两栖类TLR基因家族分子进化研究

论文摘要

免疫系统是生物进化史上最晚出现的一个生理系统,是生物在长期演化过程中逐渐形成的一套能够识别并抵御外源病原体侵袭的防御体系,对于物种应对环境外源刺激,拓宽生态位,确保物种在适应性进化中处于优势地位具有重要意义。先天免疫系统是一种普遍的、进化上古老的防御机制,是机体抵御外界病原微生物的第一道防线,特别是Toll样受体在先天免疫反应中起着重要的作用,对识别入侵病原菌独特的分子模式以及启动适应性免疫系统起着重要的作用。两栖类是水生到陆生脊椎动物进化的“桥梁”类群,需要经历幼体水生到成体可营陆生的变态发育过程,同时面临着来自水生和陆生更为复杂的双重病原菌环境,其病原菌识别防御及免疫应答系统必然面临巨大挑战。本研究以两栖类物种为研究对象,基于基因组、转录组的数据,结合分子生态和生物信息学的手段,对两栖类TLR先天免疫受体基因家族的分子进化机制进行探讨。通过NCBI公共数据库,从两栖类基因组和转录组数据中共筛选鉴定到401条TLR基因序列,对鉴定到的所有TLR基因序列进行碱基组成、模拟蛋白疏水性、预测蛋白三维结构、系统发育、选择压力等相关分析。本研究首先对热带爪蟾TLR蛋白三维结构进行预测,发现所有的TLR蛋白三维结构都含有一个三维马蹄型结构,而TLR5L蛋白缺少了介导下游信号转导的胞内域,通过对硬骨鱼TLR5S蛋白的三维结构预测,发现TLR5S蛋白同样缺少胞内域,推测两栖类TLR5L基因的起源可能与鱼类的TLR5S基因有直接关系。根据系统发育分析重新将脊椎动物Toll样受体基因家族分为8个亚家族,两栖类Toll样受体基因家族分为7个亚家族。并且证实两栖动物Toll样受体基因家族组成介于鱼和羊膜动物之间,显示无尾目和有尾目TLR基因家族组成大致相似,而TLR4基因只在无尾目中鉴定到,在有尾目中并没有发现,推测TLR4基因在有尾目共同祖先中发生了丢失。通过PAML中的点模型和Datamonkey中FEL和REL模型分析发现,所有的TLR基因无论在纲水平或目水平上都检测到了正选择位点。对病毒型TLRs和非病毒型TLRs研究发现,病毒型TLRs和非病毒型TLRs的ω值存在显著差异,表明病毒型TLRs比非病毒型TLRs受到了更强烈的选择压力,推测这与非病毒型TLRs存在一定的功能冗余相关。在纲或目水平上病毒型TLR7基因的ω值都最小,且检测到的正选择位点较少,而同为病毒型TLRs的TLR8基因则是检测到正选择位点最多的基因,推测与两者具体所识别的配体结构和功能差异相关。无尾目检测到的正选择位点数目远多于有尾目,表明无尾目TLR基因比有尾目受到更强烈的正选择作用,并且检测到的正选择位点显著位于与病原菌识别相关的胞外LRR区,表明TLR基因受到正选择的区域主要是TLR基因蛋白的抗原结合区。通过目水平上的枝模型分析发现,无尾目有更多物种受到正选择以及选择压力放松。根据枝点模型分析发现,有尾目和无尾目不同程度上检测到了正选择作用,进一步分析发现有尾目存在正选择位点的TLR基因数目多于无尾目,TLR19基因在无尾目和有尾目两栖动物中都受到了强烈的正选择作用,TLR19基因可能在两栖动物免疫功能上具有重要地位。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 Toll样受体（Toll-like receptors）
•     1.1.1 Toll样受体的发现
•     1.1.2 Toll样受体的结构与功能
•     1.1.3 Toll样受体基因家族成员与分布
•     1.1.4 Toll样受体识别的配体
•   1.2 国内外Toll样受体的研究现状
•   1.3 研究的目的与意义
•   1.4 本研究的创新之处
• 第二章 材料与方法
•   2.1 基因组和转录组数据
•     2.1.1 本实验所涉及的基因组和转录组数据资源
•     2.1.2 Toll样受体基因家族的筛选与鉴定
•   2.2 数据分析
•     2.2.1 TLR蛋白三维结构预测
•     2.2.2 多序列比对及系统发育分析
•     2.2.3 Toll样受体基因家族选择压力分析
•     2.2.4 正选择位点在TLR蛋白结构上的定位
• 第三章 结果与分析
•   3.1 Toll样受体基因
•     3.1.1 两栖类Toll样受体基因的碱基组成
•     3.1.2 两栖类Toll样受体基因的蛋白结构预测
•   3.2 Toll样受体多基因家族系统发育分析
•     3.2.1 两栖类Toll样受体多基因家族的组成与收缩扩张
•     3.2.2 两栖类Toll样受体多基因家族的分子进化
•   3.3 两栖类Toll样受体基因适应性进化分析
•   3.4 正选择位点在三维结构上的定位
• 第四章 讨论
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附录
• 在读期间发表的学术论文及研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张磊

导师: 张洪海

关键词: 样受体,两栖动物,系统发育,分子进化,适应性进化

来源: 曲阜师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学,生物学

单位: 曲阜师范大学

基金: 国家林业公益性项目:紫貂生存现状评价及遗传管理对策研究(201404420),国家自然科学基金:多组学联合探究紫貂寒冷适应性进化机制(31872242),国家自然科学基金:狼多元生境下的适应性分子进化机制(31672313),国家自然科学基金:狼和家犬肠道菌群16S rDNA基因测序和多样性分析(31372220)

分类号: Q953

总页数: 95

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