非洲爪蟾早期发育中的转录后调控机制及眼睛发育相关基因的表达研究

近来的研究表明，转录后调控对于调节脊椎动物发育过程中的细胞分化，细胞分裂及基因区域特异性表达都具有重要作用。转录后调控包括对mRNA稳定性、翻译效率、细胞内定位及poly(A)水平的调控等。Sox2基因是脊椎动物早期发育中最早表达的神经系统特异性基因之一，是脊椎动物早期神经系统发育的重要调节因子。通过生物信息学分析，我们发现，在脊椎动物Sox2 mRNA 3’非翻译区中存在4段非常保守的富含AU的区域，通过报告基因分析等手段研究发现Sox2 3’非翻译区中的部分元件可显著提高报告基因表达，提示我们Sox2的表达可能受到转录后调控。 我们通过对爪蟾Xfhl3基因序列分析时发现其3’非翻译区存在一段保守的只在两栖类具有的序列，我们克隆并检测了该基因的表达图式，并采用报告基因分析等手段研究了Xfhl3基因 3’非翻译区对报告基因表达的影响。结果发现其3’UTR可抑制报告基因表达水平。由于Xfhl3基因3’UTR中这段序列只在爪蟾基因中高度保守，而在在进化过程中两栖动物最独特的便是变态现象，这提示我们去探索这段爪蟾特有的保守序列是否与两栖类变态发育密切相关。由于甲状腺激素在两栖类的变态中的重要作用，因此我们设想Xfhl3基因的3’UTR中的保守序列可能与甲状腺激素相互作用共同调节爪蟾的变态过程。我们的初步结果表明，在爪蟾胚胎中，甲状腺激素对于正常报告基因表达没有明显的作用，但是在插入Xfhl3基因3’UTR中保守序列后，甲状腺激素处理可显著提高报告基因的表达，表明甲状腺素可能直接或间接通过与该段保守序列参与基因的表达调控。 脊椎动物的眼是一个功能非常特殊的器官，受到复杂的调控网络的调节，众多对神经发生重要的基因在眼中表达并参与了这一调节过程。我们克隆了非洲爪蟾的Sox1基因并研究了它在非洲爪蟾早期发育过程中的时空表达图式，比较了Sox1-3基因在发育的脑和眼中的表达图式，进一步阐明SoxB1基因家族在脊椎动物神经系统发生过程中的作用。此外，我们还克隆了非洲爪蟾MGC85160基因并利用RT-PCR和胚胎整体原位杂交技术探测它在不同胚胎阶段的时空表达图式。结果表明母源性表达的MGC85160基因早期主要在动物极表达；从神经板期开始在发育的中枢神经系统和眼中表达，石蜡切片显示它主要在视网膜和晶状体中表达，说明该基因在爪蟾早期外胚层的模式化以及中枢神经系统的发育过程中可能起到重要作用。 此外，我们还研究了鱇浪白鱼的早期发育分期和眼睛特异基因的表达图式。鱇浪白鱼（Anabarilius grahami ）是云南抚仙湖的特有鱼种。我们首次完成了鱇浪白鱼早期发育的完整分期，主要包括合子期，卵裂期，囊胚期，原肠期，体节期和孵化期六个主要的时期。为了理解鱇浪白鱼眼睛的发育，我们克隆并检测了在眼发育早期起关键作用的基因Sox2, Pax6a, Six3a 和 Rx2的表达图式。结果表明这四个基因全部在尾芽期的前端神经板中表达，随后在视网膜原基细胞中表达明显。在晚期阶段，除Rx2外其它三个基因也在晶状体中表达。其表达模式与斑马鱼中同源基因的表达很相似，说明涉及眼发育的分子网络在鱇浪白鱼中也是高度保守的。

Sox2基因3'非翻译区保守元件对基因表达的调控作用

转录因子Sox2是脊椎动物早期发育中最早表达的神经系统特异性基因之一,同时在干细胞的维持中也起着关键作用.通过生物信息学分析,作者发现在脊椎动物Sox2 mRNA 3'非翻译区中存在4段非常保守的富含AU的区域.将这些片段按照不同的组合克隆到GFP和荧光素酶两种报告基因载体中,在非洲爪蟾胚胎和培养细胞中检测了这些片段对报告基因表达的影响.结果显示,Sox2的3'UTR可影响报告基因的表达水平,特别是其中的保守片段2可显著提高报告基因的表达水平,表明Sox2 3'非翻译区有可能参与Sox2表达的转录后调控.

