主要组织相容性复合体的研究进展

主要组织相容性复合体的研究进展

1mhc基因座的组成及分布主要组织补偿综合征（mhs）是科学家和人类疾病密切相关的一个巨大的遗传因素。例如，mhs基因（也被称为hla基因群）位于第6号染色体的短臂上，长度为3.6.4.0.106bp，约占整个重组的1%。MHC基因是由紧密连锁和高度多态的基因座组成,如小鼠的每个MHC基因座都有大约100个左右的等位基因,是基因组中多态性最丰富的区域之一。MHC基因作为编码主要组织相容性抗原的基因群,具有控制同种移植排斥反应、免疫应答和免疫调节等复杂功能。由于MHC的表达产物广泛参与各种外源抗原的识别,其遗传背景的差异可导致不同个体抗寄生虫能力及自免疫疾病易感性的差异。同时,MHC多样性水平的降低可导致种群内个体对突发性的传染性病原体的易感性增高,导致种群抗病能力单一,生存力下降。运用MHC分析来进行种群遗传学和保护遗传学研究,是近年来一个热点和新增长点。MHC基因家族主要包括三类,I类基因内含经典A、B、C基因座和新近确定的非经典E、F、G、H等基因座。II类基因区包括DP、DQ、DR三个亚区和新近确定的DN、DO、DM三个亚区。研究发现DP、DQ、DR每个亚区至少含有4个基因座。III类基因区位于II类与I类基因区之间,内含众多编码补体成分和其他血清蛋白的基因,主要基因产物为C4、C2、B因子、TNFα、TNFβ和热激蛋白70(heatshockprotein70,HSP70)等。2mhc的测序和多样性目前,基于MHC基因家族的种群遗传学分析主要集中于DQ、DP、DR等几个多态性较高的基因,特别是这些基因的第二外显子(exon2)。通常可通过聚合酶链式反应(polymerasechainreaction,PCR)扩增出特定的基因片段。对PCR产物,不仅可进行序列测定,也可进行单链构像多态性(single-strandedconformationpolymorphism,SSCP)和限制性片段长度多态(restrictedfragmentlengthpolymorphism,RFLP)分型。虽然PCR-RFLP和PCR-SSCP都具有简便快捷的特点,也都有较高的多态性检测能力,但PCR-测序无疑是最直接、最有效,因而也是目前种群水平的MHC研究中最常用的方法。但MHC作为变异程度很高的核DNA基因,对每一个体(特别是杂合子),一般需要测定5~7个克隆的序列,方能保证来自双亲的两个等位基因的序列都被测出。显然,对大样本的种群分析来说,工作量将是异常惊人的。因此,须在对PCR扩增产物的序列进行测定之前先通过SSCP技术进行初步分析,确定扩增产物的不同SSCP型。对每一个SSCP型,只需选择其中的一个或少数几个个体进行序列测定,即可在不减少信息量的情况下大大减少工作量。此外,在MHC分析中还使用到一些其它技术,如Slade等用4种限制性内切酶和异源探针对来自两个种群的24个南方象海豹(Miroungaieonina)的MHCClassI和II序列进行RFLP分析;Paterson等用微卫星技术对有蹄类的一个野生种群的抗病能力和幼体生存能力作了MHC多样性检测。Antunes等则以DPA/DPB高度保守区序列为探针,对普通绒猴(Callithrixjacchus)的PCR产物进行分型。Ellegren等用小卫星DNA指纹技术获得了欧洲海狸两个种群MHCClassI和II的限制性片段样品,分析了欧洲海狸MHC的遗传变异性等等。3mhs在群体遗传和保护遗传中的应用3.1非洲合作病毒的遗传多样性MHC的变异可反映基因组水平的变异,因此,通过MHC基因的变异分析,可有效地评估种群遗传多样性水平。同时,MHC的变异性水平被认为是生物体识别外来寄生物(细菌、病毒、原生动物以及其他寄生虫和噬菌体)能力的重要部分。O′Brien和Yuhki等对非洲猎豹MHC的研究也得到了相似的结论。在饲养种群和野生种群中,非洲猎豹均有较高的幼体死亡率,精子畸形的比率比较高,由此增加了猎豹对外来病原微生物的易感性。采用多角体病毒同时感染不同的物种,对家猫的致病率很低(约为百分之一),却能使有繁殖力的健康的猎豹饲养种群大批死亡。