膜翅目昆蟲糖受體的分子進(jìn)化.pdf

1、與脊椎動(dòng)物和線蟲的味覺受體不同，昆蟲的味覺受體不屬于G-蛋白偶聯(lián)受體家族(GPCR)，而是一類配體門控性離子通道(ligand-gated ion channels)。在對(duì)果蠅Drosophilamelanogaster、按蚊Anopheles gambiae、伊蚊Aedes aegypti、家蠶Bombyx mori、蜜蜂Apis mellifera和赤擬谷盜Tribolium castaneu的味覺受體研究發(fā)現(xiàn)，味覺受體基因家族跟許

2、多受體家族一樣都有物種特異性，并且在系統(tǒng)發(fā)育學(xué)上比較復(fù)雜。不同受體基因之間的序列差異性較大，但是糖受體、二氧化碳受體和少量的孤兒受體基因(orphan receptors)序列一致性較高。昆蟲的糖受體(sugar receptor)是昆蟲感知糖類物質(zhì)的一類蛋白質(zhì)，這類蛋白屬于化學(xué)感受相關(guān)基因家族的味覺受體家族。這個(gè)家族的進(jìn)化模式屬于birth-and-death模式:串聯(lián)基因重復(fù)導(dǎo)致新拷貝基因的出現(xiàn)，新拷貝基因的序列和功能逐漸進(jìn)化，最終

3、從基因組中丟失或者形成假基因。
　　本研究利用生物信息的方法，將已知的昆蟲糖受體的氨基酸序列作為檢索序列，在膜翅目昆蟲的基因組數(shù)據(jù)和蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)中尋找相似的基因序列。對(duì)所獲得的核苷酸數(shù)據(jù)進(jìn)行基因預(yù)測(cè)、序列分析、跨膜結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)。然后將獲得的預(yù)測(cè)基因序列作為檢索序列，再次在對(duì)應(yīng)物種基因組中進(jìn)行比對(duì)，尋找分異較大的糖受體基因。最后對(duì)得到的所有膜翅目昆蟲糖受體進(jìn)行了系統(tǒng)發(fā)育分析和選擇壓力分析。主要的研究結(jié)果如下:
　　在膜翅目的18種

4、昆蟲中共獲得了35條糖受體，其中蠅蛹金小蜂Nasonia vitripennis、意大利蜜蜂Apis mellifera、大頭美切葉蟻Atta cephalotes、印度跳蟻Harpegnathos saltator、東方大黃蜂Bombus impatiens和歐洲熊蜂Bombus terrestris每個(gè)物種中分別有兩條糖受體序列Gr1和Gr2，苜蓿切葉蜂Megachile rotundata中有一條糖受體Gr2，小蜜蜂Apisflo

5、rea中有一條糖受體Gr1，上述糖受體序列來自于已經(jīng)注釋的基因;剩余的21條膜翅目昆蟲糖受體數(shù)據(jù)都是我們?cè)诨蚪M數(shù)據(jù)中預(yù)測(cè)得到的，其中在紅火蟻Solenopsisinvicta、小蜜蜂A.florea、佛羅里達(dá)弓背蟻Camponotus floridanus和苜蓿切葉蜂M.rotundata這四個(gè)物種中分別得到一條糖受體，在葉蜂Athalia rosae、榕小蜂Ceratosolensolmsi、吉氏金小蜂Nasonia girault

6、i、金小蜂Nasonia longicornis、切葉蟻Acromyrmexechinatior、大蜜蜂Apis dorsata和紅收獲蟻Pogonomyrmex barbatus七個(gè)物種中分別發(fā)現(xiàn)兩條糖受體(Gr1和Gr2)，在阿根廷螞蟻Linepithemahumile中發(fā)現(xiàn)三條糖受體(LhGr1、LhGr2、LhGr3)。
　　我們對(duì)L.humile的三條糖受體進(jìn)行了物理圖譜分析，發(fā)現(xiàn)它們分布在不同的scaffold上。其中

7、LhGr1與LhGr3在進(jìn)化樹上聚在一起，可以看作是同源序列，另外我們還在LhGr1所在的scaffold上發(fā)現(xiàn)了一條LhGr2的假基因。由此我們推測(cè)L.humile的兩條糖受體是各發(fā)生了一次基因重復(fù)形成的。另外大多數(shù)膜翅目發(fā)現(xiàn)的兩個(gè)糖受體基因都是串聯(lián)分布在同一個(gè)染色體上，且轉(zhuǎn)錄方向相反。但是蜜蜂科蜜蜂屬三個(gè)物種的兩條糖受體并非是串聯(lián)分布的，而且轉(zhuǎn)錄方向也與其他科昆蟲不同。
　　氨基酸序列分析結(jié)果表明，膜翅目昆蟲糖受體的N-端序列

8、一致性低于C-端的序列一致性，前鋒(Pre-peak)位于在氨基酸序列的93-111位，可以描述為hHx(A/S)h(R/G)Phhhh(A/S) Qhh(G/A/S) hhph，在膜翅目昆蟲糖受體中這段氨基酸序列的第六個(gè)氨基酸為精氨酸R或者甘氨酸G，區(qū)別于其他目昆蟲糖受體的G/A/S。跨膜區(qū)域保守性最好，每個(gè)跨膜區(qū)域大約有21-35個(gè)氨基酸。大多數(shù)膜翅目昆蟲都有兩條糖受體，都在第7個(gè)跨膜區(qū)上膜翅目昆蟲糖受體有一段保守的基序(motif

9、)，其中一條糖受體對(duì)應(yīng)的元件是TYELVLVQF，而另一條糖受體應(yīng)的元件則是TYEVVLLQF，這段氨基酸序列可以很好的區(qū)分膜翅目昆蟲的兩條糖受體。
　　在內(nèi)含子插入位點(diǎn)的分析中，我們發(fā)現(xiàn)多數(shù)膜翅目昆蟲的內(nèi)含子位置穩(wěn)定，由此推測(cè)這些內(nèi)含子十分古老。這些內(nèi)含子多位于該基因保守的3'端，這與某些研究認(rèn)為古老的內(nèi)含子位于5'端的結(jié)論相反。
　　系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果表明，大多數(shù)膜翅目昆蟲的兩條糖受體，在系統(tǒng)發(fā)育樹上聚成兩枝，推斷它們由兩

10、條古老的基因進(jìn)化而來，這與前人的推測(cè)一致。膜翅目昆蟲的糖受體在進(jìn)化樹上的相對(duì)位置與它們?cè)诜诸惖匚簧系挠H緣關(guān)系是一致的。其中親緣關(guān)系較近的胡蜂總科、蜜蜂總科和小蜂總科昆蟲的糖受體在進(jìn)化樹上聚在一起，親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的廣腰亞目的葉蜂科昆蟲的糖受體則聚在另一枝上。
　　選擇壓力分析顯示，在P值為0.1的顯著水平上膜翅目昆蟲的糖受體基因有215個(gè)位點(diǎn)受負(fù)選擇壓力的影響，沒有位點(diǎn)受正選擇壓力的影響，所以說膜翅目昆蟲的糖受體整體上是處于負(fù)選擇壓力