PLOD3基因3'调控区的人类特异突变改变miR-124a对PLOD3的调控

microRNAs(miRNAs)是一类在转录后水平调控基因表达的不编码蛋白质的小RNA(长度20-24个碱基).其中,miR-124a是一个在哺乳动物中枢神经系统高度表达的miRNA,在神经前体细胞向神经元分化的过程中起着举足轻重的作用.由于miRNAs特异性地识别靶基因的3'端调控区(3'UTR)的靶序列,因此,在人类起源过程中基因3'UTR的单核苷酸序列变异有可能导致miRNA调控的改变.通过靶基因预测和3'UTR区在哺乳动物代表物种间的同源序列比较,我们发现miR-124a的靶基冈中有一个基因(PLOD3)3UTR的靶位点中存在人类特异突变位点.利用体外报告基因系统,发现PLOD3基因3'UTR靶位点中所含的一个人类特异的突变导致miR-124a对PLOD3的调控效率降低.研究表明,miRNAs靶基因3'UTR的序列变异具有功能效应,它有可能足人类中枢神经系统在起源和演化中发挥关键作用的重要遗传机制之一.

Temporal and Spatial Expression Patterns of Sox1 Gene in Xenopus laevis

克隆了非洲爪蟾的Sox1基因并研究了它在非洲爪蟾早期发育过程中的时空表达图式,比较了Sox1-3基因在发育的脑和眼中的表达图式.序列比对分析显示Sox1-3蛋白在其HMG框结构域具有高度的保守性.通过RT-PCR方法分析了Sox1基因在爪蟾早期不同发育时段的表达情况,结果显示Sox1基因从未受精卵到尾芽期均有表达,但表达强度有所差异.原位杂交结果显示,在早期卵裂阶段和囊胚期,Sox1基因主要在动物极表达;从神经板期开始,Sox1基因主要在中枢神经系统和眼原基中表达.在蝌蚪期,Sox1与Sox2、Sox3在脑部和眼睛的表达区域有所不同.对于爪蟾Sox1基因时空表达图式的研究将有助于阐明SoxB1基因家族在脊椎动物神经系统发生过程中的作用.

一个先天性小眼球家系致病基因的排除性定位

先天性小眼球是一种先天发育异常性眼科疾病.通过基因扫描和连锁分析对一个6代常染色体显性遗传先天性小眼球中国家系的疾病相关基因进行研究.根据已报道的与小眼球相关的5个基因座位(MITF,SOX2,PAX6,MCOP和NNO2),在3,11,14和15号染色体上选取了14个微卫星标记,以荧光标记引物的聚合酶链反应(PCR)扩增目的片段,用ABI 377 DNA遗传分析仪对该家系成员进行基因扫描和基因分型,并采用Linkage软件包对基因分型结果进行连锁分析.结果显示,该家系致病基因与这些已报道的座位均不连锁,即该家系致病基因不是已报道的座位,可能是一个尚未报道的对眼球发育至关重要的新基因座位.

饲养层FGF2表达量对猕猴胚胎干细胞自我更新及多能性的影响

用转基因和RNA干扰(RNAi)法建立5组不同成纤维细胞生长因子-2(fibroblast growth factor-2,FGF2)表达量的猕猴耳部皮肤成纤维细胞(MESF)系:过表达FGF2组(f1),过表达的阴性对照组(f2),FGF2 RNA干扰组(f3),RNA干扰的阴性对照组(f4)和未作任何处理的对照组(f5).5组MESF的FGF2表达量相对值为f1:f2:f3:f4:f5=4:2:1:2:2;c-fos,TGF-β1,INHBA,Gremlinl在f1中表达量上升,在f3中表达量下降;BMP4,TGF-β2在f1中表达量下降,在f3中表达量上升;表明内源FGF2能够作用于MESF的TGF-β信号通路,引起相关基因表达量的变化.用这砦细胞作为饲养层长期培养(10代)猕猴胚胎干细胞(RhESC),结果在f1上培养的RhESC增殖速度都比对照组快,并且c-fos,TGF-β1,INHBA,Gremlinl,Oct-4,Nanog,Sox2表达量均上升,BMP4表达下调;在f3上培养的RhESC增殖较慢,BMP4表达上调,c-fos,TGF-β1,INHBA,Gremlinl,Oct-4,Nanog,Sox2表达下调.5组MESF上培养的RhESC形成的EB均表达各胚层早期标记基因(marker),说明RhESC的多能性没有受到影响,但表达量有差异,f1上RhESC形成的EB所有marker都低表达.结果表明饲养层的FGF2含量不仅影响自身相关基凶的表达,还对RhESC的自我更新有一定的作用.

