哺乳動物印記snoRNA基因簇的分子進化研究.pdf

1、基因組印記是由親本來源不同而導(dǎo)致等位基因表達差異的一種遺傳現(xiàn)象，主要發(fā)生在胎盤哺乳動物和顯花植物中。印記基因的缺陷可以導(dǎo)致一些嚴重的遺傳疾病。哺乳動物基因組印記區(qū)中包含有大量的非編碼RNA基因，我們已經(jīng)證明非編碼RNA與哺乳動物基因組印記的獲得有密切的關(guān)系。印記snoRNA是哺乳動物印記區(qū)中數(shù)量最大的非編碼RNA，最近的研究表明印記snoRNA不同于其他snoRNA基因，具有獨特的作用方式以及重要的生物學(xué)功能。印記snoRNA基因HBⅡ

2、—52可以與一類重要的神經(jīng)信號傳導(dǎo)分子5-羥色胺受體(5-HT2CR) mRNA前體作用，調(diào)控其RNA編輯以及選擇性剪接過程；HBⅡ—85基因的表達異常與人類一種復(fù)雜的遺傳疾病Prader—Willi綜合癥(PWS)有直接的關(guān)聯(lián)。印記snoRNA基因簇還是新基因產(chǎn)生的熱點區(qū)域。然而，我們對于這樣一類重要的印記非編碼RNA基因的起源，多基因家族的進化模式及其進化的動力等問題的了解卻十分有限。 本論文利用snoSeeker程序結(jié)合比

3、較基因組學(xué)及單基因組搜索策略，在12個哺乳動物基因組中系統(tǒng)地鑒定出17個基因家族共933個印記snoRNA基因。發(fā)現(xiàn)印記snoRNA基因數(shù)量以及基因簇長度在哺乳動物中變化顯著，靈長類和嚙齒類包含更多的印記snoRNA基因。系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果表明，印記snoRNA基因家族間雖然存在著一定的親緣關(guān)系但也表現(xiàn)出明顯的異質(zhì)性，說明其并不是起源于同一個祖先。印記snoRNA多基因家族在進化過程中基因數(shù)量變化的分析表明，現(xiàn)生真獸亞綱大部分印記snoR

4、NA基因都是經(jīng)過譜系特異的基因產(chǎn)生和丟失事件獲得的，而14q(Ⅰ)家族則呈現(xiàn)出基因數(shù)量減少的趨勢。我們在哺乳動物印記snoRNA基因簇中還鑒定到了一定數(shù)量的假基因，說明印記snoRNA基因簇中存在著新基因的產(chǎn)生與基因消亡的動態(tài)平衡。在靈長類和小鼠中，這種平衡傾向于新基因的產(chǎn)生，表現(xiàn)為假基因的比例較低；而在其他物種中，假基因的比例明顯升高，表明基因消亡的速度上升。 哺乳動物印記snoRNA基因正經(jīng)歷快速的進化，新基因獲得及序列替代

5、速率都顯著高于非印記snoRNA基因。同時，PWS印記區(qū)的兩個重要的基因家族(HBⅡ—85和HBⅡ—52)受到強烈的選擇壓力，這兩個家族中都發(fā)現(xiàn)了在真獸亞綱中高度保守的反義功能區(qū)，包含保守的反義功能區(qū)的基因成員在兩個家族中都占有很高的比例，可能產(chǎn)生“劑量效應(yīng)”。靶基因匹配模式分析表明，這兩個基因家族的功能在真獸亞綱中發(fā)生了進化，僅靈長類和嚙齒類的HBⅡ—52家族可以與其5-HT2CR基因形成18nt長并且起始于D box上游的完美配對，

6、暗示其調(diào)控功能很可能是在靈長總目中才演化的。 印記snoRNA基因數(shù)量在真哺乳中變化顯著，起源于至少三個祖先基因，而隨后的連續(xù)基因復(fù)制導(dǎo)致了印記snoRNA基因簇的快速擴張。印記snoRNA多基因家族正在發(fā)生快速的進化以及功能分化，其主要的進化模式為生滅進化(birth-and-death evolution)，這種進化模式被證明在多種復(fù)雜遺傳系統(tǒng)的起源過程中有重要作用。由于印記snoRNA在哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)的調(diào)控

7、中具有重要功能，并且其進化表現(xiàn)出了顯著的適應(yīng)性，我們推測印記snoRNA基因的進化對于哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育具有重要作用。 此外，本論文還對中亞綠蟾蜍的系統(tǒng)地理學(xué)以及新疆北鯢的保護遺傳學(xué)進行了研究。結(jié)果表明第四紀(jì)天山的隆起事件和氣候變化是造成中亞綠蟾蜍現(xiàn)有分化格局的主要因素，第四紀(jì)末期的冰川期導(dǎo)致各單體群迅速收縮到冰期避難所區(qū)域，待冰川期過后又發(fā)生快速的棲息地擴張。瀕危物種新疆北鯢的基因組多態(tài)性極低，表明該物種對生存環(huán)境的變