病媒蚊bHLH轉(zhuǎn)錄因子的進化分析.pdf

1、堿性螺旋-環(huán)-螺旋(basic helix-loop-helix，bHLH)基因超家族在高等生物的許多發(fā)育過程中發(fā)揮重要的調(diào)控作用，這些發(fā)育過程包括肌細胞分化、血細胞分化、性別決定、中腸發(fā)育等。bHLH轉(zhuǎn)錄因子的基序長約60個氨基酸，含有一個堿性區(qū)域和兩個螺旋區(qū)域;兩個螺旋區(qū)域通過一個長度不定的環(huán)狀區(qū)域連接。根據(jù)動物bHLH轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控基因表達的功能不同，將其分為45個家族;而45個家族中的bHLH轉(zhuǎn)錄因子又根據(jù)其所作用的DNA元件和自

2、身結(jié)構(gòu)特點被分為6個高階組(high-order group)。
　　 埃及伊蚊、岡比亞按蚊、致倦庫蚊這三種蚊子是與登革熱等人類傳播性疾病密切相關(guān)的病菌載體。在庫蚊亞科中，埃及伊蚊是研究的最透徹的，在蚊子發(fā)育生物學(xué)研究方面，它是一種新發(fā)展起來的模式生物。埃及伊蚊是人類黃熱、登革熱及昆士熱病毒的最強蚊蟲傳播載體，其基因組已于2007年測序完畢。在50個按蚊種系中，岡比亞按蚊是最為人所知的瘧原蟲載體，它的基因組早在2002年就測序完

3、畢。淋巴血吸蟲病的傳播者致倦庫蚊的基因組也于2010年成功測序。本研究用生物信息學(xué)的方法成功地對這三種蚊子的bHLH因家族成員進行了鑒定，填補了這方面研究的空白;此外，進一步對九種昆蟲的bHLH基因家族成員進行了進化分析。本研究所獲得的結(jié)果為今后開展蚊子中發(fā)育調(diào)控相關(guān)bHLH蛋白的結(jié)構(gòu)與功能研究打下了良好基礎(chǔ)。
　　 獲得的主要結(jié)果如下:
　　 1、埃及伊蚊、岡比亞按蚊、致倦庫蚊基因組分別編碼55、55、57個bHLH基

4、因，這些數(shù)值與其它昆蟲中的bHLH數(shù)目相近。埃及伊蚊bHLH成員在A、B、C、D、E及F高階組中的數(shù)量分布分別是27、10、9、1、7和1;岡比亞按蚊bHLH在上述各高階組的分布是25、10、10、2、7及1;致倦庫蚊bHLH在上述各高階組的分布是27、11、10、1、7及1。
　　 2、與其它昆蟲的bHLH成員比較發(fā)現(xiàn):三種蚊子的基因組中都編碼4到5個Atonal家族成員，而其它昆蟲中最多含3個Atonal家族成員，這是因為A

5、to基因經(jīng)歷了具有蚊子物種特異性的基因擴增，病媒蚊中Ato基因的擴增可以增強光感受器、內(nèi)部弦音感受器及嗅覺感受器的形成;在Ngn家族中，只有致倦庫蚊和岡比亞按蚊含有Tap(bp)2，Tap(bp)2應(yīng)該是增強了這兩個物種對化學(xué)信號的敏感性，其它昆蟲基因組中缺少這個Ngn家族成員是因為基因丟失;埃及伊蚊和致倦庫蚊中出現(xiàn)了ASCa家族成員的擴增以及待鑒定ASC成員，它們很可能對外部感覺器官的形成起到增強作用;病媒蚊的Hey家族中都含有Sti

6、ch1b，而其它昆蟲中通常只有1個Stich1，這是因為蚊子物種中發(fā)生了基因復(fù)制;只有岡比亞按蚊在Emc及Sim家族中各具有2個成員，AgEmc2進一步加強了對某些基因的負調(diào)控，Sim在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育過程中起關(guān)鍵調(diào)控作用，與運動的協(xié)調(diào)性有關(guān)，也激活氣味受體的表達。
　　 3、蚊子中有36個bHL日基因的進化速率高于它們在昆蟲中的平均進化速率，2個bHLH基因的進化速率與昆蟲中的平均進化速率相同，6個bHLH基因的進化速率低于

7、昆蟲中的平均進化速率。
　　 4、對9種昆蟲中40個bHLH家族成員基因編碼區(qū)的分析發(fā)現(xiàn):昆蟲bHLH基序中不存在常規(guī)正選擇，但在11個bHLH家族中存在插曲性正選擇(episodic diversifyingselection)，說明插曲性正選擇在昆蟲bHLH的進化中發(fā)揮了主要作用。
　　 5、在埃及伊蚊Crp、 Twi、MLX、Nau、Tai、Pxs、Mistr及Cyc這8種bHLH基序的編碼區(qū)中存在長度分別為315