大脑表达 miRNA 在大脑进化中的作用及其遗传机制初步研究

人类区别于其它动物的最本质特征是其拥有其他动物所无法比拟的大脑容量及高 级的认知能力。即使与其近亲－非人灵长类相比，人也拥有比非人灵长类大好几倍的脑 容量和更为发达的认知能力。现在一般认为，人类大脑的形成是适应性选择(达尔文正 选择)的结果。但是到目前为止，对人类起源过程中大脑容量增大及认知能力提高的遗 传学机制却知之甚少。以前的研究表明，几个与大脑发育相关的蛋白质编码基因在人类 起源中受到了正向选择。同时，也有证据表明人类大脑的进化也可能是基因表达调控变 化的结果。因此寻找人与非人灵长类大脑表达基因的调控差异或许能够进一步为人与非 人灵长类为何有如此巨大的差异提供分子生物学水平上的解释。 MicroRNA(miRNA)是一类在转录后水平调控基因表达的不编码蛋白质的小 RNA(长度20－24个碱基)。通过调控靶基因的表达，miRNA参与了众多的生理过程。而 很多大脑表达的miRNA的表达量在大脑发育过程中呈显著的变化，这表明miRNA参与 了大脑的发育调控。由此可知，miRNA对其靶基因调控效率的改变很可能引起大脑发育 调控的改变。 本文通过寻找大脑表达的保守microRNA 及对其靶基因的预测，同时用比较基因组 学的方法发现：有很多microRNA 的靶基因3’UTR 的靶位点中存在人类特异突变位点。 我们推测这些人类特异突变位点可能改变microRNA 对其靶基因的表达调控效应，而调 控效应的改变可能在进化过程中对认知能力的提高发挥重要作用。利用体外报告基因系 统，我们发现有几个预测的靶基因是对应miRNA 的真实靶基因。其中，miR-127 的靶 基因（SEMA3F）3’UTR 的靶位点中所含的一个人类特有的突变增强了miR-127 对 SEMA3F 的调控效率。将该位点突变回复为黑猩猩的位点使得miR-127 对SEMA3F 的 调控效率降低到黑猩猩的水平。这表明miR-127 对SEMA3F 的调控效率的改变确实是 由该人类特异突变位点引起的。我们提供了人类特异突变位点能够引起miR-127 对SEMA3F 的调控效率的改变的体外证据，但是体内的调控模式是否如此尚需进一步的工 作。 总之，本文通过体外试验表明，miRNA靶基因3’UTR的序列变异具有功能效应，它 有可能是人类中枢神经系统在起源和演化中发挥关键作用的重要遗传机制之一。

非洲爪蟾Brunol1 基因的功能以及文昌鱼肌动蛋白基因家族扩增的研究

BRUNOL 蛋白又称CELF（CUG-BP and ETR3 like factor）是一种典型的RNA 结合蛋白，它的N 端含有两个连续的RNA 识别结构域（RNA recognition motif，RRM)， C 端有一个RRM 结构域。主要参与对可变剪切、翻译、降解和编辑等基因表达转录后水平的调节。迄今在人类中已发现6 个Brunol 基因家族成员，即Brunol1-6；在非洲爪蟾中已发现了5 个：Brunol1-5。近期，我们克隆了爪蟾的Brunol1-5 并研究了它们在非洲爪蟾早期胚胎发育过程中的时空表达图式。结果显示，与以往研究结果一致， Brunol1 基因高量、特异地在神经管中表达，提示Brunol1 基因可能对于爪蟾的神经系统的发生和发育发挥着重要的作用。本实验利用Morpholino 和过表达等手段研究了爪蟾Brunol1 基因对于爪蟾早期胚胎发育的影响。结果显示，在下调和过表达Brunol 1 基因的情况下都会导致胚胎出现体轴弯曲，眼睛和头部发育不全等表型。而将 Brunol1 基因特异的Morpholino 与它的mRNA 共注射时可以明显挽救这一表型。我们通过原位杂交实验，检测了一些爪蟾神经系统的标记基因在Brunol1 过表达胚胎中的表达情况，结果发现过表达Brunol1 基因能显著地下调Krox-20, N-tubulin, Lhx2, Pax6 等的表达，而Sox2 和Otx2 的表达却未受影响。这说明Brunol1 的异常表达确实影响到了神经系统发育过程的信号调控网络，导致胚胎发育的畸形。该结果将有助于阐述Brunol1 基因对于脊椎动物神经系统发生的意义。肌动蛋白是一种分布广泛而且在进化上十分保守的蛋白，它是构成细胞骨架的关键组分。通常人们将肌动蛋白分成肌肉型和胞质型两种类型，它们各自行使着不同的功能。在此，我们通过对古老的脊索动物文昌鱼的肌动蛋白基因家族进行系统的分析发现，文昌鱼中该基因家族成员多达30 多个，而且它们中很多都有连锁现象；进化分析的结果显示，文昌鱼的肌动蛋白基因家族通过串联重复序列的复制发生扩增；从结构上看，它们的基因结构多样化, 包含2-7 个外显子；同时，我们还克隆了两个不同的文昌鱼肌肉型的肌动蛋白基因，并进一步比较了它们在文昌鱼早期胚胎中的表达图式。结果显示，这两个基因在表达上有着细微的差别，这提示文昌鱼肌动蛋白基因家族成员在功能上的分化。该结论将有助于阐述肌动蛋白基因家族的进化以及它们在脊索动物发育的中所扮演的功能。

