黄嘴白鹭MHC Ⅱ类DAB基因多态性及其适应性进化研究

来源 :厦门大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangbao_2002
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主要组织相容性复合体(Major Histocompatibility Complex,MHC)对于脊椎动物识别、呈递外来抗原起着重要的作用。脊椎动物机体MHC免疫功能的正常执行有赖于MHC基因的高度多态性。MHC基因作为典型的适应性分子标记(Adaptive marker),已被广泛应用于种群适应性进化等研究,并已成为进化生态学及保护遗传学领域的研究热点。黄嘴白鹭(Egretta eulophotes)是国家Ⅱ级重点保护动物、国际自然保护联盟(Intemational Union for Conservation of Nature,IUCN)易危物种。本文深入研究黄嘴白鹭MHCⅡ类DAB基因多态性及其适应性进化,以弥补黄嘴白鹭MHC基因多态性研究的一些空白,进一步促进黄嘴白鹭MHC遗传多样性的保护。主要研究结果如下:  (1)在传统MHC基因多态性检测方法的基础上,优化了扩增引物,改用了不对称PCR法获取单链DNA分子(ssDNA),优化了PAGE条件及胶回收方法,制备了SSCP特异ssDNA Marker,从而建立了检测精度更高、操作更简便的半巢式不对称PCR-SSCP基因分型方法。最优实验参数为:引物量10 pmol、模板量1μL、退火温度60℃、循环数25、样品上样量3μL、胶浓度10%。这套新建立的基因分型方法为后续深入开展黄嘴白鹭MHC遗传多样性分析奠定了基础。  (2)通过对黄嘴白鹭MHCⅡ类Egeu-DAB4基因组织表达模式、多态性及序列结构的分析,发现Egeu-DAB4基因存在组织限制性表达模式,其在肝、心、肾、食管、胃、胆及肠中正常表达,但在肌肉组织中不表达;Egeu-DAB4基因第二外显子无多态性,且与经典基因Egeu-DAB1-3之间的序列结构差异较大。  (3)进一步对非经典的Egeu-DAB4基因特性进行分析,结果表明有且只有1/3左右被检测的个体能成功扩增出Egeu-DAB4基因位点。对Egeu-DAB4基因存在个体特异性这一特殊现象的合理解释是该基因正经历着“生与死”的进化过程(Birth-and-death model)。基于黄嘴白鹭Egeu-D AB1-4基因及白鹭、岩鹭、苍鹭、大白鹭、牛背鹭、池鹭、夜鹭、海南鳽、黑苇鳽9种鹭科鸟类DAB基因构建的系统进化树显示鹭科鸟类DAB基因存在明显的跨物种进化现象。此外,Egeu-DAB4与其它9种鹭科鸟类DAB2基因有较近的亲缘关系,暗示非经典DAB基因可能也存在于其它9种鹭科鸟类。  (4)黄嘴白鹭形人砣繁殖种群寄生虫感染调查数据显示,寄生虫丰富度为10、Shannon-Wiener指数为1.14,Pielou指数为0.50;超过半数(65.63%)个体感染了寄生虫,这种高易感性与黄嘴白鹭集群繁殖、迁徙习性、食物来源多样有关;在被感染的个体中,大部分(82.31%)都感染了Ascaridia sp.,可能是由于被调查取样的个体所在的巢靠得太近且个体在巢与巢之间频繁移动,造成Ascaridia sp.在个体中相互感染的几率大大增加。  (5)拥有稀有等位基因Egeu-DAB2*05的黄嘴白鹭个体寄生虫感染量显著低于不拥有此等位基因的个体;拥有中等等位基因数目(3或4)的个体寄生虫感染量低于拥有最小(2)及最大(5)等位基因数目的个体。该结果说明黄嘴白鹭Egeu-DAB基因多态性与寄生虫感染量有紧密的关联;多态性的维持受到了强烈的病原体驱动选择作用;而这种作用力是通过遵循“稀有等位基因优势”(Rare-allele advantage hypothesis)及“中等等位基因数目”(Allele countinghypothesis)策略来实现的。此外,以上结果还提示拥有等位基因Egeu-DAB2*05和/或中等等位基因数目(3或4)的个体可作为寄生虫强抵抗力的候选者用于未来黄嘴白鹭人工保育工作。  (6)在形人砣、海驴岛、馒头山、日屿、小菜屿(2008年)5个不同地理位置繁殖种群中,黄嘴白鹭常见等位基因Egeu-DAB3*01的频率随5个种群地理纬度的降低(39°31′→37°26′→30°13′→27°01′→23°48′)而依次增大(0.776→0.786→0.871→0.912→0.959)。在2003年、2008年、2013年3个不同年份的形人砣繁殖种群中,稀有等位基因Egeu-DAB1*07、*08,Egeu-DAB2*06、*08在2003年及2008年均未被检测到,但在2013年被检测到;相反,Egeu-DAB2*10仅存在于2003年种群。这些等位基因在种群中呈现规律性分布反映出它们所受到的病原体驱动选择作用力在一定时空范围内呈梯度变化,而这种规律性变化正是黄嘴白鹭MHC适应性进化的结果。  (7)黄嘴白鹭5个不同地理位置种群Egeu-DAB1-3基因存在较小的遗传分化,且在5个种群间无明显的地理结构。依据如下:基于等位基因频率(ΦST:0.029、0.020、0.042,P<0.01)及Kimura Two-parameter分子遗传距离(ΦST:0.036、0.027、0.043,P<0.01)模型进行AMOVA分析的结果均显示,Egeu-D AB1-3基因在5个不同地理位置种群间均存在小但极显著的遗传分化;70.00%的两两种群FST值小于0.05进一步证实5个种群间的遗传分化程度较小;基于3个Egeu-DAB基因分别构建的系统进化树及Bayesian聚类分析结果均显示基因遗传分化并未导致5个种群间出现明显的地理结构。基于此结果,黄嘴白鹭在中国分布的5个种群可统一划归为一个单独的适应性进化单元。  综上所述,本研究建立一套适用于黄嘴白鹭Egeu-DAB1-4基因分型的半巢式不对称PCR-SSCP方法体系;证实Egeu-DAB4基因属于非经典基因,并分析了其特性;首次阐释黄嘴白鹭基于Egeu-DAB基因的寄生虫驱动选择作用机制;首次解析Egeu-DAB基因在不同黄嘴白鹭种群中的遗传多样性特征及遗传分化情况。本文结果为进一步深入研究黄嘴白鹭及其它鹭科鸟类的MHC遗传多样性、适应性进化及保护遗传学管理奠定了基础。
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