有尾两栖动物MHC1类基因的多态性及其进化机制

发布时间：2017-07-02 08:02

  本文关键词：有尾两栖动物MHC1类基因的多态性及其进化机制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：主要组织相容性复合体(Major histocompatibility complex, MH C)基因,是脊椎动物体内普遍存在的一类多基因家族。其表达产物具有识别抗原,介导机体免疫反应的重要作用。高多态性水平的MHC基因能够增强机体抵抗病原的能力,因此,探究MHC基因的多态性及其进化机制,有助于了解适应性免疫系统的进化过程。目前对MHC基因多态性及其维持机制的研究,大多集中在哺乳类、鸟类和鱼类等脊椎动物中,两栖类作为最早开始陆栖的脊椎动物,其水陆两栖的生活环境使得它们接触的病原体更为复杂,因此探讨两栖动物MHC基因的进化机制具有重要的意义。目前的研究主要集中在模式物种非洲爪蟾(Xenopus laevis)和一些无尾目动物中,有尾目MHC基因的进化机制尚不清楚。为了更加深入全面的探究两栖动物MHC I类基因的多态性水平及其维持机制,本研究选取有尾目3个科的5个代表物种,即红瘰疣螈(Tylototriton verrucoosus)、无斑肥螈(Pachytriton labiatus)、商城肥鲵(Pachyhynobius shangchengensis)、巫山北鲵(Ranodon shihi)和中国大鲵(Andrias davidianus),通过分子克隆和DNA测序等方法得到MHC Ⅰ类基因的序列,对5个物种MHC Ⅰ类基因的多态性水平及其进化机制进行研究,主要结果如下：(1)5个物种共克隆得到1100余条序列,长度在730 bp左右,包括部分的外显子2和外显子4及全部的外显子3区域。并从克隆序列中鉴定得到26个等位基因,它们的核苷酸多态性水平较无尾两栖类动物低,结合其生活环境进行分析,我们推测物种对环境的适应性与MHC基因的多态性水平相关。(2)不同物种包含的等位基因数目不同。五个物种至少含有1-2个MHC Ia类基因座,这种物种间基因座数目呈多态性的现象说明有尾两栖类物种MHC I类基因进化过程中经历了基因复制或丢失,符合基因“出生-死亡”进化模式(birth-and-death model)。(3)5个物种的MHC I类基因序列的平均核苷酸距离均小于平均氨基酸距离,暗示MHC I类基因受到正选择的作用。通过平衡作用检测,发现受正选择作用的氨基酸位点位于推断的抗原结合位点(1outative Antigen-binding sites, pABS)及其附近位置,并且五个物种中ABS区的非同义突变率与同义突变率的比值大于1(dN/dS1),据此推断在ABS区存在正选择作用,结合ABS区识别和呈递抗原的功能,我们认为有尾目MHC Ⅰ类基因在进化过程中受到病原体介导的平衡选择作用。(4)MHC I类基因的外显子2和外显子3的交界处检测到多个重组断裂位点,表明外显子2与外显子3/4发生了基因交换,这种重组模式与无尾两栖类MHC Ⅰ类基因的外显子改组(exon shuffling)相同,说明基因重组在有尾目MHC Ⅰ类基因的多态性进化过程中发挥着重要的作用。(5)从三个外显子区域的系统发育树中发现,不同区域MHC Ⅰ类基因的进化关系在种间和种内有明显区别,这可能与发生在外显子之间的重组作用有关。此外,无斑肥螈和中国大鲵这两个物种MHC Ⅰ类基因跨物种多态性的现象说明MHC Ⅰ类基因在这两个科物种分化前就已经存在。以上研究结果表明,有尾两栖类MHC Ⅰ类基因具有较高的多态性,在进化过程中经历了基因复制和基因重组,平衡选择是维持MHCⅠ类基因多态性的重要机制。
【关键词】：有尾目 MHCI类基因 基因复制 基因重组 平衡选择 进化
【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q953
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 文献综述12-21
• 1.1 主要组织相容性复合体12-14
• 1.1.1 MHC分子的结构与功能12-13
• 1.1.2 MHC分子的特征13-14
• 1.1.3 MHC分子的应用14
• 1.2 MHC基因进化机制的研究14-17
• 1.2.1 基因重组15
• 1.2.2 基因复制15
• 1.2.3 平衡选择作用15-16
• 1.2.4 性选择作用16-17
• 1.3 MHC基因进化研究进展17-20
• 1.4 研究目的及意义20-21
• 第二章 研究方法21-28
• 2.1 实验样品21
• 2.2 实验方法21-25
• 2.2.1 组织RNA提取及cDNA合成21-22
• 2.2.2 特异性引物设计22-23
• 2.2.3 MHC Ⅰ类基因的扩增、克隆及测序23-25
• 2.3 数据分析25-28
• 2.3.1 MHC Ⅰ类等位基因的鉴定及序列多态性水平分析25
• 2.3.2 选择作用检测25-26
• 2.3.3 重组作用检测26
• 2.3.4 MHC Ⅰ类基因系统进化关系分析26-28
• 第三章 实验结果28-42
• 3.1 MHC Ⅰ类基因扩增结果及等位基因鉴定28-30
• 3.2 MHC Ⅰ类等位基因的特征及基因座数目的推断30-32
• 3.3 MHC Ⅰ类基因序列多态性32-34
• 3.3.1 核苷酸序列多态性分析32
• 3.3.2 氨基酸序列多态性分析32-34
• 3.4 选择作用检测结果34-37
• 3.5 重组检测结果37-38
• 3.6 有尾目MHC Ⅰ类基因进化关系38-42
• 第四章 讨论42-48
• 4.1 有尾目MHC Ⅰ类基因的多态性42-44
• 4.1.1 等位基因水平多态性42
• 4.1.2 核苷酸和氨基酸水平多态性42-43
• 4.1.3 基因座水平多态性43-44
• 4.2 有尾目MHC Ⅰ类基因的进化机制44-46
• 4.2.1 基因复制44
• 4.2.2 重组作用44-45
• 4.2.3 平衡选择45-46
• 4.2.4 有尾目MHC Ⅰ类基因进化关系分析46
• 4.3 小结46-48
• 参考文献48-57
• 致谢57

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本文编号：509035