摘要
禽β-防御素基因家族作为鸟类先天免疫系统的重要组成部分，在鸟类对抗外界病原体入侵中有重要作用。作为一种阳离子抗菌肽，禽β-防御素对真菌、细菌、病毒以及各种病原体微生物具有广谱抗菌性，同时还有一定的免疫调节作用。作为免疫防御的第一道防线，为应对不同的病原体和环境，减轻病原体对生物的伤害，会随着鸟类生存环境的变化而发生适应性进化。研究发现物种生活史会对免疫基因的进化强度产生影响，免疫基因与生活史的适应性进化是进化生态学中一个重要的科学问题。 本研究以25种已发布基因组的鸡形目鸟类以及采集样本的8种鸡形目鸟类为研究对象，使用本课题组开发改进的基因检索方法对发布的有基因组鸟类以鸡禽β-防御素基因家族蛋白编码序列作为检索文件进行禽β-防御素基因的搜索及预测，构建系统发育进化树并进行受选择位点分析。在对采集样本进行DNA提取后设计引物对禽β-防御素进行了扩增，构建了单倍型网络图进行了种间进化分析。此外收集了生活史相关数据，探讨禽β-防御素基因进化与生活史特征的关系，揭示了生活史因素对禽β-防御素基因所受选择压力的影响。研究结果如下： 1.从25个鸡形目鸟类的全基因组序列中共搜索鉴定出了344个禽β-防御素基因。每个物种的禽β-防御素基因都聚集在同一区域，并且有相似的线性关系和转录方向。此外，系统发育关系分析表明，这14个禽β-防御素亚家族拥有共同的祖先，在鸟类分化前就已经存在。在雉科鸟类中，大部分物种的AvBD6和AvBD7的基因数目出现了扩增，且这些扩增都是物种特异性的。此外，选择压力分析显示，多个禽β-防御素基因亚家族中都存在着正向选择位点。 2.从采样的8个物种共70个样本中，总共扩增出924条禽β-防御素基因编码序列，填补了预测时由于环颈雉全基因组序列的部分缺失导致的AvBD1信号肽序列的空白，发现白鹇AvBD7基因成熟肽尾部并不是预测到的由于移码突变造成的假基因，而是一个功能基因。从单倍型网络图中显示，除AvBD13外其他AvBD亚家族基因的等位基因都在20个以上。在所有的12个AvBD亚基因中，每个物种几乎都有产生不同的等位基因，相同的等位基因只有同一个属或者相近的物种才可能共享。在AvBD12，-13，-14中发现较多的等位基因物种间共享。 3.系统发育广义最小二乘法(PGLS)分析发现，AvBD2基因在蛋孵化时长短的物种中进化率更高(R2=0.180，plt;0.05)，体重越轻的物种AvBD10基因更高(R2=0.183，plt;0.05)，同时，还发现寿命更长物种AvBD5基因的进化率更高(R2=0.178，plt;0.05)，相反在AvBD11中寿命长的物种基因进化率更低(R2=0.266，plt;0.05)。此外，AvBD9(R2=0.499，plt;0.001)，AvBD12(R2=0.5623，p=lt;0.001)和AvBD14(R2=0.318，plt;0.05)的进化率都与物种栖息地海拔相关，AvBD12和AvBD14与海拔高度呈显著的负相关而AvBD9是正相关。此外，马尔科夫蒙特卡罗一般线性混合模型(MCMCglmm)结果显示，迁徙状态对AvBD基因的进化具有影响，AvBD2和AvBD12基因进化更趋向于候鸟，而留鸟AvBD4基因的进化率更高。 上述研究结果表明，禽β-防御素基因在鸡形目鸟类中进化较为保守，整体处于纯化选择的状态，少数位点处于偶发性正选择状态，位点受选择强度与迁徙、寿命以及栖息地海拔有关。本研究整合分析了禽β-防御素基因进化与生活史的关系，将分子进化与宏观进化过程联系起来，可以进一步了解禽先天免疫系统以及其分子进化与环境的适应性关系，为抗生素替代品开发奠定了理论基础。
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