MHC极端的遗传单态性(monomorphism),提示可能与猎豹对病原物的明显超敏感性有关。Paterson等也发现了在索伊羊(Ovisaries)的野生种群中,MHCDRB的变异性与幼体的生存能力及对寄生物(如肠道寄生线虫)的抵抗能力之间具有相关关系,一些特定的MHC等位基因与低成活率和高的线虫感染率相关。而Mikko等对欧洲与北美的驼鹿的研究表明,物种可以在MHC多样性较低的情况下生存很长的时间3.2海洋动植物mhc的物种生存性已有的研究显示,海洋哺乳动物与陆生的哺乳动物相比,MHC基因遗传变异水平普遍较低,但这并不表明海洋哺乳动物比陆生种类的生存能力要低。相反,这种较低的遗传变异体现了海洋哺乳动物所经历的自然选择的历史过程和结果。由于海洋环境中传染性疾病的流行程度与陆地环境相比较低,海洋哺乳动物的MHC面临较小的选择压力,从而呈现较低的分化。在这种条件下,MHC多态性降低不直接导致物种生存力的下降。VanDerWalt等在对非洲羚羊(Damaliscuspygargus)的研究也发现,blesbok亚种的多态性明显高于bontebok亚种。后者较低的遗传多样性被认为最可能是由于该亚种因捕猎压力以及寄生虫感染导致的两次严重的种群瓶颈事件引起的。3.3mhc基因对游种群的遗传多样性的影响Kim等以萨克拉门托河鲑鱼(Oncorhynchustshawytscha)的4个季节性洄游种群为对象作了MHCII类基因的种群结构研究,发现4个洄游种群内的等位基因频率有差异,冬季洄游种群的分化程度要明显高于秋季和春季种群,提示不同洄游种群表现出不同的种群结构。在对多毛棉鼠(Sigmodonhispidus)研究中,Pfau等通过DQA基因座的PCR-SSCP和测序分析,确定了其遗传多样性水平,而且根据SSCP分型确定的等位基因频率,应用AMOVA软件分析了遗传多样性在种群内和种群间的分布格局,并发现密西西比河似乎是妨碍不同种群间基因流的主要障碍。此外,MHC基因的研究还有助于确定物种的社会结构和繁殖交配行为等。Sommer和Tichy通过MHCII类基因的序列分析,发现非洲马达加斯加岛上濒危的啮齿动物Hypogeomysantimena比其他哺乳动物的遗传多样性水平低得多,而且通过未发现任何的配偶外亲子关系(extra-pairpaternity,EPP),证实了其交配制度为严格的一夫一妻制,证实了遗传交配系统与社会结构的一致性。3.4非随机动力自然配组mhcMHC在交配选择(matechoice)中的作用已越来越受到重视。对人和小鼠的研究表明了基于MHC基因型所进行的交配选择决定(matechoicedecision),而且提示其它哺乳动物及所有的脊椎动物中可能都有基于MHC的交配选择决定,虽然在索伊羊(Ovisaries)中并没有发现MHC依赖性的交配格局。换言之,不论在人工还是自然种群,都有与MHC型不同的个体进行交配的偏好。这种所谓的MHC异征交配(MHC-disassortativemating)(非随机交配non-randommating)比同征交配(assortativemating)更能保持种群的MHC及整个基因组的多态性。MHC在交配选择中的独特作用,提示在进行濒危脊椎动物饲养繁殖种群的管理时,建立基于MHC的、合理的交配和选育机制是十分重要和必要的。这样可避免近交衰退,并增加后代的繁殖力和生存力。Hedrick和Miller指出,在濒危物种的饲养繁殖中,需要对个体的遗传背景有详细的了解,以鉴定种群中稀有的等位基因(rareallele),特别是MHC上的稀有等位基因,在制定饲养繁殖方案时注意加以选择,并已通过对转铁蛋白基因的选育研究证明了这一点。Hedrick等从57头阿拉伯大羚羊(Oryxleucoryx)中仅发现有3种MHCII类基因的等位基因,但3种等位基因236bp的序列中却检测到24个核苷酸差异和15个氨基酸的变异。由于这3个等位基因序列歧异程度如此高,提示它们可能各自识别不同类型的病原体。因此,在阿拉伯大羚羊的饲养繁殖计划中,应该考虑保留这3种突变体。虽然迄今为止,除人和小鼠外,我们对大多数物种的MHC均缺乏深入的了解,在一定程度上妨碍了MHC在更多物种种群水