人类基因组中保守二级结构的纯净化选择及其在转录调控网络中的作用

保守序列是一种跨物种保守的基因组序列，而且绝大多数为非蛋白编码序 列。保守序列在人类遗传疾病中发挥着重要作用。其中，一部分保守序列能够 折叠形成二级结构。已鉴定的一些保守二级结构编码一些RNA 分子，如 microRNA、RNA 编辑序列和组蛋白mRNA 3’端非翻译区茎环结构等。但是，对 于绝大部分的保守二级结构，它们的生物学功能以及作用于它们上面的进化作 用力依然是未知的。 群体的SNP 数据在分析序列上的进化作用力时非常有效。SNP 在群体中的 频率会因为受到不同的进化作用力而表现出差异，而与其是否位于基因组中的 突变热点无关。对于受纯净化选择作用的SNP，它们的频率一般会比中性SNP 具有低的新生型等位基因频率（DAF）。我们运用生物信息学的方法，在人类基 因组保守二级结构中找到746 个SNP。这746 个SNP 与基因组其它区段的SNP 在突变模式上并不存在显著差异，在保守二级结构内同样存在突变热点。通过 与侧翼序列SNP 的分布比较发现，保守二级结构上SNP 密度约为其侧翼序列的 2/3。相比于侧翼序列SNP，有更高比例的保守二级结构SNP 具有低的DAF 值。 这些结果提示，有很多保守二级结构上的SNP 因为受到纯净化选择作用而在现 代人群中被剔除了。保守二级结构与侧翼序列在SNP 密度和DAF 上的差异要高 于保守序列与非保守序列之间的差异，提示保守二级结构是受到纯净化选择作 用最为严格的一类保守序列。我们发现，在保守二级结构内部，纯净化选择作 用的强度也有差异。茎区比环区具有更低的SNP 密度，而且有更高比例的茎区 SNP 具有低的DAF 值。这个结果提示，保守二级结构上的纯净化选择力主要作 用于茎区上的位点。我们推测，这可能是茎区上的突变往往比环区的突变对二级结构的造成更大的影响导致的。 我们通过寻找保守二级结构与转录因子SOX2、OCT4、NANOG、SUZ12 和C-MYC 结合位点之间的重叠，还分析了保守二级结构在转录调控网络中的作用。结果 显示，很多保守二级结构是作为转录因子的结合位点调控了许多与发育相关的 转录因子编码基因的表达。转录因子与保守二级结构之间的结合模式非常复杂， 可以有多个转录因子结合到同一个保守二级结构上，也可以是一个转录因子结 合到自身编码基因相关的保守二级结构上。不同的转录因子和保守二级结构结 合可以主导靶基因的特异模式，当绝大多数相关的保守二级结构与SUZ12 结合 时，基因表达受到抑制，而当绝大多数相关的保守二级结构不与SUZ12 结合时， 基因表达受到激活。在转录调控网络中，约有30%的保守二级结构是作为启动 子来调控基因的表达。因为转录因子SOX2、OCT4、NANOG、SUZ12 和C-MYC 仅仅 只结合到很小一部分保守二级结构上，提示可能还有更多的转录因子会结合到 保守二级结构上。因此，保守二级结构介导的转录调控网络要比目前已知的复 杂得多。

