论文部分内容阅读
几千万年来，南极鱼在极端寒冷的环境下通过进化得以适应环境生存下来，因而成为研究适应性进化机制的非常理想的生物模型。特定基因的拷贝数改变可以反映极端寒冷环境下的基因组的适应性进化。本研究应用近缘的生活在不同海域的同属于南极鱼亚目Nototheioids物种的微阵列-比较基因组杂交(array-comparative genomic hybridization，aCGH)揭示极端环境下的基因拷贝数变化，从而鉴定与寒冷适应相关的关键基因及主要分子机制。我们首先从南极鱼Dissosticbus mawsoni的高质量cDNA文库中挑选了10,700条EST作为探针，制作了南极鱼Dissosticbus mawsoni的cDNA芯片。利用南极鱼Dissosticbus mawsoni的cDNA芯片对生活在南极和非南极海域的五个物种进行aCGH分析。研究发现有118个蛋白编码基因在南极物种中发生了特异扩增。这些扩增的基因很可能使南极鱼相应的多种生物学过程增强，如蛋白质合成、蛋白质折叠和降解、脂代谢、抗氧化、抗凋亡、Ras-MAPK信号通路等。在其他物种的寒冷适应研究中也有类似发现，说明这些生物学过程的增强可能是生物体应对寒冷压力普遍存在的重要机制。除抗冻糖蛋白(antifreeze glycoprotein，AFGP)以外，在南极鱼物种中还发现一些特殊的基因家族的大规模扩增，主要是参与卵发生、先天性免疫和逆转座的基因。说明这些基因相关的生物学功能在南极鱼中特异的增强，对南极鱼适应极端寒冷环境具有重要意义。少数基因在南极鱼物种中发生缺失，但总体上扩增基因的数目远大于缺失基因的数目，约为10∶1的比率，表明基因扩增是南极鱼在极端寒冷环境下适应性进化的主要推动力。这些扩增的基因将作为候选基因进行下一步的功能研究，以鉴定与寒冷适应相关的关键基因及主要分子机制。
另外，本文在南极鱼L.dearborni中初次鉴定了两个结构域的抗冻蛋白(two-domain AFP)基因，提出了two-domain AFP基因进化的可能机制，为南极鱼AFPⅢ基因家族的进化研究提供了重要的依据。