析,揭示了黄嘴白鹭MHC基因多样性现状和维持机制以及与免疫相关的适应性进化特性。主要的研究结果如下:
①本文共分离得到黄嘴白鹭MHC基因8个位点的cDNA和DNA序列,序列均未发现终止密码子、移码突变或插入/缺失。其中Ⅰ类MHC基因2个位点,DAB基因4个位点,DRA基因2个位点。其中除了DAB基因中的2个位点外,其余位点均是首次在黄嘴白鹭中发现。
②在以2011小菜屿繁殖黄嘴白鹭63个个体为研究对象,利用座位特异性的PCR-SSCP基因分型和测序方法进行Ⅰ类和Ⅱ类8个MHC功能基因的遗传变异检测中共分离得到等位基因65条,发现了一个单态的位点DAB03,其余的位点都是多态的。与其他鸟类相比黄嘴白鹭的适应性免疫系统中(MHC)保留着较丰富的基因多态性。
③在5个位点(UAA、DAB01、DAB02、DAB04和DRA02)上发现了正选择作用。共存在33个受正选择压力的氨基酸位点。充分表明正选择作用在黄嘴白鹭的适应性进化过程中,发挥了重要作用。
④DAB03位点为单态,表明了黄嘴白鹭DAB03位点在其进化过程中,历经的进化选择模式,为极强的净化选择作用。也说明了这个基因在机体中可能起着重要的作用,如可能有针对性的识别某种病原体。
⑤黄嘴白鹭在UAA和DAB中存在重组,并得到了两种检验方法的一致性支持。在UAA位点上,是位点内的等位基因之间发生重组,在DAB基因中重组发生在多态性最高的2个位点DAB01和DAB02之间,属于位点间等位基因的重组。这说明基因重组是MHC基因多态性的产生与维持的机制之一。
本研究首次发现了黄嘴白鹭MHC基因DAB和DRA位点的全序列和对应的cDNA序列以及classⅠ类的部分序列。在此基础上分离出黄嘴白鹭MHC基因共8个位点,为每个位点设计了位点特异的引物,成功分离出单个位点,通过SSCP技术对各个位点的多态性进行了研究。结果表明黄嘴白鹭MHC基因的多样性,是由自然选择和基因内重组等多种因素来维持的,平衡选择、正选择、净化选择和基因内重组,是黄嘴白鹭在适应性进化过程中维持其MHC基因组多态性的主要进化驱动力。
由于研究时间的限制,本研究在对MHC基因分离鉴定后只对福建小菜屿的黄嘴白鹭种群进行了遗传多样性的分析。由于MHC基因受到栖息环境的影响会适应性的产生不同的等位基因用于抵抗不同的病原体,本文只采用了一个繁殖地的数据进行分析,对整个野生种群的适应性进化机制了解甚少。希望在后续的研究中加入更多不同地区的黄嘴白鹭种群以作更全面的分析。此外,由于不同的MHC基因及同一个基因的不同等位基因可能对于不同病原体的抵抗能力是有差异的,因此,很有必要研究黄嘴白鹭的等位基因与具体疾病抗性的对应关系,从而揭示黄嘴白鹭抗病性的分子机理。