不同FGF-2表达量的饲养层对猕猴和兔胚胎干细胞的增殖和自我更新的影响

胚胎干细胞（ESC）培养是ESC研究的基础，饲养层的选择是ESC培养的一个重要方面。本实验曾对不同的猕猴饲养层进行研究，显示能够更好的支持猕猴ESC生长的饲养层FGF-2表达量也较高。FGF-2，又名bFGF（碱性成纤维生长因子），是ESC生长所需的重要因子，但其中的分子机制现在并未完全了解。本文一方面对ESC相关研究进展进行了综述，另一方面对以下内容进行了研究：用转基因和RNA干（RNAi）扰的方法建立不同FGF-2的表达量猕猴耳部皮肤细胞（MESF）系五组：过表达FGF-2（f1），过表达的阴性对照组（f2），FGF-2 RNA干扰组（f3），RNA干扰的阴性对照组（f4）以及未作任何处理的对照组（f5），这五组MESF的FGF-2表达量相对值为f1：f2：f3：f4：f5＝4：2：1：2：2；c-fos，TGF-β1，INHBA，Gremlin1在f1中表达量上升，在f3中表达量下降；BMP4，TGF-β2在f1中表达量下降，在f3中表达量上升；表明内源FGF-2能够作用于MESF的TGF-β信号通路，引起相关基因表达量的变化。用这些细胞作为饲养层分别培养两种ESC（猕猴ESC，R366. 4和兔ESC，RFESC） ，连续培养了10代，其中在f1上培养的两种ESC增殖速度都比对照组快，并且c-fos，TGF-β1，INHBA，Gremlin1，OCT-4，Nanog，Sox2表达量均上升，BMP4表达下调；在f3上培养的猕猴ESC增殖较慢，BMP4表达上调，c-fos，TGF-β1，INHBA，Gremlin1，OCT-4，Nanog，Sox2表达下调；f3上的兔ESC没有变化。表明ESC中的TGF-β信号通路也受到调节。五组猕猴和兔的ESC形成的EB均表达各胚层早期标记基因(marker)，但表达量有差异，f1上ESC形成的EB所有marker都低表达。实验结果表明饲养层中的FGF-2含量高低不仅影响自身相关基因的表达，还对ESC的增殖和维持自我更新有一定的作用。

大鼠脑胶质瘤干细胞分离及作为树突状细胞治疗抗原来源的研究

脑胶质瘤是原发性恶性脑肿瘤中最常见的一类肿瘤，其具有较差的预后性和高致死率。尽管包括手术、化疗及放疗在内的综合治疗水平在不断提高，但由于胶质瘤细胞的高度侵袭性导致治疗结果仍未得到明显改善，病人常常在治疗后很短时间内发生复发。近年来在肿瘤发生的领域提出了一个新的理论，即肿瘤干细胞理论。这个理论认为，肿瘤干细胞是肿瘤中具有自我更新、无限增殖及分化潜能的细胞，这部分细胞虽然只占少部分，但却是肿瘤发生、发展的关键。本研究主要探讨了利用化疗药物秋水仙素分离大鼠胶质瘤细胞中的干细胞样肿瘤细胞（Stem-like Cancer Cell, SLCC）的可行性，负载胶质瘤SLCC的树突状细胞疫苗在体外对肿瘤细胞的杀伤能力，以及对秋水仙素处理胶质瘤细胞的基因组不稳定性的初步探索。 C6大鼠胶质瘤细胞经不同剂量水平（0、0.5、1.0、2.0μg/ml）的秋水仙素处理后，大部分细胞发生凋亡，剩下存活的细胞经过免疫荧光染色发现其表达干细胞标志分子Nestin，提示可能是SLCC。流式和RT-PCR实验表明，经过秋水仙素处理后的存活的C6细胞表达干细胞标志分子nestin，sox2和bmi1，并且其数量随着秋水仙素浓度的增加而增加。 树突状疫苗是一种脑肿瘤的生物治疗方法。本实验通过分离大鼠的树突状细胞和淋巴细胞，体外培养并用经不同剂量组处理分离的SLCC全蛋白刺激一周后，使用MTT法检测激活的细胞毒T淋巴细胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL）体外对肿瘤细胞的杀伤效果。结果表明，经药物分离的SLCC组诱导的CTL效果明显大于对照组，提示脑胶质瘤SLCC可以作为树突状疫苗免疫治疗的新靶点。 此外RT-PCR证明经秋水仙素处理后的胶质瘤细胞中mad2水平明显升高，表明化疗药物可能增加了肿瘤细胞中基因组不稳定性，从而导致SLCC的聚集。 综上，本实验证明了利用化疗药物秋水仙素可以分离大鼠胶质瘤细胞C6中的SLCC细胞，且该分离可能与肿瘤细胞基因组不稳定性提高有关。同时，利用负载SLCC全蛋白的树突状细胞激活的T淋巴细胞在体外具备比对照组更强的细胞杀伤能力。这些结果为以脑胶质瘤SLCC最为靶点的免疫治疗方法开发提供了基础依据。

