鸟类免疫球蛋白重链基因的进化分析

发布时间：2018-05-16 18:54

  本文选题：免疫球蛋白D + 亚型分化　； 参考：《中国农业大学》2017年博士论文

【摘要】：免疫球蛋白(imunoglobulin,Ig)是有颌类脊椎动物适应性免疫系统中的关键分子。作为其中最古老的Ig类型,IgD(由δ因编码)被认为存在于除鸟类之外的其他所有有颌类脊椎动物中。长久以来,大家普遍认为鸟类只表达IgM、IgA、IgY三种Ig重链类型,缺失了在其他物种中都保守存在的IgD。但以前对鸟类Ig基因的研究主要集中在少数物种上,受技术手段的影响,部分结论可能并不准确、全面。因此本研究利用高通量技术手段全面分析了非洲鸵鸟(Struthiocamelus)、鸸鹋(Dromaius novaetollandiae)、珍珠鸟(Taeniopygia guttata)等几种代表性鸟类表达的Ig类型,首次在鸟类中发现了δ因及IgM和IgY的亚型分化。非洲鸵鸟代表着现存最原始的鸟类,同爬行类动物亲缘关系很近,因此在进化生物学研究上具有重要价值。本研究首先以非洲鸵鸟为研究对象,对其表达的Ig基因类型进行了全面分析。提取非洲鸵鸟脾脏、法氏囊、小肠组织RNA样品进行转录组测序,对转录组测序数据和华大基因测得的非洲鸵鸟基因组测序数据进行分析,经BLAST搜索及后续详细的序列比对发现非洲鸵鸟中存在三种新的 Ig 类型:IgD、IgM2 和 IgY2。通过 3' RACE(rapid amplification of cDNA ends)和5' RACE相结合的方法扩增得到δ基因序列全长,并选用多个物种Ig基因的氨基酸序列构建系统发育树,分析了这些基因的进化特点。采用Northern Blotting和荧光定量PCR在RNA水平上验证了δ基因的表达模式及在不同组织中的表达特点。通过构建BAC(bacterial artificial chromosome)文库并筛选相应BAC克隆、基因组步移和长片段PCR扩增等方法绘制了非洲鸵鸟重链基因位点部分结构图:μ1-δ-α-μ2。为探讨δ基因在鸟类中是否普遍存在,本研究对已有的48种鸟类基因组数据进行逐一搜索,在18种鸟类中发现了δ因片段序列,表明δ基因在鸟类中是广泛存在的。此外,IgM和IgY分别存在2种亚型这一现象也是在鸟类中首次发现。为进一步深入探讨δ基因以及IgM和IgY亚型分化在其他鸟类中的情况,本研究选择了鸸鹋和珍珠鸟这两个物种验证上述相关实验结果。鸸鹋与非洲鸵鸟同属于平胸总目,也是进化上较为古老的鸟类。研究结果表明鸸鹋表达的免疫球蛋白类型同非洲鸵鸟一致,共有IgM1、IgM2、IgD、IgA、IgY1和IgY2六种类型。珍珠鸟属于雀形目,而雀形目是鸟类中物种种类最为丰富、数量最为庞大的一类。分析结果表明珍珠鸟同鸡、鸭一致,只表达IgM、IgA和IgY三种免疫球蛋白,不表达IgD,在该物种中也未发现IgM和IgY亚型分化现象。综上所述,本研究首次在鸟类中发现了 IgD编码基因。虽然个别鸟类物种丢失了该基因,但该基因仍然广泛存在于大部分鸟类中。此外,本研究还在鸟类中发现了 IgM和IgY亚型基因分化现象,且进化分析表明IgM和IgY的亚型分化发生在现存鸟类物种分化之前。这些结果表明现代鸟类的共同祖先表达IgM1、IgM2、IgD、IgA、IgY1和IgY2六种免疫球蛋白类型。对于IgM而言,较古老的鸟类(如非洲鸵鸟、鸸鹋)同时保留了 IgM1和IgM2,其他鸟类则丢失了 IgM2编码基因,仅表达IgM1;对IgY而言,一部分鸟类(如非洲鸵鸟、鸸鹋、鸽子)同时表达IgY1和IgY2,另外一部分鸟类(如珍珠鸟、企鹅)仅表达IgY1,其他鸟类(如鸡、鸭、鹅)仅表达IgY2。这些研究结果对于理解免疫球蛋白基因在有颌类脊椎动物尤其是鸟类中的进化模式具有重要意义。
[Abstract]:In this study , three Ig heavy chain types such as IgM , IgA and igy have been found in birds except birds . In this study , it was found that the expression patterns of IgM1 , IgM2 , IgD , IgA , IgY1 and IgY2 were found in the birds . IgY1 and IgY2 are expressed at the same time , and only IgY1 is expressed in other birds ( e.g . , birds , ducks and geese ) , and only IgY2 is expressed in other birds ( such as chickens , ducks , geese ) . These findings are important for understanding the evolution patterns of immunoglobulin genes in mammals , especially birds .

【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：Q953
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本文编号：1898020