文昌鱼天然免疫信号通路的适应性微进化及其分子机制

The amphioxus which is a marine benthonic animal, occupies the basal position of the chordate phylum. The body organization of Amphioxus is similar to the vertebrates living in the Cambrian period and it did not experience the vertebrate-specific two-round whole genome duplication event. Hence, amphioxus is the most important model to the orgin and evolution of vertebrate and a simplified model for studying human physiology and disease. In the past decade, we found that amphioxus had a unique innate immune system. For example, innate immune expansion, the extrinsic apoptotic pathway and MyD88 independent TLR pathway, which had been considered to be exclusive in vertebrates, were discovered in amphioxus. Adaptive evolution plays an important role in the formation of immunity system; but the underlying mechanism of immune evolution is still elusive. In this project, we plan to reveal the evolutionary process and molecular mechanism of amphioxus immune system through genome re-sequencing, transcriptome sequencing and 3’UTR sequencing. We aim to elucidate how immune system has evolved under natural selection, which could potentially provide new theory on the development of human innate immune system as well as new understanding for human diseases.

文昌鱼是现存脊索动物中最古老的一支，其身体结构近似于生活在寒武纪的脊椎动物，且其基因组没有经历过全基因组复制，因此文昌鱼是连接无脊椎动物和脊椎动物的纽带，也是研究脊椎动物起源最重要的模式动物，更是研究人类生理和疾病的最“简化”模型。我们过去十多年的工作表明文昌鱼拥有独特的天然免疫系统，如天然免疫基因的大爆炸、以往被认为仅仅在脊椎动物中存在的外源性细胞凋亡途径和非MYD88依赖的TLR通路都在文昌鱼中被发现。由于适应性进化在免疫系统形成中起到了极其重要的作用，但其适应性进化机制尚未完全了解，我们打算利用文昌鱼这一特殊模式生物，通过个体基因组重测序、转录组测序及3''UTR测序，揭示文昌鱼天然免疫系统的微进化过程及其分子机制，阐明免疫系统这个生物体内最复杂的生命系统之一是如何在此机制驱使下形成的，并将为研究人类等高等哺乳动物天然免疫系统的形成和致病机理提供崭新的理论。

文昌鱼是连接无脊椎动物和脊椎动物的纽带，也是研究脊椎动物起源最重要的模式动物，更是研究人类生理和疾病的最“简化”模型。我们过去十多年的工作表明文昌鱼拥有独特的天然免疫系统，但文昌鱼基因组的群体多样性及基因组特征尚未了解，这对于研究文昌鱼的免疫系统是非常重要的。因此，我们通过群体基因组学和比较基因组学等方法，研究文昌鱼天然免疫系统的微进化过程及获得性免疫的起源。通过基因组重测序和群体基因组学分析，我们发现了文昌鱼具有高度的多样性，其群体最近经历了一次群体扩张，并发现天然免疫相关基因受到平衡选择的影响。比较基因组学分析发现文昌鱼存在更多的活跃转座子超家族，这与其高度的基因组重排及高度蛋白质domain多样性相关，我们发现了完好无损的RAG转座子，为人类抗体重排的转座子起源假说提供了最强有力和直接的证据。