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Toll/TLR信号传导途径是广泛存在于无脊椎动物和脊椎动物体内中的一条重要的免疫信号通路。近年来研究证实,Toll/TLRs存在明显的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNPs),并与其功能密切相关。但迄今为止,关于对虾Tolls的SNPs研究国内外鲜有报道。为此,本研究以凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)中存在的三种Tolls(LvToll1、LvToll2和LvToll3)为研究对象,对其SNPs以及免疫相关性进行了深入的研究,所获主要结果如下: 1、Tolls具有明显的单核苷酸多态性 首先,采用Clustalx和BioEdit软件分析LvToll1-3与节肢动物26种Tolls的同源性。结果显示,LvToll1-3胞外富亮氨酸(LRR)区域在核酸和蛋白质水平同源性较低。其中LvToll1第316-586位氨基酸区域、LvToll2第396-668位氨基酸区域、LvToll3第554-970位氨基酸区域同源性最低,其同源性分别为16%-72%、25%-74%和54%-86%。提示,这些LRR区域可能为潜在的SNPs分布区域。 继而,运用PCR-DGGE(变性梯度凝胶电泳)技术,对6个LRR功能域:LvToll1-V1、LvToll1-V2、LvToll1-V3、LvToll1-V4、LvToll2-V3和LvToll3-V3进行多态性分析。结果发现,6个Tolls LRR功能域在血细胞、肝胰腺、胃和鳃等4种不同组织中总的多态性条带为160条,其中LvToll1-V3条带最多,LvToll3-V3次之,LvToll2-V3最少;DNA水平与cDNA水平之间的一致性LvToll1-V2最高,LvToll1-V4次之,LvToll3-V3最低;在各组织中的分布情况为血细胞中最多,鳃组织中次之,胃组织中最少。 最后,采用高通量测序技术和蛋白质结构预测分析LvToll1-V3和LvToll3-V3在鳃组织中的多态性。结果发现,LvToll1-V3在DNA水平,存在223个SNPs位点,突变率为0.03%-6.94%,其中错义突变位点145个,突变频率>1%的SNPs位点3个(1526 C>T、1460 A>G、1597 C>G);在cDNA水平,存在60个SNPs位点,突变率为0.01%-40.98%,其中错义突变位点38个,突变频率>1%的SNPs位点4个(1470 C>A、1526 C>T、1460 A>G、1597 C>G)。DNA水平与cDNA水平之间的一致率为18.8%。相比之下,LvToll3-V3多态性较低,其在DNA水平仅存在9个SNPs位点,突变率0.11%-1.26%,其中8个错义突变位点,突变频率>1%SNPs位点1个(2150 T>A);在cDNA水平,存在14个SNPs位点,突变率为0.11%-1.76%,其中13个错义突变位点,突变频率>1%SNPs位点2个(2150 T>A、2228 T>C)。在此基础之上,进一步采用生物信息学技术预测这些SNPs突变对LvToll LRR区二、三级结构的影响。结果发现, LvToll1-V3中分别存在18、13个可导致其二、三级结构发生变化的SNP位点,而LvToll3-V3仅存在3个SNP位点导致其二、三级结构发生变化。 由此说明,对虾Tolls具有明显的SNPs分子多态性,且存在多个可能影响LvToll信号识别和转导功能的重要的SNPs位点。 2、Toll SNPs与对虾病原刺激及抗性提高密切相关 首先,采用病原刺激-PCR-DGGE的技术路线,探索对虾Tolls SNPs与病原刺激的相关性。结果发现,与对照组相比,乙型链球菌、副溶血弧菌和白斑综合症病毒刺激对虾后LvToll1-V3分别出现6、4和4条明显的差异性条带。而LvToll3-V3仅在乙型链球菌刺激后,出现了2条差异性条带,在副溶血弧菌和白斑综合症病毒刺激后均未检查到明显的差异性条带。 在此基础上,进一步通过基因克隆、核酸测序等技术分析其SNPs位点变化情况。结果发现,LvToll1-V3在乙型链球菌、副溶血弧菌和白斑综合症病毒刺激后分别存在6个(1408 C>T、1526 C>T、1460 A>G、1470 C>A、1472 A>G、1504 G>T)、4个(1432 T>C、1460A>G、1501G>T、1526 C>T)和2个(1526 C>T、1507 G>T)响应的错义突变位点,而LvToll3-V3中仅存在2与乙型链球菌刺激相关的错义SNPs位点(2140 C>A、2186 T>A)。 最后,采用DGGE技术比较在乙型链球菌胁迫下,LvToll1-V3在易感虾和抗性虾中DGGE图谱的变化和SNPs相应的情况。结果发现,与易感组相比,抗性组出现一条明显的差异性条带LvToll1-V3-N,且存在1个错义SNP位点1526(C>T)和1个同义突变位点。 由此说明,Tolls在对虾受到不同病原刺激后,其SNPs可发生较明显的响应,提示Tolls SNPs与对虾病原刺激及抗性提高密切相关。 综上所述,本研究首次发现凡纳滨对虾Tolls具有明显的SNPs分子多态性,其多态性可能与对虾抵御病原微生物密切相关。所获研究结果对揭示对虾Tolls抵御病原微生物的分子基础,阐明对虾免疫防御机制等具有重要的意义,为选育抗逆优良对虾品种、建立对虾病害的生态学防治方法等提供了良好的科学依据,促进对虾养殖业的健康、持续发展。