先天免疫广泛的存在于动植物等多细胞生物,是机体抵御外界病原体感染的第一道防线。Toll样受体(Toll-like receptor, TLR)是先天免疫系统中的一类重要模式识别受体,且对特异性免疫起重要的调控作用,是连接先天免疫和特异性免疫的桥梁。根据TLRs在细胞中的定位和所识别的配体不同,将其分为两大类,即非病毒型TLRs (non-viral TLRs)和病毒型TLRs (viral TLRs)。其中非病毒型TLRs位于细胞膜上,主要识别的病原体是细菌,目前鉴定出6个,即TLR1、 TLR2、TLR4、TLR5、TLR6和TLRIO。哺乳动物类群由于生存环境和食性等多样化的差异,面临的病原体微生物的种类和结构也有所不同,本研究选取了27个不同生境的哺乳动物,获得6个非病毒型TLRs基因序列,通过生物信息学分析并结合TLR4展开功能验证研究,以探讨以下3个科学问题：1)哺乳动物类群的非病毒型TLRs是否受正选择驱动?2)正选择发生在哪些哺乳动物谱系?3)TLR4的功能在陆生和水生哺乳动物中是否存在差异?如果存在差异,探讨差异来源。PAML选择压力分析表明,6个非病毒型TLRs基因在哺乳动物中共检测到93个正选择位点,且这些位点绝大多数位于胞外段的亮氨酸重复结构域,直接或间接影响着TLRs与配体的相互作用,提示非病毒型TLRs基因在哺乳动物中产生了适应性进化。同时研究发现,在鲸类、家牛、家马、食肉目祖先枝及翼手目等谱系中检测到了显著的正选择信号,推测物种所面临的疾病,复杂的食性,以及特殊的生活环境是非病毒型TLRs发生适应性进化的重要驱动力。鲸类特殊的二次入水进化历程,我们对鲸类类群进行进一步的分析。结果发现TLR1、TLR2、TLR4和TLR5在鲸类中检测到显著地正选择作用,揭示鲸类先天免疫基因在特殊的水生环境中发生了适应性改变。另外,本研究通过对TLR4信号通路下游产物IL8和NF-κB相对表达量的检测发现,在特异性配体脂多糖的作用下,家牛的IL8和NF-κB表达量均显著高于瓶鼻海豚,推测由于海洋环境相对于陆地环境来说,细菌病原体的数量和结构存在差异,从而使得瓶鼻海豚TLR4免疫应答程度相对较弱。为了探测差异来源,我们进一步将家牛和瓶鼻海豚TLR4胞外域和人TLR4胞内域进行重组,从而得知家牛与瓶鼻海豚TLR4的免疫应答程度不同主要是由基因胞外段差异引起的。由于病原体微生物随着外界环境的改变而不断进化,因此推测TLR4基因在这场与病原体的军备竞赛中发生适应性功能改变,从而为鲸类水生生活提供了保障。