布氏錐蟲(chóng)、馬媾疫錐蟲(chóng)和伊氏錐蟲(chóng)的進(jìn)化關(guān)系研究.pdf

1、布氏錐蟲(chóng)(Trypanosoma brucei)是非洲人昏睡病和家畜那加那病的病原體，對(duì)人類(lèi)健康造成嚴(yán)重的威脅和對(duì)畜牧業(yè)生產(chǎn)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。該蟲(chóng)在分類(lèi)上隸屬動(dòng)基體目、錐蟲(chóng)科中的錐蟲(chóng)屬。這類(lèi)鞭毛蟲(chóng)因其獨(dú)特的核外基因組——?jiǎng)踊wDNA(kDNA)而有別于其它生物。kDNA由兩類(lèi)互鎖的環(huán)形DNA分子：20～50個(gè)大小～23 kb的大環(huán)和約5000個(gè)大小約1.0 kb的小環(huán)組成。大環(huán)編碼常見(jiàn)的線(xiàn)粒體基因，但這些基因的表達(dá)大多需要經(jīng)過(guò)RNA編輯

2、。小環(huán)編碼向?qū)NA(gRNAs)，指導(dǎo)大環(huán)的轉(zhuǎn)錄解碼。布氏錐蟲(chóng)的生活史經(jīng)歷脊椎動(dòng)物宿主中的血流期階段和采采蠅宿主中的前循環(huán)期、上鞭毛體和后循環(huán)期階段。kDNA的部分或全部缺失會(huì)導(dǎo)致錐蟲(chóng)停留在血流期階段，并失去感染媒介的能力。通過(guò)長(zhǎng)期在脊椎動(dòng)物宿主之間的機(jī)械傳播，布氏錐蟲(chóng)可以不依賴(lài)采采蠅宿主，進(jìn)而擴(kuò)散到?jīng)]有采采蠅分布的其他大陸。馬媾疫錐蟲(chóng)(T.equiperdum)和伊氏錐蟲(chóng)(T. evansi)是媾疫病和馬、駱駝、水牛等家畜蘇拉病的病

3、原體，它們被認(rèn)為是由感染了駱駝的布氏錐蟲(chóng)在宿主遷徙到無(wú)采采蠅地區(qū)后進(jìn)化而來(lái)。 本論文利用已有的分子生物學(xué)的研究鑒定手段，研究布氏錐蟲(chóng)以及與其親緣關(guān)系相近的馬媾疫錐蟲(chóng)和伊氏錐蟲(chóng)，并通過(guò)比較分析這三種錐蟲(chóng)之間的差異，確定它們之間的進(jìn)化關(guān)系。 首先，從錐蟲(chóng)亞屬各種間中最明顯的差異動(dòng)基體DNA著手，分析馬媾疫錐蟲(chóng)大環(huán)kDNA相關(guān)基因的缺失，小環(huán)kDNA的同源性，大環(huán)及小環(huán)kDNA的缺失對(duì)動(dòng)基體超微結(jié)構(gòu)的影響。其次，利用已知的布氏

4、錐蟲(chóng)特有的生物學(xué)特性確證馬媾疫錐蟲(chóng)和伊氏錐蟲(chóng)的分類(lèi)關(guān)系。這包括觀察各錐蟲(chóng)蟲(chóng)株的生長(zhǎng)曲線(xiàn)，對(duì)藥物誘導(dǎo)引起的kDNA缺失的耐受性，從血流期轉(zhuǎn)化為前循環(huán)期的能力，以及不同蟲(chóng)株生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。我們通過(guò)分析比較各蟲(chóng)株大環(huán)及小環(huán)kDNA的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物以及RNA編輯特性，確定其是否仍具備RNA編輯的功能，測(cè)定錐蟲(chóng)的呼吸鏈通路比例，線(xiàn)粒體膜電勢(shì)，并使用免疫印跡手段研究各種動(dòng)基體的重要蛋白，ATP合成酶的亞基測(cè)序等，以確認(rèn)馬媾疫錐蟲(chóng)和伊氏錐蟲(chóng)在缺少部分或全部k

5、DNA后，如何維持正常生命活動(dòng)。最后，我們利用SL RNA基因的測(cè)序結(jié)果，和GenBank公布的同源序列比對(duì)，分析馬媾疫錐蟲(chóng)，伊氏錐蟲(chóng)和布氏錐蟲(chóng)之間的進(jìn)化關(guān)系。 研究結(jié)果證實(shí)馬媾疫錐蟲(chóng)蟲(chóng)株具有不同大小類(lèi)型的大環(huán)kDNA，它們的差異對(duì)動(dòng)基體的超微結(jié)構(gòu)沒(méi)有可見(jiàn)的影響，相反這些特性是研究真核生物線(xiàn)粒體DNA功能的理想模型。進(jìn)一步的結(jié)果表明，馬媾疫錐蟲(chóng)和伊氏錐蟲(chóng)在蛋白水平和基因功能上均表現(xiàn)出和血流期的布氏錐蟲(chóng)完全一致。根據(jù)SL RNA基

6、因的所構(gòu)建的進(jìn)化樹(shù)，我們提出從布氏錐蟲(chóng)進(jìn)化成馬媾疫錐蟲(chóng)和伊氏錐蟲(chóng)的新途徑。最后，我們將錐蟲(chóng)亞屬各種的特性和模式生物酵母進(jìn)行比較，提出馬媾疫錐蟲(chóng)和伊氏錐蟲(chóng)的各種分子生物學(xué)特性都未能超出布氏錐蟲(chóng)的物種特性之外，它們應(yīng)該是布氏錐蟲(chóng)的亞種。 本文采用多因素分析至今已知的兩種在自然條件下存在線(xiàn)粒體DNA部分或完全缺失的真核生物：馬媾疫錐蟲(chóng)和伊氏錐蟲(chóng)的進(jìn)化關(guān)系。研究結(jié)果揭示，這些錐蟲(chóng)盡管完全或部分缺失kDNA，并造成線(xiàn)粒體功能不同程度上的缺