极原始的原生动物- - 贾第虫的核仁功能基因组与核仁的起源进化探讨

在我们对处在特别关键进化地位的极原始的原生动物- - 贾第虫(Giardia)的进化地位、其核仁的结构和功能基因方面的研究取得一些重要进展的基础上，并基于目前国际上已具有三种不同进化地位真核生物（酵母、拟蓝芥和人）的核仁蛋白质组（功能基因组）数据库，本项目拟采用生物信息学、细胞与分子生物学实验等方法手段，首先从贾第虫基因组中鉴定出核仁功能基因组，然后结合上述三种不同进化地位生物的核仁功能基因组数据和原核生物的相关数据进行系统的比较基因组学研究，旨在一方面揭示贾第虫这一极原始真核生物的核仁功能基因组的特征及其进化生物学意义，并基于贾第虫的独有特征有可能为研发高效、特异防治贾第虫病药物寻找新的靶标提供资料；更重要的是以期在基因组的水平上对核仁这一真核细胞的重要标志性结构的起源形成机制和进化规律进行探讨，从而为认识理解高等真核生物核仁的复杂结构与功能（特别是一些有争议的新功能）提供基础和启示。

本项目按计划完成了如下主要内容：1）基于三种高等真核生物的核仁蛋白基因组数据库构建 “真核生物基本核仁蛋白基因组(EBNPG)”，进而利用生物信息学方法进行同源搜索、Domain分析和蛋白定位预测等，鉴定出了贾第虫的由216条同源核仁蛋白和39条特有核仁蛋白以及所有rRNA基因组成的贾第虫核仁基因组。蛋白的细胞内定位实验表明：贾第虫细胞内虽未形成典型的核仁结构，但存在一个有功能的核仁区。进一步研究发现，贾第虫的核仁功能基因组要比高等真核生物的简得多，具有一系列原始特点。还首次发贾第虫存在调节核仁相关基因的miRNA；并发现其基因组在进化历史上发生过两次大规模的基因重复：前一次主要是发生在包括许多核仁蛋白基因在内的细胞最基本功能的基因上，而后一次发生在VSP等与寄生适应性进化有关的基因上。2）通过将贾第虫的核仁基因组与上述EBNPG以及分别与人、拟南芥和酵母的核仁蛋白基因组相比较分析，结果表明在很大程度上贾第虫的核仁基因组代表了真核生物分化前的祖先状态，核仁在真核生物进化早期的主要功能为 ‘与核糖体相关’，而其它功能应该至少是在贾第虫分化出来后在以后的真核生物中才发展出来的。所进行的5S rRNA系统和核糖体小亚基加工体（SSU Processome）等核仁功能基因群方面的系统研究表明，贾第虫的这些方面均代表了真核生物的原始阶段，贾第虫应该是结合了真核生物的原始性和次生的寄生退化性于一身的 “嵌合体”。3）通过全面调查EBNPG在真核生物、古细菌和真细菌中的分布，并构建同源关系矩阵进行聚类分析及蛋白网络的进化组装，结果表明EBNPG的来源首先分为两部分：“从原核生物进化而来的部分”和“真核生物出现之后才进化出来的部分”，前者又是从古细菌和真细菌复合起源的，且构成了核仁蛋白相互作用的最基本网络；执行核仁核糖体合成功能的蛋白主要来源于古细菌，而执行其它功能的蛋白则多数是在真核生物出现之后才进化出来的。这提示贾第虫的核仁基因组可能代表了从古菌到高等真核生物进化过程中的一个过渡环节。.已在国内外核心刊物上发表论文11 篇，其中包括国际进化生物学领域的重要刊物BMC Evol Biol上 4篇、 PLoS ONE 1篇，SCI 论文共7 篇。还有3篇重要论文正在投稿中。培养毕业博士生1名、硕士生2名，年轻科研骨干得到成长。总之，圆满完成该项目的各项任务并取得一系列重要成果。