钝口肺鱼免疫球蛋白基因的进化分析

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脊椎动物所表达的免疫球蛋白类型与其进化地位有关:新的免疫球蛋白重链类型在进化过程中不断产生以执行更精细的免疫效应,而轻链类型则在进化进程中有所减少。无论在种类还是表达机制等方面,鱼类免疫球蛋白基因都与四足动物有显著差异。肺鱼属肉鳍鱼类,是与四足动物进化亲缘关系最近的鱼类。深入研究肺鱼免疫球蛋白基因有助于揭示免疫球蛋白基因从鱼类到四足动物进化的过程。本研究针对钝口肺鱼的免疫相关器官(肾脏、肝脏、肠、精巢)进行了转录组测序并得到共计122123条Unigene (平均长度为575bp)。参考测序结果,我们通过多种PCR手段克隆到3种IgM (IgM1/2/3),各亚型间恒定区氨基酸序列同源性为52.5~67.7%;2种IgW(IgW1L、IgW2s),序列间同源性为65.4%;以及被我们发现并命名的两种新型免疫球蛋白重链类型——IgN(包括三种亚型,IgN1/2/3,序列间同源性为70.2~87.6%)和IgQ。虽然IgN与IgW的序列同源性仅为25.2~29.2%,但系统进化树表明两者有较近的亲缘关系。系统进化分析还显示IgQ与肺鱼IgW及IgY亲缘关系较远,但与其它鱼类的IgW/D被分在同一枝中。IgM和IgW2s共使用17个VH家族,其中Ⅴ、Ⅶ是IgM1和IgW2s的共用家族,其它家族不发生跨重链类型间的交叉使用。PCR结果显示IgW1L可以使用Ⅵ、Ⅷ家族,IgN1可使用Ⅶ、Ⅸ家族,IgN3可使用Ⅸ家族。然而,IgN2和IgQ不使用任何一个已知的vH家族成员,可能还存在其它VH家族未被鉴定出来。依据前人的系统进化分析结果:脊椎动物免疫球蛋白的VH可被划分为5个clan, clan Ⅰ~Ⅲ中全部为四足类VH, clan Ⅳ中只有硬骨鱼和两栖类VH,而clan V中不包含鸟类和哺乳类这两种高等四足动物的VH。钝口肺鱼中有11个VH家族(Ⅰ,Ⅱ,Ⅴ,Ⅵ, Ⅶ Ⅰ~Ⅹ, Ⅻ,ⅩⅢ,ⅩⅥ,ⅩⅦ)属于clan Ⅱ,其余6个VH家族则属于clan Ⅴ。clan分类结果表现出与四足类更近的亲缘关系。本研究还首次从钝口肺鱼中克隆到7种免疫球蛋白轻链基因(IgLl~7)。5’RACE文库筛选结果显示肺鱼中共有30个VL家族——IV1~30。对VL家族的系统进化分析确认,肺鱼的免疫球蛋白轻链分别属于四种类型,包括首次从软骨鱼以外物种中克隆到的c-cart(IgL1/5/7)以及三种鱼类中共有轻链类型。(IgL6)、λ(IgL3/4)和κ(IgL2)。系统进化分析显示,肺鱼VL家族的系统分类同样显示过渡性的进化特点。通过Southern blotting确定免疫球蛋白轻链恒定区基因以单拷贝形式存在,而且通过PCR可确认IgLl和IgL5拥有胚系V-J融合位点。综上所述,肺鱼中不只表达IgM、IgW/D,而且表达两种仅出现于肺鱼中、起源于IgW/D的新型免疫球蛋白重链IgN和IgQ。肺鱼中不包含部分硬骨鱼所含有的τ/ξ重链。而且,肺鱼中也不存在四足类v(γ和ε)、α(Χ)等免疫球蛋白重链基因,这表明两者是在四足类分化以后才出现的特有重链类型。肺鱼所含轻链类型与软骨鱼一致,存在胚系融合基因片段这一特点也与软骨鱼类似,但是部分VL基因的亲缘关系又与四足动物相近,总体呈现出过渡性的进化特点。
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