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鱼类TLR9及TfR基因的分子进化分析

作　者: 朱志煌
导　师: 徐田军
学　校: 浙江海洋学院
专　业: 海洋生物学
关键词: 鱼类分子进化 TLR9 TfR1 TfR2
分类号: S917.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

鱼类是进化较早的脊椎动物，由于其特殊的进化地位，已成为分析低等和高等脊椎动物间先天免疫和适应性免疫机制差异的理想类群。先天性免疫对鱼类的生存尤为重要，它能通过模式识别受体来识别异己成分。Toll样受体9(Toll-like receptor, TLR9)作为模式识别受体能够识别微生物上未甲基化的CpG寡核苷酸基序，被认为能与其配体经历协同进化。因此，我们在无脊椎动物和脊椎动物中检索了TLR9基因进行进化分析。枝点模型在脊椎动物、鱼类及鲈形目鱼类的祖先枝上找到了正选择位点，然而在哺乳动物的祖先枝上却没有发现，表明存在于水生和陆生环境中的不同病原微生物促使水生和陆生动物改变了它们的基因去适应所处的环境。位点模型显示了现存哺乳类的TLR9基因经历了正选择。而现存鱼类的正选择只发生鲈形目中，共发现14个正选择位点。其中，2个位点位于亮氨酸重复序列(leucine-rich repeats, LRR)的氨基酸插入片段上，该区域负责结合DNA；3个位点位于能够影响TLR折叠的凸面；6个位点位于包含TLR配体结合位点的β-折叠凹面。在其它最大似然法(ML)中，我们检测出了3个与M8模型检测结果相同的正选择位点，它们都位于LRR区。鲈形目TLR9基因LRR区受到的正选择压力可能与其要适应所处环境中快速进化的病原微生物有关。鱼类是变温动物，其与恒温动物在铁参与的能量代谢上存在差异。此外，鱼类还经历了一次特有的全基因组复制事件。基因复制后，其中一个基因拷贝通常会保留原有功能，而另一个拷贝可能会丢失或者进化出新功能。转铁蛋白受体1(transferrinreceptor, TfR1)和TfR2在调节体内铁平衡过程中起到关键的作用。在硬骨鱼类中，TfR1基因保留了两个拷贝，即TfR1a和TfR1b，而在其他脊椎动物中仅保留一个拷贝。因此，我们从数据库中检索了TfR1和TfR2基因来进行进化分析以检测它们受到的正选择压力。枝点模型在哺乳类TfR基因的祖先枝上检测到正选择位点，而在爬行动物的祖先枝上却没有发现；在硬骨鱼的TfR1的祖先枝上检测到正选择位点，而在硬骨鱼的TfR2的祖先枝上却没有发现；在硬骨鱼TfR1a和TfR1b的祖先枝上都检测到正选择位点。功能枝长分析显示哺乳动物的TfR基因比鱼类的经历了更多的功能分歧。结果表明恒温动物和变温动物在能量需求和需氧代谢上的不同导致爬行动物和哺乳动物TfR基因的祖先枝受到不同的正选择压力；鱼类特有的全基因组复制促进了鱼类TfR1基因的进化；哺乳类的TfR可能比鱼类的TfR经历了更强且更广泛的正选择压力。位点模型和其它的ML法在现存哺乳动物的TfR1基因中共同检测出12个正选择位点，且这些位点都位于TfR1的胞外域结构。其中，6个正选择位点位于能够影响转铁蛋白(transferrin, TF)对铁离子亲和力的胞外域顶端结构，2个正选择位点位于胞外类蛋白酶的结构域，4个正选择位点位于隔开受体球状体与膜内结构的胞外结构域上。哺乳动物在TfR1顶端结构出现突变可能与它们对铁的需求不同有关。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-14
第一章文献综述  14-23
  1.1 自然选择与分子进化  16-17
  1.2 Toll 样受体 TLR9 的研究进展  17-20
    1.2.1 TLR9 识别配体 CpG 寡脱氧核苷酸  17-18
    1.2.2 TLR9 的结构  18
    1.2.3 TLR9 的信号转导途径  18-19
    1.2.4 鱼类 TLR9 基因的研究进展  19-20
  1.3 转铁蛋白受体 TfR1 和 TfR2 的研究进展  20-23
    1.3.1 TfR1 的结构与功能  20
    1.3.2 TfR1 的表达与调控  20-21
    1.3.3 TfR2 的结构与功能  21
    1.3.4 TfR2 的表达与调控  21-22
    1.3.5 鱼类转铁蛋白受体的研究进展  22-23
第二章鱼类 TLR9 基因的分子进化研究  23-41
  2.1 材料与方法  23-27
    2.1.1 基因数据采集及比对  23-24
    2.1.2 选择最优核苷酸替代模型  24-25
    2.1.3 重建系统发生树  25
    2.1.4 分子进化分析  25-27
  2.2 结果与分析  27-38
    2.2.1 TLR9 基因系统发生树的构建  27-29
    2.2.2 脊椎动物、鱼类及鲈形目 TLR9 基因祖先枝上的正选择  29-31
    2.2.3 现存哺乳动物和鲈形目 TLR9 基因的正选择  31-33
    2.2.4 鲈形目 TLR9 基因的序列结构  33-37
    2.2.5 鲈形目鱼类 TLR9 的 LRR 结构域上的正选择位点  37-38
  2.3 讨论  38-41
第三章鱼类 TfR1 基因的分子进化研究  41-52
  3.1 材料和方法  41-43
    3.1.1 基因序列的采集  41-42
    3.1.2 序列比对及系统树构建  42
    3.1.3 分子进化分析  42
    3.1.4 基因亚族之间的功能性分歧分析  42-43
    3.1.5 分子结构预测  43
  3.2 结果与分析  43-50
    3.2.1 TfR1 基因贝叶斯树的构建  43-45
    3.2.2 TfR1 基因经历的 4 次正选择作用  45
    3.2.3 现存哺乳动物和鱼类 TfR1 基因的正选择  45-47
    3.2.4 哺乳类和鱼类 TfR1 基因的功能分歧  47-48
    3.2.5 哺乳类 TfR1 基因的结构与正选择位点  48-50
  3.3 讨论  50-52
第四章鱼类 TfR2 基因的分子进化研究  52-61
  4.1 材料和方法  52-54
    4.1.1 基因序列的采集  52-53
    4.1.2 序列比对及系统树构建  53
    4.1.3 分子进化分析  53-54
    4.1.4 功能性分歧分析  54
  4.2 结果分析与讨论  54-60
    4.2.1 哺乳动物 TfR2 基因祖先枝上的正选择  54-56
    4.2.2 现存哺乳动物和鱼类 TfR2 基因的纯化选择  56-58
    4.2.3 哺乳类和鱼类 TfR1 和 TfR2 基因间的功能分歧  58-60
  4.3 总结  60-61
参考文献  61-66
致谢  66-67
在读期间发表的学术论文及研究成果  67

鱼类TLR9及TfR基因的分子进化分析

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