栉孔扇贝(Chlamys farreri)Toll样受体及其信号传递相关基因的克隆与表达

扇贝是我国海水养殖的重要品种，但自1994年以来，养殖扇贝陆续爆发的大规模死亡，不但造成了巨大的经济损失，而且直接威胁到现有产业的生存和发展。引起扇贝大规模死亡原因是多方面的，其主要原因是养殖环境恶化、扇贝种质衰退和抗病力下降。因此，深入研究扇贝免疫防御机制，探讨提高机体抗病力的有效途径和方法，改良种质和培育抗病品系，无疑是解决目前困扰扇贝养殖业健康可持续发展的必经之路。 Toll样受体（TLRs）家族是新近发现的模式识别受体（PRRs），参与识别病原体相关的分子模式（PAMPs），在天然免疫系统中起着非常重要的作用。哺乳动物中Toll样受体信号通路还参与诱导树枝状细胞成熟、参与免疫耐受、参与凋亡发生发展、介导非感染性因素的识别等，被视为联系天然免疫和获得性免疫的桥梁。同时果蝇的Toll信号通路也是不具备获得性免疫的果蝇赖以抵御病毒、细菌和真菌感染，介导天然免疫反应的重要信号通路。 本研究采用大规模EST测序方法，结合Genome Walker库的构建和cDNA末端快速扩增技术，从栉孔扇贝克隆得到CfToll-1、CfMyd88、CfTRAF6和CfCactus这四个Toll样受体信号通路基因的全长cDNA，同时用荧光实时定量PCR技术检测了这些基因的组织分布及在脂多糖（LPS）和肽聚糖（PGN）刺激下的表达规律。 栉孔扇贝Toll样受体（CfToll-1）的cDNA序列全长4308 bp，包含5’非翻译区（UTR）211 bp，3597 bp的开放阅读框，500 bp的3’UTR，最后为18个腺嘌呤的ploy A 尾巴。开放阅读框编码1198个氨基酸的多肽，该多肽的估计分子量为137.41kd，估计的等电点为5.62，该多肽有信号肽，具有一个预测的跨膜区，因此是一种跨膜蛋白。经BLAST比对，CfToll-1基因与节肢动物多种Toll蛋白高度的相似性。SMART（Simple Modular Architecture Research Tool）软件分析，CfToll-1包含典型的Toll样受体的结构：富含亮氨酸的重复序列的胞外区（leucine-rich repeats, LRR），一段跨膜结构域，以及胞内区的TIR结构域（Toll/IL-1 receptor homologous region）。利用Real-time RT-PCR发现CfToll-1mRNA在扇贝体内普遍存在于血细胞、肌肉、外套膜、心、性腺和鳃组织中。利用体外培养的原代血细胞系研究不同浓度LPS刺激后CfToll-1的表达变化，结果显示低剂量（100ng.mL-1 ）LPS 使CfToll-1 mRNA表达量减小，该变化在1.5h、3h 和9h组差异显著，虽然在6h组表达量稍有恢复，但尚未达到对照水平；用1μg.mL-1LPS处理细胞时， 6h组CfToll-1表达量明显上调，约为对照水平的2倍。证实细菌结构脂多糖对CfToll-1基因的表达有影响，且这种影响有剂量依赖效应。 栉孔扇贝Myd88同源基因（CfMyd88）的cDNA序列全长1554bp，包含5’UTR 427 bp，1101bp的开放阅读框，最后为18个腺嘌呤的ploy A 尾。CfMyd88的开放阅读框可编码367个氨基酸的多肽，该多肽的估计分子量为42.37kD，估计的等电点为5.71。利用SMART程序分析发现CfMyd88编码了Death和TIR结构域, 这两个结构域是Myd88特征结构。BLAST程序发现扇贝的序列与数据库哺乳动物的Myd88基因高度同源。原代培养的扇贝血细胞在受到PGN刺激后，CfMyd88 mRNA表达在1.5小时开始下调，直到9小时下调至对照表达量的1/10，证实肽聚糖结构对CfMyd88基因的表达有影响。 栉孔扇贝TRAF6同源基因（CfTRAF6）的cDNA序列全长2510bp，包含5’UTR 337 bp，1965bp的开放阅读框，3’UTR 208bp，最后为21 个腺嘌呤的ploy A 尾巴。CfTRAF6开放阅读框编码655个氨基酸的多肽，该多肽的估计分子量为74.09kD，估计的等电点为6.01。InterPro Scan在线分析发现CfTRAF6有典型的TRAF蛋白家族的特征结构，包括的一个指环结构，两个锌指结构，一个MATH （the meprin and TRAF homology）结构域以及Coiled-coil区域。CfTRAF6的序列与数据库多物种的TRAF6高度同源，同源性最高的是乌贼序列（Identity＝68）和鼠类（Identity＝45%）。利用Real-time RT-PCR，发现CfTRAF6在各组织普遍存在，在性腺中的表达最高。原代培养的扇贝血细胞在受到不同浓度PGN刺激后，与CfMyd88的情况一样，CfTRAF6的表达量变化减少，且这种变化随剂量的增加更加明显。 栉孔扇贝Cactus同源基因（CfCactus）的cDNA序列全长2488bp，包含5’UTR 181 bp，840bp的开放阅读框， 3’UTR 1467bp，最后为19个腺嘌呤的ploy A 尾巴。CfCactus的开放阅读框编码279个氨基酸的多肽，该多肽的估计分子量为31.37 kD；估计的等电点为4.74，与果蝇的Cactus基因的等电点相近（4.5）。利用SMART程序分析发现CfCactus主要编码了ANK结构域（ankyrin repeats）。Cactus基因为哺乳动物NF-κB抑制蛋白IκB的同源分子，BLAST 程序发现扇贝的序列与数据库多物种的Cactus或IκB基因高度同源。同源性最高的是太平洋牡蛎（Identity=35%）和圆尾鲎（Identities = 44%）。对CfTCactus mRNA在扇贝的血细胞、性腺、 肠的组织表达进行分析，并同时与CfTRAF6和CfMyd88的表达量进行了对比，发现CfCactus的表达水平明显高于这两个基因，而且CfTRAF6的基因表达量也高于CfMyd88，表现出级联放大效应。正常情况下，三个基因在性腺的表达量最高，推测这条通路可能和发育等功能密切相关。 通过本研究我们首次在双壳类软体动物找得到与果蝇Toll蛋白家族高度同源的CfToll-1基因，同时发现其他三个在Toll样受体信号传递过程中起重要作用的基因，其中包括在软体动物中获得的第一个Toll样受体的接头分子－CfMyd88基因，该结果直接证明软体动物具有与哺乳动物和节肢动物高度类似Myd88依赖的Toll样受体信号通路。同时通过这些基因组织分布的研究以及细菌结构LPS和PGN对这条通路上基因表达的影响，证明扇贝Toll信号通路可能与在果蝇中一样，参与扇贝的发育和免疫防御等多种功能。

