贾第虫中的基因转换研究

蓝氏贾第鞭毛虫（简称贾第虫）是一种低等的单细胞原生动物，因在全世界引起肠道疾病，并被认为是目前已知的最原始的真核细胞而备受关注。它具有两个左右对称的细胞核，在形态和大小上都很相似，至少都为二倍体。长期以来一直都未有其进行减数分裂或有性生殖的报道，因此被认为是无性繁殖的。目前仅发现其存在有丝分裂过程，而且滋养体的两个细胞核在复制分离等遗传活动方面保持各自独立的状态，分别将子代核传递到子代细胞中。综合以上情形，随着长期传代培养，贾第虫两个细胞核之间及单个核内等位基因之间应该会逐渐积累较大的差异（allelic sequence heterozygosity，ASH）。但事实是贾第虫具有极低的等位基因差异，是什么原因和机制所导致的呢？本文对此进行了如下两方面的研究。其一，采用单细胞PCR技术对fenI和pdi两个基因进行了长期的跟踪观察。研究结果表明，除了极少数的位点突变（在测序结果中表现为“套峰”）外，每次的测序结果几乎完全一致，这说明贾第虫两核间和一核内的等位基因是高度一致的，其等位基因差异性非常低。对套峰位置进行统计后我们发现，pdi基因中数个位点间歇性的出现套峰，暗示了突变发生而后又被修复的过程，这提示贾第虫中肯定存在一种生物学机制，能够修复等位基因的突变，我们推测这种机制很可能是基因转换（gene conversion）。其二，本文对基因转换的基本情况进行了系统的调查。根据已有的理论模型，总结出基因转换过程的主要步骤，以及与各步骤相关的基因；之后，利用同源搜索的方法，在贾第虫基因组中搜索上述基因的同源物。调查结果表明，基因转换过程的主要步骤对应的基因在贾第虫中都存在同源物，这提示在贾第虫中确实存在发生基因转换的可能性。然后，对上述在贾第虫基因组中找到的同源基因进行了荧光原位杂交（FISH）实验和RT-PCR实验。FISH定位实验结果显示，这些基因在两个细胞核中都有杂交信号，表明这些基因在两个细胞核中都存在。 RT-PCR实验结果进一步表明，这些基因在贾第虫中都是活跃转录的。根据以上结果，本文认为贾第虫中确实存在一个维持其极低的等位基因差异的机制，该机制极可能是基因转换。