物種形成過(guò)程中基因表達(dá)調(diào)控的進(jìn)化.pdf

1、早在30年前，King和Wilson(1975)就發(fā)現(xiàn)人和黑猩猩在大分子水平上的差異是如此之小，并不能解釋二者之間所存在的形態(tài)、生理及行為等各方面存在的巨大差異，從而提出可能是基因表達(dá)調(diào)控的改變?cè)斐扇撕秃谛尚傻牟煌?。本文中我們利用果蠅和靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物兩個(gè)系統(tǒng)開(kāi)展研究：首先，我們利用cDNA基因芯片研究黑腹果蠅(D.melanogaster)的兩個(gè)種族M和Z間基因表達(dá)的差異及自然選擇；其次，我們研究了果蠅中microRNA的進(jìn)化(見(jiàn)附錄A)；

2、再次，我們?cè)贒NA序列水平上研究了HLA Ⅱ類(lèi)基因調(diào)控區(qū)的多態(tài)性及其進(jìn)化，我們還研究了轉(zhuǎn)錄因子孕酮受體(PR)基因在人和黑猩猩中的進(jìn)化。 D.melanogaster種族Z生存于非洲津巴布韋及其附近，種族M卻分布于世界各地，二者之間具有不完全的生殖隔離，仍處于物種形成的初期。過(guò)去十年來(lái)，基因芯片技術(shù)的發(fā)展，使人們可以在基因組水平上研究基因表達(dá)譜變化，用該技術(shù)從基因表達(dá)調(diào)控方面對(duì)物種的進(jìn)化的研究方興未艾。采用兩種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究了D

3、.melanogaster(包括M和Z兩個(gè)種族)、D.simulans及D.mauritiana的頭部基因表達(dá)譜。應(yīng)用核心設(shè)計(jì)比較了混合品系樣本M和Z間的平均表達(dá)差異，應(yīng)用GO分類(lèi)發(fā)現(xiàn)二者之間表達(dá)差異基因中，具有明顯多的生殖行為相關(guān)基岡，提示這些基因可能在物種形成過(guò)程中起著重要作用；應(yīng)用完全設(shè)計(jì)，比較了M和Z種族間和種族內(nèi)的基因表達(dá)方差，發(fā)現(xiàn)大部分(81％)基因受到穩(wěn)定性選擇作用，大約1％的基因受到定向選擇；利用D.simulans和D

4、.mauritiana為外類(lèi)群，發(fā)現(xiàn)M較Z基因表達(dá)進(jìn)化更快，這與其序列水平上是一致的，說(shuō)明種族M遷出非洲后對(duì)新環(huán)境的適應(yīng)；應(yīng)用M和z間substitution品系，發(fā)現(xiàn)種族特異基因比多態(tài)性基因受到更多的cis因子作用。 HLAlI類(lèi)基因的第二外顯子編碼抗原結(jié)合溝槽，具有雜合子優(yōu)勢(shì)，受到強(qiáng)平衡選擇作用。HLA—DPA1和-DPB1轉(zhuǎn)錄方向相反，只相距約2.5kb。對(duì)我國(guó)南方群體該兩基因調(diào)控區(qū)多念性的研究顯示，該區(qū)域具有極高多態(tài)

5、性，并且存在兩類(lèi)古老的單倍型(Clade I和II)，在人和黑猩猩分離前已經(jīng)產(chǎn)生；兩基因第二外顯子間明顯的重組現(xiàn)象，說(shuō)明該古老單倍型不可能是由于此兩外顯子間的相互作用造成的，從而唯一的解釋是調(diào)控區(qū)自身受到強(qiáng)平衡選擇；調(diào)控區(qū)與DPA1，第二外顯子的高度連鎖不平衡，說(shuō)明二者之間具有相互作用而一起受到平衡選擇，與其共同調(diào)控機(jī)體對(duì)外來(lái)抗原的Thl／Th2免疫反應(yīng)相一致；Clade II單倍型在我國(guó)西南拉祜族中比較常見(jiàn)(33％)，而在漢族及世界其

6、它主要群體中的頻率均在5％以下，甚至丟失，提示我們?cè)谶^(guò)去的10000年中生存環(huán)境的改變導(dǎo)致了一些基因多態(tài)性在人類(lèi)主要群體中丟失，而保存在了相對(duì)隔離的小群體中。通過(guò)比較HLA—DRB5與兩外三個(gè)DRB可表達(dá)基因的調(diào)控區(qū)多態(tài)性，發(fā)現(xiàn)DRB5調(diào)控區(qū)具有過(guò)多的高頻率多態(tài)性位點(diǎn)，說(shuō)明該區(qū)域存在一強(qiáng)的selectiVe sweep。 最后，研究了轉(zhuǎn)錄因子孕酮受體(PR)的進(jìn)化，在人類(lèi)和黑猩猩之間Ka／Ks值明顯大于1，并且大部分非同義突變