栉孔扇贝凝集素家族基因研究

栉孔扇贝是我国北方重要的贝类养殖品种。自1997年以来爆发的栉孔扇贝大规模死亡，给地区经济造成了重大损失并且已经严重威胁扇贝养殖业的健康发展。然而，到目前为止，对扇贝免疫防御的分子机理了解还很少，深入研究扇贝免疫应答的分子机制是认识和了解病害发生和实现病害控制的关键问题之一。本研究采用了EST大规模测序结合cDNA锚定扩增的方法，从栉孔扇贝cDNA文库中克隆到五个C－型凝集素基因，并对其中部分基因进行了深入研究。 C－型凝集素CFLec－1的基因全长1785bp，其中含有5’非翻译区66bp，随后是666bp的开放阅读框；最后一条非常长的3’非翻译区1040bp，其中包含多个多聚腺甘酸加尾信号和polyA尾巴。栉孔扇贝CFLec－1编码221个氨基酸的蛋白，其N末端为15个氨基酸的信号肽。CFLec－1的成熟肽为206个氨基酸，其等电点为5.12，计算分子量为23.49kDa。SMART程序分析显示，C末端130氨基酸是一个标准的长型C－型凝集素结构域，其中四个半光胺酸（Cys104，Cys177，Cys193，Cys202）形成的两对二硫键维持了C－型凝集素的空间结构，而位于N末端的两个二硫键（Cys74，Cys85）构成了长型C－型凝集素结构域特有的一对额外二硫键。同源性分析表明，CFLec－1的C－型凝集素结构域与红原鸡的甘露糖受体中的C－型凝集素结构域有47％的相似度，与大西洋鲑的C－型凝集素受体C有31％的相似度。通过与其他同源的C－型凝集素结构域序列比对，发现了可能的糖结合位点EPD基域（Glu169-Pro170-Asp171）。通过RT－PCR研究CFLec－1在扇贝不同组织中的分布后发现，在健康扇贝中，CFLec－1在性腺中有中等程度的表达，在腮中有少量表达，在血淋巴和外套膜中有微量表达。经热处死的鳗弧菌刺激后，CFLec－1在几乎所有检测组织中的表达量都有明显的提高，其中，血淋巴中的表达量变化最为显著。这些结果说明CFLec－1是组成/诱导型基因，并且可能参与了黏膜防御。通过RT－PCR分析了CFLec－1在血淋巴中的表达特征后发现，在革兰氏阳性菌溶壁微球菌和革兰氏阴性菌鳗弧菌刺激后，CFLec－1的表达均显著高于对照组，并且成明显的随时间变化趋势。在大肠杆菌中表达的重组CFLec－1可以凝集革兰氏阴性菌大肠杆菌JM109，且凝集过程需要钙离子的参与。重组CFLec－1对大肠杆菌JM109有较弱的抑菌活性，对溶壁微球菌有明显的抑菌活性，对鳗弧菌没有抑菌活性。这一结果说明，CFLec－1可能不仅参与对入侵微生物的识别过程，而且可能作为效应分子起到了直接杀灭入侵微生物的作用。 CFLec-2的cDNA全长为708bp，其5’UTR为59bp。3’UTR为217bp。 CFLec-2的开放阅读框为432bp，编码160个氨基酸残基,其中包含5’信号肽17个残基。CFLec-2的编码区中含有一个C-型凝集素结构域。利用本研究中构建的原核表达载体，CFLec-2的成熟肽在大肠杆菌中被成功表达。 mCFLec-1的cDNA全长为2257bp，5’UTR17bp，3’UTR为713bp。mCFLec-1的开放阅读框为1527bp，编码508个氨基酸残基，其中包含17个氨基酸残基的信号肽序列。mCFLec-1的编码区含有三个串联的C-型凝集素结构域。利用本研究中构建的原核表达载体，mCFLec-2的成熟肽在大肠杆菌中被成功表达。 mCFLec-2的cDNA全长2086bp。其5’UTR长为18bp，3’UTR长为238bp。开放阅读框均为1776bp，编码609个氨基酸残基，其中包含N末端由18个氨基酸构成的信号肽。mCFLec-2的编码区包含四个C-型凝集素结构域。mCFlec-3的cDNA全长1897bp，其5’UTR和编码区与mCFLec-2几乎完全相同，只有个别碱基的差异。mCFlec-3的3’UTR为49bp。 本研究从扇贝机体本身的免疫机制入手，深入探讨其免疫机理，为进一步研究信号传导，了解扇贝先天性免疫的机制，为制定合理的研制策略提供坚实的理论基础；丰富和发展海水无脊椎动物免疫学的内容，为控制养殖生物疾病提供了新的思路；进一步通过高低等生物之间功能类似分子的同源性比对，为解释和阐明先天免疫这种已经存在数十亿年，从低等生物开始到人类仍旧保留且更加完善的免疫系统的奥秘和本质提供证据。

