哺乳动物生长激素/泌乳刺激素基因超家族的分子进化研究

生长激素（Growthhormone，GH）和泌乳刺激素（Prolactin，PRL）基因具有相似的结构和功能，它们和其他一些相关基因组成了GH/PRL基因超家族。在大部分哺乳动物基因组中，GH和PRL都是单拷贝基因。但在灵长目动物中，PRL是单拷贝基因，GH基因却发生了串联重复事件，形成一个基因家族。而在啮齿目中则相反，GH是单拷贝的，PRL却发生了串联重复事件形成一个基因家族。用PCR、克隆、测序的方法，我们从7种灵长目动物中得到了35条GH－类似基因。系统发育分析的结果显示所有旧大陆猴／人猿超科（OWM/H）的GH一类似基因和所有新大陆猴（NWM）的GH-类似基因分别形成两个单系，提示新大陆猴的GH基因家族和旧大陆猴／人猿超科GH基因家族起源于独立的基因重复事件。我们的分析结果还提示在。H基因家族的进化历程中发生了多次基因重复和基因转换事件。此外，不同GH基因家族成员的进化速率和所受到的选择压力存在显著差异。GHN基因在人猿超科和旧大陆猴中进化速率都比较慢，且受到了很强的纯化选择的作用；而CSH基因在两个世系中进化速率都比较快而且可能受到近中性选择的作用；GHV的进化速率和选择压力在旧大陆猴和人猿超科之间存在显著差异。对于新大陆猴GH基因家族，我们发现3个主要的功能基因簇，有趣的是这3个基因簇分别受到了纯化选择、近中性选择和正选择3种不同类型的选择压力。进一步分析的结果显示GH基因家族的进化符合所谓"生一和一灭（Birth-and-death）"的进化模式，该模式以频繁的基因重复和假基因化为主要特征。啮齿目泌乳刺激素基因家族由多个结构相似、在染色体上串联排列的基因组成，创门主要在生殖过程中协调作用。我们利用生物信息学手段在大鼠中得到了两个新的家族成员。结合系统发育、基因转换分析及染色体相对位置的比较，我们认为啮齿目PRL基因家族中的PL-I和PL-II基因亚家族是在大、小鼠分歧之后由物种特异的基因重复事件形成的。此外，啮齿目PRL基因家族的进化历程较复杂，因为除了通常的5-外显子结构的基因外，该家族还包含6-外显子结构的基因，后者在前者的第2和第3外显子之间获得了一个额外的外显子。本研究中我们意外地发现这个外显子在两个基因簇中的起源方式并不相同。在groupA中，它来源于一段外源DNA的插入，而在groupB中则来源于原先的非编码序列。对同义替换和异义替换速率比较的结果显示，在这些获得额外外显子的基－因中纯化选择压力得到了放松。激素蛋白必须与其受体结合经过信号传导才能发挥其生物学功能，因此，研究激素和受体的协同进化就显得尤为重要。我们对哺乳动物泌乳刺激素基因和其受体（PRLR）基因进行了协同进化分析，结果发现哺乳动物PRLR的膜外区和膜内区显示出和PRL一致的"插曲"式的进化模式。皮耳森相关系数计算的结果说明PRLR的膜外区和PRL基因发生了协同进化，同时PRLR的两个功能区域：膜外区和膜内区之间也发生了协同进化。此外，我们还发现灵长目PRL基因也发生了和GH基因类似的"插曲"式的进化，而且快速进化可能是选择压力放松的结果。