肺鱼免疫球蛋白重链基因位点结构及多样性机制研究

免疫球蛋白基因作为获得性免疫的主要效应分子广泛地存在于有颌类脊椎动物中，近年来对于处在进化关键环节的一些物种的免疫球蛋白重链基因位点结构及多样性机制的研究发现了很多新的免疫球蛋白重链基因类型和位点结构。这些发现对于加深我们对获得性免疫系统的认识和理解起到很大的作用。同时对免疫系统的遗传操作起到了很大的帮助。由于技术手段及样品材料的原因，对于一种处在鱼类向四足类动物进化关键环节有活化石之称的肺鱼的免疫球蛋白重链基因位点结构及多样性机制的研究一直止步不前。我们拟采用新进出现的免疫球蛋白特性型cDNA文库构建技术及逐步完善的Genome Walking技术，揭开肺鱼Ig重链基因位点结构的神秘面纱，为鱼类中IgZ基因的进化，鱼类中IgD、IgM、IgNAR基因的进化、两栖类乃至爬行类、鸟类中IgY基因的进化，以及CSR等多样性机制的产生过程做出详尽的阐释。

肺鱼是一种在进化上处于鱼类向两栖类动物过度环节的一种典型动物，其近祖腔棘鱼被认为是四足类动物在进化上祖先。免疫球蛋白作为动物获得性免疫的主要标志性效应物之一，对其在不同物种中的进化、表达类型等是获得性免疫成熟与否，以及动物对环境适应能力的重要体现之一。目前在有颌类脊椎动物中已经发现了10多种编码抗体的基因类型。在高等脊椎动物中，免疫球蛋白基因普遍存在IgM，IgD，IgG，IgE和IgA物种基因类型，分别行使不同的免疫学功能。编码免疫球蛋白重链的基因的位点结构以Vn-Dn-Jn-C(Cμ-Cδ-Cγ-Cε-Cα)的形式存在。而在低等的软骨鱼类中，仅能表达IgM和IgD（IgW，IgNAR）两种免疫球蛋白重链基因类型，其基因的位点结构以(V-D-J-C)n的簇型存在。。IgM和IgD作为最原始的抗体类型普遍存在于从低等的软骨鱼类到高等的啮齿类脊椎动物中。从理论上讲，其他的抗体应该以此为基础产生。在高等动物中的IgY以IgG和IgE的变异体存在。高等动物的IgA则对应低等动物IgX和IgA。近来在硬骨鱼类中又发现了IgT和IgZ等新型的免疫球蛋白重链基因类型，然而IgX、IgA、IgY何时产生、如何产生一直是个困扰比较免疫球领域的问题。本项目选用两种不同的活化石肺鱼作为研究对象，采用转录组测序、southern blotting、生物信息学分析等方法，在两种不同的肺鱼的重链基因研究中首次发现了三种IgM、两种IgW、三种IgN和一种IgQ，其中IgN和IgQ来源于IgW。通过southern杂交对免疫球蛋白重链基因位点结构的研究推断出肺鱼的重链基因位点结构处于cluster向translocon的过渡态，以一种杂合的形式存在。由于基因组过于庞大，出现大量的高度重复序列，通过genome walking的办法获取其完整重链基因位点结构的实验没有成功。对获得的免疫球蛋白类型及编码信息的分析表明，肺鱼的免疫体系更加发达，更能适应复杂的内外界环境。本研究表明，IgX、IgA、IgY四足类动物特异性的抗体产生应该发生在3.6亿年陆生四足类动物产生之后，其进化祖先肺鱼中并不存在IgX、IgA、IgY基因。