中国明对虾Toll样受体基因的克隆与表达分析

对虾病害在世界范围内的广泛传播，给水产养殖和沿海农村经济造成了重大损失。自1993 年对虾白斑病暴发以来，中国明对虾的养殖一直一蹶不振。引起对虾大规模死亡的原因是多方面的，其主要原因是养殖环境恶化、对虾种质退化和抗病力下降。因此，深入开展对虾免疫机制研究，并在此基础上寻找对虾疾病防治的有效方法，改良种质和培育抗病品系，已成为对虾养殖业走可持续发展之路的当务之急。 Toll 样受体（Toll-like receptors, TLRs）家族是进化保守的哺乳动物模式识别蛋白（pattern recognition receptors, PRR），在先天免疫系统中起着非常重要的作用。本研究采用同源克隆和RACE（rapid amplification of cDNA ends）技术从中国明对虾中克隆到Toll 样受体同源基因，并将其命名为FcToll。它全长4115 bp，3’UTR 包含16 个poly A 尾巴，开放阅读框编码931 个氨基酸的多肽。预测的该多肽包含典型的Toll 样受体结构，分为胞外区、跨膜区和胞内区。其中胞外区有信号肽，有16 个富含亮氨酸的重复序列eucine-rich repeats, LRR），并含有2个LRR-C 末端基序和2 个LRR-N 末端基序；跨膜区是23 个氨基酸的一次跨膜结构域；胞内区是含有139 个氨基酸的TIR 结构域（Toll/Interleukin-1R）。克隆 发现FcToll 的基因组结构包含5 个外显子和4 个内含子。系统发生分析揭示FcToll归属于“昆虫型”的无脊椎动物Toll 样受体家族。组织分布研究发现FcToll 在中国明对虾中是组成型表达的，在淋巴器官中表达量较显著。分别利用不同病原体刺激健康的中国明对虾，Real-time PCR 发现该基因在刺激后表达水平呈现不同的表达谱：灭活鳗弧菌（Vibrio anguillarum）注射后5 小时，该基因表达显著 上调；而WSSV（white spot syndrome virus）注射后该基因表达则迅速下调，感染后23 小时内其表达水平均低于对应时间点的对照组。这就表明FcToll 可能参与中国明对虾的先天免疫防御，尤其可能参与入侵弧菌的免疫应答。