布氏锥虫、马媾疫锥虫和伊氏锥虫的进化关系研究

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1、摘要布氏锥虫、马媾疫锥虫和伊氏锥虫的进化关系研究动物学赖德华伦照荣教授布氏锥虫(研矽口肘傩D册口6埘卯f)是非洲人昏睡病和家畜那加那病的病原体，对人类健康造成严重的威胁和对畜牧业生产造成巨大经济损失。该虫在分类上隶属动基体目、锥虫科中的锥虫属。这类鞭毛虫因其独特的核外基因组——动基体DNA(1‘DNA)而有别于其它生物。l‘DNA由两类互锁的环形DNA分子：20巧O个大小~23kb的大环和约5000个大小约1．0kb的小环组成。大环编码常见的线粒体基因，但这些基因的表达大多需要经过RNA编辑。小环编码向导RNA(g

2、I矾As)，指导大环的转录解码。布氏锥虫的生活史经历脊椎动物宿主中的血流期阶段和采采蝇宿主中的前循环期、上鞭毛体和后循环期阶段。l‘DNA的部分或全部缺失会导致锥虫停留在血流期阶段，并失去感染媒介的能力。通过长期在脊椎动物宿主之间的机械传播，布氏锥虫可以不依赖采采蝇宿主，进而扩散到没有采采蝇分布的其他大陆。马媾疫锥虫(Z叼Ⅳ咖鲥妇册)和伊氏锥虫(z伽甩酊)是媾疫病和马、骆驼、水牛等家畜苏拉病的病原体，它们被认为是由感染了骆驼的布氏锥虫在宿主迁徙到无采采蝇地区后进化而来。本论文利用已有的分子生物学的研究鉴定手段，研究

3、布氏锥虫以及与其亲缘关系相近的马媾疫锥虫和伊氏锥虫，并通过比较分析这三种锥虫之间的差异，确定它们之间的进化关系。首先，从锥虫亚属各种间中最明显的差异动基体DNA着手，分析马媾疫锥虫大环l【DNA相关基因的缺失，小环l①NA的同源性，大环及小环l‘DNA的缺失对动基体超微结构的影响。其次，利用已知的布氏锥虫特有的生物学特性确证IIl马媾疫锥虫和伊氏锥虫的分类关系。这包括观察各锥虫虫株的生长曲线，对药物诱导引起的l①NA缺失的耐受性，从血流期转化为前循环期的能力，以及不同虫株生长竞争现象。我们通过分析比较各虫株大环及小

4、环l【DNA的转录产物以及RNA编辑特性，确定其是否仍具备l矾A编辑的功能，测定锥虫的呼吸链通路比例，线粒体膜电势，并使用免疫印迹手段研究各种动基体的重要蛋白，ATP合成酶的亚基测序等，以确认马媾疫锥虫和伊氏锥虫在缺少部分或全部l【DNA后，如何维持正常生命活动。最后，我们利用sLl矾A基因的测序结果，和GenBank公布的同源序列比对，分析马媾疫锥虫，伊氏锥虫和布氏锥虫之间的进化关系。研究结果证实马媾疫锥虫虫株具有不同大小类型的大环l①NA，它们的差异对动基体的超微结构没有可见的影响，相反这些特性是研究真核生物线

5、粒体DNA功能的理想模型。进一步的结果表明，马媾疫锥虫和伊氏锥虫在蛋白水平和基因功能上均表现出和血流期的布氏锥虫完全一致。根据SLl矾A基因的所构建的进化树，我们提出从布氏锥虫进化成马媾疫锥虫和伊氏锥虫的新途径。最后，我们将锥虫亚属各种的特性和模式生物酵母进行比较，提出马媾疫锥虫和伊氏锥虫的各种分子生物学特性都未能超出布氏锥虫的物种特性之外，它们应该是布氏锥虫的亚种。本文采用多因素分析至今已知的两种在自然条件下存在线粒体DNA部分或完全缺失的真核生物：马媾疫锥虫和伊氏锥虫的进化关系。研究结果揭示，这些锥虫尽管完全或

6、部分缺失l‘DNA，并造成线粒体功能不同程度上的缺陷，但其分子生物学特性都未能超出布氏锥虫的物种特性之外，并且它们都没能在进化树上呈现出单一的分支，因而不能满足物种的定义。此外，我们的研究结果还展示了布氏锥虫线粒体功能及其广泛的适应能力。这些研究结果对揭示非洲锥虫的进化，线粒体／动基体DNA在非洲锥虫中的功能等提供了新的重要线索。关键词：布氏锥虫，马媾疫锥虫，伊氏锥虫，遗传进化，线粒体功能，动基体DNA，RNA编辑，氧化磷酸化呼吸链，ATP合成酶，小菌落突变株ⅣEVolutionRelationshipamong聊

7、口以DsD，卯口6，．跖cP厶AbstractZ叼Ⅳ咖甜dh聊andZPm刀酊ZoolOgyDe．HuaLaiPro￡Zhao—R-ongLun：f切口刀口sD刀l口6rⅣc_西istheagentofhumansleepingsiclmess，afataldiseasethreatenillgpubHchealth，andalsoistheagentofruIIlinantNaganainAmcaofeconoIIlicimponance．BeiIlgal【inetoplastidnageUate，Z6，口‘?西

8、containsaneponyml【iIletoplastDNA(1【DNA)，consistingoftwotypesofinterlockedcircularDNAmolecules：scoresofmaxicircles(~23kbforeachcircle)andthousandsofminicircles(~1．Ok”．MaxicircleshaV