纤毛门原生动物的微管蛋白基因家族进化研究

Protists play a key evolutionary role between prokaryotes and eukaryotes. However, there is only few researches focusing on evolution of gene families for this group. Ciliated protozoa, for which the macronuclear genes are developed from micronuclear ones with fragmentation and amplification, possess a lot of gene duplication and are good model organisms for studying gene family. The main purposes of this project are: 1) Study gene family evolution based on genomes and transcriptomes for the first time, and select best softwares and parameters for collecting tubulin gene sequences and identifying nine tubulin gene members. 2) Based on the best softwares and parameters, analyze duplication events leading to divergence of nine tubulin gene members. 3) Sequence tubulin genes of morphological closely related spirotrichous species, and then discuss relationships between species separation and diversity of paralogs. 4) Compare gene expression variation of different stages during vegetative growth using sequences generated from single-cell amplification technique and transcriptome sequencing. The outcome of this project will be benefit for us to know the basic knowledge of tubulin gene family in Ciliophora, and provide vital reference for deducing origin of eukaryotic tubulin gene families.

单细胞原生生物作为从原核生物向真核生物过渡的中间类群在进化中占据着非常重要的地位，然而其基因家族进化研究十分匮乏。纤毛门原生动物大核染色体的高度片段化和多倍化使该类群拥有大量的基因重复，是研究基因家族进化的良好生物材料。本项目旨在：1）探索基于组学数据的纤毛门原生动物微管蛋白基因序列筛选和家族成员鉴定的方案。2）在筛选出最优数据分析方案的基础上，结合系统发育和形态学资料，系统分析纤毛门原生动的9个微管蛋白基因家族成员的分化模式。3）对旋唇纲纤毛虫近缘物种的常见微管蛋白基因进行测序，探讨旁系同源基因多样性及其与物种分化的关系。4）选取无性生殖不同细胞发生阶段，开展单细胞转录组测序，对比分析微管蛋白基因家族成员在不同发育时期的表达量变化。本研究将首次对纤毛门微管蛋白基因家族进化进行全面摸底调查，以期为后续研究的深入开展，以及真核生物微管蛋白基因家族起源等提供重要的数据参考。

单细胞原生生物作为从原核生物向真核生物过渡的中间类群在进化中占据着非常重要的地位，然而其基因家族进化研究十分匮乏。纤毛门原生动物大核染色体的高度片段化和多倍化使该类群拥有大量的基因重复，是研究基因家族进化的良好生物材料。本项目执行期间（2018.1-2021.12）开展了纤毛虫物种系统关系厘定、微管蛋白基因特异性扩增、组学数据分析等相关工作，主要研究进展如下：（1）优化了tubulin基因家族成员鉴定方法，采用序列比对与结构域判定相结合的方式筛选相关基因；基于进化树聚类结果显示含有45种纤毛虫的真核生物tubulin氨基酸树分成α、β、γ、δ、ε及η共6个明显分支，且不同tubulin基因的分化模式存在一定的差异。（2）通过特异性引物扩增的方式，获得了游仆类纤毛虫的36条α-tubulin基因序列，发现7种纤毛虫存在旁系同源基因，且均为发生在近期的进化事件。分别获得了伪角毛虫属368 条和游仆虫属677 条β-tubulin基因序列，发现部分物种内部分别存在旁系同源基因分化，且种群间β-tubulin基因的分化模式与地理的分布无明显相关性。（3）完成了纤毛虫物种的857条LSUrDNA序列测序，并基于多基因序列分析解决了部分存疑的腹毛类纤毛虫的系统发育关系；开展了9个游仆虫物种/种群的5个基因片段共计196条序列的测序，同时结合形态学、生态学研究资料，确立了该类群的分子物种区分标准。（4）完成5种纤毛虫无性生殖生长期和分裂期的单细胞转录组测序的基础上，分析了细胞分裂过程中细胞骨架相关基因的调控。本项目对纤毛门微管蛋白基因家族进化进行了全面摸底调查，以期为后续研究的深入开展，以及真核生物微管蛋白基因家族起源等提供重要的数据参考。