經(jīng)典MHCⅡB基因外顯子2的生物信息學(xué)分析.pdf

1、主要組織相容性復(fù)合體(MajiorHistocompatibilityComplex，MHC)是由緊密連鎖的高度多態(tài)的基因位點(diǎn)所組成的染色體上的一段遺傳區(qū)域。根據(jù)MHC分子結(jié)構(gòu)與功能的不同，將MHC分為I類、II類和III類3個(gè)基因區(qū)。其中，MHCI類、II類基因編碼產(chǎn)物直接參與抗原的遞呈，根據(jù)產(chǎn)物分布、功能及多態(tài)性不同，又分為經(jīng)典和非經(jīng)典I類、II類基因。每個(gè)經(jīng)典MHCII類基因又進(jìn)一步分為A、B兩個(gè)亞區(qū)，分別編碼MHC-II類分子的

2、α鏈和β鏈。高度多態(tài)性幾乎是所有脊椎動(dòng)物MHC的共同特點(diǎn)之一，MHCII類基因的多態(tài)性主要體現(xiàn)在編碼β1結(jié)構(gòu)域的MHCIIB基因外顯子2區(qū)，因此，MHCIIB基因外顯子2基因區(qū)現(xiàn)已成為分子進(jìn)化、系統(tǒng)發(fā)育學(xué)、保護(hù)遺傳學(xué)等方面研究的熱點(diǎn)。 隨著人類基因組計(jì)劃和模式生物基因組計(jì)劃的完成，公共數(shù)據(jù)庫中生物數(shù)據(jù)的增長速度越來越快，涌現(xiàn)出海量的生物分子數(shù)據(jù)。這些生物分子數(shù)據(jù)具有豐富的內(nèi)涵，隱藏著很多重要的生物學(xué)知識(shí)。生物信息學(xué)的產(chǎn)生為如何從

3、海量生物數(shù)據(jù)中解讀、提取和獲得有用的生物學(xué)知識(shí)提供了有效的方法。 本文為了研究不同物種MHCIIB基因外顯子2，根據(jù)序列數(shù)據(jù)特征通過生物信息學(xué)手段，采用一種新的方法篩選序列，進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析，分析同義與非同義核苷酸替換，計(jì)算GC含量，旨在初步了解不同物種間的進(jìn)化關(guān)系，探討MHC基因突變與環(huán)境選擇壓力之間的聯(lián)系。MHC-DQB基因構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹結(jié)果表明：整個(gè)樹圖可以明顯地分為魚綱、爬行綱、鳥綱和哺乳綱四大類群，且魚綱先與爬行綱、

4、鳥綱聚類，后與哺乳綱聚類，表明魚綱動(dòng)物的進(jìn)化程度最低，爬行綱、鳥綱動(dòng)物次之，哺乳綱動(dòng)物的進(jìn)化程度最高。靈長目中人與類人猿(黑猩猩，大猩猩，猩猩)的遺傳距離最近，與猴科的遺傳距離較遠(yuǎn)，與指猴的遺傳距離最遠(yuǎn)，且指猴位于靈長目一支的最頂端。反芻目中瘤牛與黃牛首先聚類，然后再與綿羊聚類，麝牛最后與它們聚類，且麝牛位于反芻目一支的最頂端。若以較低等的魚綱作為構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹的外群，提示指猴可能是靈長目中較古老的物種，麝?？赡苁且环N介于牛與羊之間的古

5、老物種。平均同義核苷酸替換(Ps)與非同義核苷酸替換(PN)之比的結(jié)果表明，水生動(dòng)物(鯉形目和鯨目)和飛禽類動(dòng)物(今顎總目)的PS/PN均值均大于1，且水生動(dòng)物(鯉形目和鯨目)的PS/PN均值大于飛禽類動(dòng)物(今顎總目)，而陸生動(dòng)物(食肉目，反芻目和靈長目)的PS/PN均值小于1，提示PS/PN與物種的生存環(huán)境、選擇壓力有關(guān)。由于陸地環(huán)境復(fù)雜多變，抗原多樣性高，陸生動(dòng)物所承受的選擇壓力大，因此其MHC的非同義替換普遍維持在較高的水平，這對(duì)

6、于物種的生存可能具有積極的意義。同理，空氣中抗原類物質(zhì)的復(fù)雜性較水域中的高，飛禽類動(dòng)物面臨的選擇壓力也較大，其PS/PN均值比水生動(dòng)物的小。GC含量分析結(jié)果顯示，從硬骨魚綱、鳥綱到哺乳綱形成一種GC含量逐漸升高的趨勢，提示GC含量是堿基突變?cè)诨蚪M中長期累積的結(jié)果。 相對(duì)于整個(gè)脊椎動(dòng)物而言，有些物種MHCIIB基因的研究較晚，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)太少，難以挑選出具有代表性的序列，甚至有些物種還沒有任何MHC序列的報(bào)道，這將會(huì)影響分析效