鲸类TLRs基因的适应性进化研究

论文摘要

鲸类是一类完全适应水生生活的海洋哺乳动物,具有特殊的进化历史。大约50Ma万年前,鲸类的陆生祖先由陆地重返海洋,并通过快速辐射占据世界的各个水域,有些还适应了淡水环境。在鲸类生境的转换过程中,所面临的病原微生物也发生了巨大的改变。天然免疫是机体的第一道防线,通过模式识别受体识别病原微生物的特定保守结构病原相关分子模式。然而,鲸类二次入水的进化过程中,先天免疫的遗传学机制尚不清楚。Toll样受体（Toll-like receptors, TLRs）是先天免疫的重要组成成分也是连接先天免疫和适应性免疫的桥梁。本研究基于TLRs基因探讨：1)鲸类TLRs在二次入水过程中是否发生了适应性改变?2)不同类型的TLRs如病毒型TLRs和非病毒型TLRs的进化模式是否有差异?3)鲸类不同支系的TLRs受到的选择压力是否不同,呈现怎样的进化格局,什么因素驱动的这种格局?本研究测定了16个鲸类代表物种的TLRs基因家族的10个成员（TLRI-10）,与其他的陆生哺乳动物的同源序列相比,生物信息学分析表明,鲸类TLRs在整个进化历程中普遍受到正选择作用,在两个阶段尤为明显：鲸类祖先由陆地到海洋环境适应的过程以及海豚总科的快速分化、辐射适应的过程,提示鲸类在二次入水生境转变过程中,先天性免疫机制发生了适应改变。此外,我们研究发现不同类型TLRs在鲸类的进化受到的选择压力强度不同。提示TLRs各基因座位通过特定的氨基酸位点的改变,产生一些新的功能来识别和抵御不同环境中的病原微生物,从而为鲸类在新环境生存提供可能。有趣的是,TLR5基因在鲸类四个物种中假基因,推测TLR5基因在鲸类进化中可能由于功能冗余出现选择压力放松。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 Toll样受体多基因家族的概述
• 1.1.1 Toll样受体的发现、命名
• 1.1.2 Toll样受体的各家族成员、分类
• 1.1.3 Toll样受体的结构特征
• 1.1.4 Toll样受体识别的配基类型
• 1.1.5 Toll样受体的信号转导途径
• 1.2 Toll样受体的研究现状
• 1.3 鲸类的起源、分类以及进化研究中的重要地位
• 1.3.1 鲸类的起源与进化
• 1.3.2 鲸类的分类
• 1.3.3 鲸类在进化研究中的重要地位
• 1.4 研究的目的和意义
• 第2章 研究材料和方法
• 2.1 实验材料和试剂
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验试剂
• 2.1.3 主要实验仪器
• 2.2 主要实验方法
• 2.2.1 基因组DNA提取
• 2.2.2 胞外域序列的预测
• 2.2.3 引物的设计
• 2.2.4 PCR扩增目的片段
• 2.3 数据分析方法
• 2.3.1 数据处理
• 2.3.2 选择压力的检测
• 2.3.3 基于晶体结构定位与TLR功能相关的正选择位点
• 第3章 研究结果
• 3.1 TLRs基因在鲸偶蹄目代表物种的扩增结果
• 3.2 鲸类10个TLR基因选择压力分析
• 3.2.1 对鲸类TLR5假基因的选择压力测试
• 3.2.2 鲸类其余9个TLRs基因受到的正选择作用
• 3.2.3 鲸类不同类群的TLRs受到的选择压力不同
• 3.2.4 鲸类不同类型的TLRs受到的选择压力不同
• 第4章 讨论
• 4.1 鲸类水生适应过程中TLRs基因受到普遍而持续的选择作用
• 4.2 鲸类祖先由陆地到海洋进化过程以及在海豚总科适应辐射过程中TLRs经历的适应性进化
• 4.3 病毒型TLR和非病毒型TLR在鲸类进化的差异
• 4.4 鲸类TLR5基因的选择压力的放松
• 第5章 总结
• 附录A
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文及研究成果
• 致谢