文昌鱼分子生物学:AmphiHMGB、AmphiUbf80和AmphiPrxV基因克隆、表达与进化研究

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在动物的进化历程中,文昌鱼是介于无脊椎动物与脊椎动物之间的过渡类型。利用分子生物学手段,研究文昌鱼有关基因的结构、进化和表达,可为我们从分子水平上解开脊椎动物起源的奥秘;更重要的是,将进化与发育联系起来,可以更清楚地揭示有关基因在发育中的作用。 本文应用SMARTTM cDNA Library Construction Kit的方法,以成体文昌鱼肠为研究材料,构建了以真核表达载体pcDNA3为基础的cDNA表达文库。对文库克隆进行序列测定和生物信息学分析,已经获得了54个克隆,代表了文昌鱼至少39个不同的基因。有14个克隆包含有完整的开放阅读框,其中包括抗氧化物酶基因Prx、DNA结合蛋白基因、泛素基因、信号识别蛋白基因、溶菌酶基因和乙酰基转移酶基因等具有重要生物学功能的基因。文昌鱼肠cDNA表达文库的成功构建,为从分子生物学水平研究文昌鱼的进化与发育奠定了基础,也是分离新基因的重要来源。 从文昌鱼肠cDNA文库中分离到的克隆S028、S004和089,利用生物信息学方法对其进行了分析。结果表明,S028 cDNA序列编码一个164个氨基酸的蛋白,其与线虫、果蝇、鲑鱼、虹鳟和鸡HMG(high-mobility-group)蛋白同源性达47—53%,且该蛋白具有2个保守的HMG盒(boxA和boxB),属于HMGB亚家族,我们把该克隆命名为AmphiHMGB。文昌鱼AmphiHMGB蛋白不含C—端酸性尾巴,为一碱性蛋白,等电点为9.88。S004 cDNA序列编码一个156个氨基酸残基组成的蛋白质,与人的泛素蛋白Ubf80具有较高的氨基酸序列同源性(145/156同源),且该蛋白具有泛素蛋白Ubf80所共有的两个结构域,即由72个氨基酸组成的泛素介导的蛋白降解结构域和由48个氨基酸组成的核糖体蛋白S27a结构域。我们将这个cDNA克隆命名为AmphiUbf80。089 cDNA序列编码一个188个氨基酸残基组成的蛋白质,与人AOEB166蛋白(PrxV)的同源性达65%,我们将这个cDNA克隆命名为AmphiPrxV。 通过对HMGB基因的系统进化分析,发现文昌鱼AmphiHMGB基因可能摘要代表了脊椎动物劫甘‘Bl、从牙‘BZ和厅材‘B了基因分化前的一种前体基因型。通过对ubiquitin的系统进化分析,发现文昌鱼Ubf80除了具有脊椎动物和无脊椎动物的特征外,还具有自己的一些独特的特征,从分子水平上支持了文昌鱼是脊索动物进化过程中的一侧枝的观点。发现文昌鱼A二phi尸rxv基因是具有线粒体和过氧化物酶体信号特征(mi tochondrialand peroxisomal sorting signals)的抗氧化物酶基因;通过序列比对,我们把尸rxV归为l一Cys和2一Cys之外的3一Cys类,从而把尸rx基因家族的两种分类方法统一了起来。 通过入。rthern blot、Dot blot和原位杂交等技术,研究了文昌鱼AophiHMGB基因的表达图式。Northern blot和Dot blot杂交显示该基因在成体不同组织中表达差异性很大:卵巢表达最强,肠次之,而在肌肉、脊索和精巢中未检测到杂交信号;在胚胎发育的不同时期表达也存在差异:卵裂期、囊胚期和原肠胚期表达较强,而在神经胚期和1天幼虫期表达减弱。原位杂交分析表明从受精卵到神经胚,AophiHMGB基因广泛表达,但随着发育的进行,中胚层、内胚层和神经管的表达减弱,到1天幼虫期,仅在表皮可检测到表达。An7phiHMGB转录子在胚胎发育早期的丰富存在表明A即hjHMGB可能在文昌鱼胚胎的有丝分裂中发挥重要的作用。
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