Ammecr基因家族的系統(tǒng)進化及其在文昌魚和斑馬魚胚胎發(fā)育過程中的表達.pdf

1、文昌魚是現(xiàn)存與脊椎動物親緣關(guān)系最近的無脊椎動物類群之一,由于文昌魚的形體結(jié)構(gòu)及胚胎發(fā)育和脊椎動物有許多共同之處,在基因和基因組水平上二者又有很高的同源性,因此文昌魚是進化和發(fā)育生物學(xué)等研究的理想材料。近年來,隨著文昌魚實驗室連續(xù)繁殖獲得成功和全基因組測序的完成,極大地推動了文昌魚模式化進程,以文昌魚為對象的基因功能研究日益增多,文昌魚的基因及其表達模式常用于與其他物種,尤其是與脊椎動物之問的比較基因組學(xué)和發(fā)育生物學(xué)研究。
　　

2、相鄰基岡缺失綜合征(AMME,Alport syndrome.Mental retardaltion,Midfacehypoplasia and Elliptoeytosis.)是由人X染色體上一段序列缺失所致,Ammecr1是位于該缺失序列片段上的基因之一,但該基因的確切功能尚不清楚。數(shù)據(jù)庫搜索發(fā)現(xiàn)在脊椎動物中存在2個Ammecr同源基因:Ammecr1和Ammecr11,而在無脊椎動物和細菌中只有一個同源基因。為了探索這一基因的功能

3、,本研究克隆了文昌魚中Ammecr同源基因,進而對Ammecr基因家族的進化和文昌魚Ammecr1基因的表達進行了研究。
　　 文昌魚的Ammecr1基因(AmphiAmmecr1/11)的cDNA序列全長2,920bp,其中開放閱讀框全長為738bp,編碼245個氨基酸。將AmphiAmmecr1/11與脊椎動物代表物種人、雞、爪蟾和斑馬魚以及無脊椎動物海鞘、果蠅和線蟲的Ammecr1同源基因進行蛋白序列比對,發(fā)現(xiàn)Ammecr

4、基因家族成員序列相似度很高,尤其是C端區(qū)域:利用蛋白比對結(jié)果構(gòu)建的系統(tǒng)進化樹顯示脊椎動物.Ammecr1與Ammecr11亞家族分別聚成兩簇,AmphiAmmecr1/11位于這兩基因簇的底部,這個結(jié)果說明脊椎動物Ammecr1和Ammecr11可能來源于同一個祖先基因,是基因倍增的結(jié)果。然而,在目前所有可用的硬骨魚數(shù)據(jù)庫中都只找到一個Ammecr1基因,設(shè)計兼并引物用PCR方法也只在斑馬魚中克隆到Ammecr1基因;由于目前軟骨魚數(shù)據(jù)

5、庫不完整,無法判斷軟骨魚基因組中Ammecrl同源基因的數(shù)目,本研究又用同樣的PCR方法在軟骨魚代表——條紋斑竹鯊中成功地克隆到Ammecr1及Ammecr11,這一結(jié)果暗示Ammecr11基因可能在硬骨魚中發(fā)生丟失,而軟骨魚和其它脊椎動物類群中保留了Ammecr1和Ammecr11基因。
　　 為了進一步研究脊椎動物Ammecr1/Ammecr11的起源問題,我們還比較了數(shù)據(jù)庫中代表物種Ammecr1/Ammecr11同源基因

6、的結(jié)構(gòu),結(jié)果顯示脊椎動物Ammecr1/Ammecr11在外顯子大小和數(shù)目(6個外顯子)上都相當(dāng)保守,文昌魚AmphiAmmecr1/11(5個外顯子)和它們也僅有一個外顯子之差,且AmphiAmmecr1/11最后一個外顯子長度(209bp)恰好與脊椎動物中Ammecr1/Ammecr11最后兩個外顯子長度之和(212bp)相當(dāng),推測脊椎動物Ammecr1和Ammecr11基因的最后兩個外顯子是由AmphiAmmecr1/11最后一個

7、外顯子進化而來。
　　 Ammecr基因分布的廣泛性和序列上的高度相似性暗示了其功能上的保守性。為了研究Ammecrl在脊索動物進化過程中是否保留了相同或相似的功能,本實驗利用原位雜交和實時熒光定暈PCR方法比較了斑馬魚Ammecr1和文昌魚AmphiAmmecr1/11在胚胎的表達情況。結(jié)果顯示,斑馬魚Ammecr1呈現(xiàn)母源表達特征,在卵母細胞和受精卵中有大量基因轉(zhuǎn)錄物。同時發(fā)現(xiàn)斑馬魚Ammecr1也存在合子表達方式,實時熒光

8、定量PCR結(jié)果顯示合子表達發(fā)生在大約囊胚晚期;24 hpf時期的胚胎的原位雜交結(jié)果顯示,表達產(chǎn)物集中在整個腦部,48 hpf之后,在咽弓和背鰭原基處也檢測到明顯信號,該結(jié)果說明斑馬魚Ammecr1合子表達具有時空特異性,可能參與到腦、咽弓及背鰭的形成與發(fā)育過程中。
　　 文昌魚AmphiAmmecr1/11原位雜交和實時熒光定量PCR結(jié)果同樣顯示出母源表達特征,但本研究中尚未發(fā)現(xiàn)其合子表達,這可能說明Ammecr1是在脊索動物進