布氏錐蟲、馬媾疫錐蟲和伊氏錐蟲的進化關(guān)系研究.pdf

1、布氏錐蟲(Trypanosoma brucei)是非洲人昏睡病和家畜那加那病的病原體，對人類健康造成嚴重的威脅和對畜牧業(yè)生產(chǎn)造成巨大經(jīng)濟損失。該蟲在分類上隸屬動基體目、錐蟲科中的錐蟲屬。這類鞭毛蟲因其獨特的核外基因組——動基體DNA(kDNA)而有別于其它生物。kDNA由兩類互鎖的環(huán)形DNA分子：20～50個大小～23 kb的大環(huán)和約5000個大小約1.0 kb的小環(huán)組成。大環(huán)編碼常見的線粒體基因，但這些基因的表達大多需要經(jīng)過RNA編輯

2、。小環(huán)編碼向?qū)NA(gRNAs)，指導大環(huán)的轉(zhuǎn)錄解碼。布氏錐蟲的生活史經(jīng)歷脊椎動物宿主中的血流期階段和采采蠅宿主中的前循環(huán)期、上鞭毛體和后循環(huán)期階段。kDNA的部分或全部缺失會導致錐蟲停留在血流期階段，并失去感染媒介的能力。通過長期在脊椎動物宿主之間的機械傳播，布氏錐蟲可以不依賴采采蠅宿主，進而擴散到?jīng)]有采采蠅分布的其他大陸。馬媾疫錐蟲(T.equiperdum)和伊氏錐蟲(T. evansi)是媾疫病和馬、駱駝、水牛等家畜蘇拉病的病

3、原體，它們被認為是由感染了駱駝的布氏錐蟲在宿主遷徙到無采采蠅地區(qū)后進化而來。 本論文利用已有的分子生物學的研究鑒定手段，研究布氏錐蟲以及與其親緣關(guān)系相近的馬媾疫錐蟲和伊氏錐蟲，并通過比較分析這三種錐蟲之間的差異，確定它們之間的進化關(guān)系。 首先，從錐蟲亞屬各種間中最明顯的差異動基體DNA著手，分析馬媾疫錐蟲大環(huán)kDNA相關(guān)基因的缺失，小環(huán)kDNA的同源性，大環(huán)及小環(huán)kDNA的缺失對動基體超微結(jié)構(gòu)的影響。其次，利用已知的布氏

4、錐蟲特有的生物學特性確證馬媾疫錐蟲和伊氏錐蟲的分類關(guān)系。這包括觀察各錐蟲蟲株的生長曲線，對藥物誘導引起的kDNA缺失的耐受性，從血流期轉(zhuǎn)化為前循環(huán)期的能力，以及不同蟲株生長競爭現(xiàn)象。我們通過分析比較各蟲株大環(huán)及小環(huán)kDNA的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物以及RNA編輯特性，確定其是否仍具備RNA編輯的功能，測定錐蟲的呼吸鏈通路比例，線粒體膜電勢，并使用免疫印跡手段研究各種動基體的重要蛋白，ATP合成酶的亞基測序等，以確認馬媾疫錐蟲和伊氏錐蟲在缺少部分或全部k

5、DNA后，如何維持正常生命活動。最后，我們利用SL RNA基因的測序結(jié)果，和GenBank公布的同源序列比對，分析馬媾疫錐蟲，伊氏錐蟲和布氏錐蟲之間的進化關(guān)系。 研究結(jié)果證實馬媾疫錐蟲蟲株具有不同大小類型的大環(huán)kDNA，它們的差異對動基體的超微結(jié)構(gòu)沒有可見的影響，相反這些特性是研究真核生物線粒體DNA功能的理想模型。進一步的結(jié)果表明，馬媾疫錐蟲和伊氏錐蟲在蛋白水平和基因功能上均表現(xiàn)出和血流期的布氏錐蟲完全一致。根據(jù)SL RNA基

6、因的所構(gòu)建的進化樹，我們提出從布氏錐蟲進化成馬媾疫錐蟲和伊氏錐蟲的新途徑。最后，我們將錐蟲亞屬各種的特性和模式生物酵母進行比較，提出馬媾疫錐蟲和伊氏錐蟲的各種分子生物學特性都未能超出布氏錐蟲的物種特性之外，它們應該是布氏錐蟲的亞種。 本文采用多因素分析至今已知的兩種在自然條件下存在線粒體DNA部分或完全缺失的真核生物：馬媾疫錐蟲和伊氏錐蟲的進化關(guān)系。研究結(jié)果揭示，這些錐蟲盡管完全或部分缺失kDNA，并造成線粒體功能不同程度上的缺