13種鷺科鳥類組織相容性復合物Ⅱ類B基因初步研究.pdf

1、主要組織相容性復合體(Major histocompatibility complex，MHC)基因是脊椎動物體內(nèi)與免疫功能密切相關的一個的基因家族，其基因編碼的蛋白在調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)識別自身和異物之間起著重要的作用。MHC變異反映種群內(nèi)、種群間與進化相關的適應性過程，適合于研究進化生態(tài)學和保護學方面的一些問題。
　　本文鑒定了分布于中國境內(nèi)鷺科鳥類(ardeidae)的兩個經(jīng)典MHCⅡ類基因(DAB1、DAB2)，并設計通用引物分析

2、了鷺科鳥類7屬13種的MHCⅡ DAB基因，特別是包含假定的肽鏈結(jié)合區(qū)(peptide-binding region，PBS)的第二外顯子的序列變異情況，初步研究不同物種序列之間的系統(tǒng)關系。其中較為系統(tǒng)地分析了鷺亞科(ardeinae)受脅物種黃嘴白鷺（Egretta gulphotes）、巖鷺（Egretta sacra）的MHCⅡB DAB1座位變異情況，以及常見種白鷺（Egretta garzetta）MHCⅡB DAB1基因在三

3、個不同地區(qū)的遺傳多樣性情況。通過上述分析，希望能夠初步了解這些MHC基因在鷺科鳥類的變異水平，尤其關注那些由選擇壓力引起的序列變異區(qū)域。
　　本文主要研究結(jié)果主要包括下列三個方面:
　　(1)主要組織相容性復合物(MHC)由于長期受到自然選擇等作用的影響具有高度遺傳多態(tài)性的特點，因而能反映物種與環(huán)境因素之間的適應性進化關系，適合作為研究進化生態(tài)學及保護生物學諸多開放性問題的有效工具。為開發(fā)適于研究鷺科鳥類MHC基因遺傳多樣性

4、的分子工具。我們利用已有的鳥類MHC基因分子信息，用PCR方法在蒼鷺（Ardea cinerea）分離鑒定到兩種MHCⅡB基因（DNA及cDNA:包含部分第一外顯子到部分第三外顯子區(qū)域，命名為DAB1與DAB2）;這兩種基因符合經(jīng)典的MHCⅡB結(jié)構(gòu)特征。在此基礎上，進一步設計通用引物用于擴增13種鷺科鳥類此二類MHCⅡB基因第二外顯子與第二內(nèi)含子序列，總共93個等位基因被鑒定。建立在第二外顯子基礎上的系統(tǒng)關系顯示:這兩個基因分為兩個不同

5、支鏈，暗示著每個基因執(zhí)行功能上可能存在區(qū)別。在每個分支上，來自不同種內(nèi)的一些第二外顯子序列比同一種內(nèi)序列更為接近，同時一些共享等位基因被發(fā)現(xiàn)，這些都支持MHC跨物種進化學說。在第二內(nèi)含子到部分第三外顯子序列基礎上的系統(tǒng)關系顯示兩個基因是根據(jù)種類聚支，顯示著協(xié)同進化。最后，基因轉(zhuǎn)換分析顯示基因轉(zhuǎn)換發(fā)生在在鷺科MHC進化過程中。
　　(2)由于MHC是與機體自身免疫應答緊密關聯(lián)，較高的多樣性水平有助于物種面對外部病原的入侵，提高適應環(huán)

6、境和生存繁衍的能力，因此MHC的高度多態(tài)性水平是物種生存力的一個重要指標。本研究選擇了中國大陸三個不同地理位置（河南、貴州、福建）的白鷺種群，初步研究在MHCⅡB DAB1基因是否存在分化。研究結(jié)果如下:在這個常見種中發(fā)現(xiàn)了豐富的MHCⅡB DAB1等位基因數(shù)量（55個不同等位基因發(fā)現(xiàn)于73個個體），其序列變異分析顯示抗原結(jié)合位點上的非同義突變替換率高于同義突變替換率(dN/dS:1.99，P＜0.05)，顯示歷史上白鷺DAB1基因經(jīng)歷

7、過正選擇作用。CODMEL程序中的模型M7和M8似然比檢測(Likelihood ratio test，LRT)結(jié)果同樣支持上述推論。進一步利用經(jīng)驗貝葉斯法準確地檢測出15個受正選擇作用的氨基酸位點，其中9個處于假設的抗原結(jié)合位點上，因此正選擇可能是維持白鷺DAB1基因多態(tài)性的主要機制之一。在系統(tǒng)分析方面，系統(tǒng)樹的分析結(jié)果顯示河南種群趨向獨立分支。分子變異分析(analysis of molecular variance，AMOVA)顯

8、示出種群間顯著的MHC基因分化((O)ST=0.296，P＜0.0001);遺傳距離與地理距離相關性分析顯示不顯著(P=0.838)?？梢姡绻车貐^(qū)識別當?shù)刂匾≡吹腗HC優(yōu)勢等位基因受到選擇，這種選擇可能使不同區(qū)域的種群MHC產(chǎn)生分化。
　　(3)為了解鷺科受脅物種（黃嘴白鷺和巖鷺）適應環(huán)境的潛力，本研究使用MHCⅡB DAB1基因多態(tài)的第二外顯子序列，通過單鏈核苷酸多態(tài)反應和序列測序進行分析。結(jié)果顯示，在30個黃嘴白鷺個體中

9、發(fā)現(xiàn)19個不同序列，9個巖鷺個體中發(fā)現(xiàn)8個不同序列;巖鷺單個個體擁有2不同序列，暗示著黃嘴白鷺MHC中發(fā)生明顯的基因拷-3個不同序列，黃嘴白鷺單個個體擁有6-10個貝現(xiàn)象。與常見種白鷺相比，序列多樣性研究顯示兩個物種的MHCⅡB DAB1基因并沒有展示出低的多樣化水平(核苷酸多樣性Pi值分別為:黃嘴白鷺0.0798，巖鷺0.0756)。在兩個物種序列突變分析中，在抗原結(jié)合位點上的非同義突變替換率均高于同義突變替換率（dN/dS:黃嘴白鷺

10、2.21、巖鷺2.37），氨基酸替換也趨向集中在抗原結(jié)合位點（抗原結(jié)合位點替換率/非抗原結(jié)合位點替換率:黃嘴白鷺0.2882/0.0705，巖鷺0.2288/0.0873），提示抗原結(jié)合位點上的MHCⅡB DAB1第二外顯子基因受到正選擇作用。最后，基于兩個物種MHC同源序列構(gòu)建的系統(tǒng)分析結(jié)果顯示，MHCⅡB DAB1第二外顯子基因序列未根據(jù)物種關系聚類，支持MHC的跨種進化學說。
　　本研究首次調(diào)查了13種鷺科鳥類在適應性標記M