五種寄生蟲(chóng)基因組研究進(jìn)展

張 萍,劉光遠(yuǎn),田占成,羅 金,謝俊仁

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州獸醫(yī)研究所,家畜疫病病原生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅蘭州 730046)

五種寄生蟲(chóng)基因組研究進(jìn)展

張 萍,劉光遠(yuǎn)*,田占成,羅 金,謝俊仁

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州獸醫(yī)研究所,家畜疫病病原生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅蘭州 730046)

對(duì)近年來(lái)瘧原蟲(chóng)、血吸蟲(chóng)、錐蟲(chóng)、環(huán)形泰勒蟲(chóng)和小泰勒蟲(chóng)等幾種寄生蟲(chóng)基因組研究進(jìn)展進(jìn)行了簡(jiǎn)單概述,包括基因組測(cè)序、遺傳圖譜和物理圖譜的構(gòu)建、測(cè)序后結(jié)果的分析及篩選的功能基因與蟲(chóng)體致病的關(guān)系,并對(duì)基因組測(cè)序結(jié)果的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。以期從基因組水平上了解這幾種寄生蟲(chóng)的生物學(xué)特性,從而為發(fā)現(xiàn)一些與致病性相關(guān)的基因及研制相應(yīng)的抗蟲(chóng)藥物奠定理論基礎(chǔ),此外分析克氏錐蟲(chóng)及寄生蟲(chóng)端粒酶測(cè)序結(jié)果有助于探究癌癥的作用機(jī)制,從而為抗癌研究提供展新的思路。

寄生蟲(chóng)基因組;瘧原蟲(chóng);血吸蟲(chóng);錐蟲(chóng);環(huán)形泰勒蟲(chóng);小泰勒蟲(chóng)

寄生蟲(chóng)是一種嚴(yán)重威脅家畜健康及制約世界畜牧業(yè)發(fā)展的病原體,其中多數(shù)能引起人畜共患病,威脅著人和家畜的生命,制約著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。從1994年寄生蟲(chóng)基因組計(jì)劃啟動(dòng)至今,包括惡性瘧原蟲(chóng)、曼氏血吸蟲(chóng)、克氏錐蟲(chóng)、布氏錐蟲(chóng)、利什曼原蟲(chóng)、環(huán)形泰勒蟲(chóng)和小泰勒蟲(chóng)等[1-2]在內(nèi)的幾種寄生蟲(chóng)基因組測(cè)序工作已經(jīng)接近尾聲。高通量測(cè)序技術(shù)的出現(xiàn)使得寄生蟲(chóng)基因組測(cè)序的更加成熟可靠[3]。近期由我國(guó)獨(dú)立承擔(dān)的日本血吸蟲(chóng)基因組測(cè)序計(jì)劃的完成為寄生蟲(chóng)基因組計(jì)劃的進(jìn)一步開(kāi)展奠定了基礎(chǔ)?；蚪M計(jì)劃的實(shí)施將從本質(zhì)上揭示寄生蟲(chóng)的全部核苷酸信息,通過(guò)結(jié)構(gòu)基因組學(xué)和功能基因組學(xué)的研究探討寄生蟲(chóng)與宿主之間的相互關(guān)系,了解基因間的相互作用和功能,從而促進(jìn)寄生蟲(chóng)病診斷試劑(方法)、疫苗和抗寄生蟲(chóng)藥物的研制。

1 測(cè)序數(shù)據(jù)現(xiàn)狀

1998年秀麗新桿線(Caenorhabditis elegans)全基因組測(cè)序完成,這使得獸醫(yī)寄生蟲(chóng)學(xué)進(jìn)入了后基因組時(shí)代,為寄生蟲(chóng)功能基因、致病基因、抗藥基因以及其他特殊基因的篩選和研究奠定了基礎(chǔ)。

近年來(lái)隨著基因組測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展,各國(guó)政府相繼建立了一些專門(mén)搜集和管理這些數(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu),比較權(quán)威和常用的三大數(shù)據(jù)庫(kù)為EMBL、DDBJ和GenBank,這些數(shù)據(jù)庫(kù)涵蓋了從單個(gè)基因到完整基因組的數(shù)據(jù)。目前測(cè)序得到的數(shù)據(jù)大致可以分為3種類型:①序列標(biāo)簽位點(diǎn)(STS),是基因組序列標(biāo)記位點(diǎn),其主要來(lái)源有隨機(jī)位點(diǎn)序列、表達(dá)基因序列、遺傳標(biāo)記序列等,能夠提供染色體定位信息,對(duì)基因作圖、基因定位具有重要意義;②基因組掃描序列標(biāo)簽(GSS),是基因組DNA克隆的一次性部分測(cè)序得到的序列,包括隨機(jī)的基因組勘測(cè)序列、cosmid/BAC/YAC末端序列以及轉(zhuǎn)座子標(biāo)記(transposon-tagged)序列等;③表達(dá)序列標(biāo)簽(EST),由來(lái)自寄生蟲(chóng)生活史的一個(gè)或多個(gè)階段的mRNA產(chǎn)生,統(tǒng)計(jì)表明EST序列條目占整個(gè)核酸數(shù)據(jù)庫(kù)一半以上。這些信息的獲得將有助于我們分析和了解與寄生蟲(chóng)致病、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和免疫逃逸相關(guān)的機(jī)制。

2 幾種寄生蟲(chóng)基因組

2.1 惡性瘧原蟲(chóng)

惡性瘧原蟲(chóng)基因組計(jì)劃始于1996年,2002年測(cè)序完成,是眾多寄生蟲(chóng)基因組計(jì)劃中開(kāi)展的比較早也比較快的一個(gè)。截止2008年,已有3種瘧原蟲(chóng)測(cè)序完成,相關(guān)的論文發(fā)表在《Nature》[4]。瘧原蟲(chóng)核酸、蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)(網(wǎng)址:http://www.wehi.edu.au/MalDB-www/who.html)是由 Malaria Database UNDP/世界銀行/WHO熱帶病專項(xiàng)計(jì)劃資助,澳大利亞 Monash大學(xué)和 Walter&Eliga Hall醫(yī)學(xué)研究院維護(hù)的,這將有助于查找惡性瘧原蟲(chóng)相關(guān)基因信息。

基因組測(cè)序結(jié)果表明,惡性瘧原蟲(chóng)共有14條染色體,基因組大小約30 mb,含有15 000～17 000個(gè)基因。惡性瘧原蟲(chóng)物理圖譜的構(gòu)建始于1992年,其染色體末端由串聯(lián)排列的G富集區(qū)七聚物組成,主要是GGGT T(T/C)A[4]。其端粒平均長(zhǎng)度約1.2 kb,且在血液增值階段其大小是持續(xù)不變的[5]。研究人員利用900多個(gè)不同的遺傳標(biāo)記構(gòu)造出了惡性瘧原蟲(chóng)的遺傳藍(lán)圖,并發(fā)現(xiàn)了與寄生蟲(chóng)基因組中14個(gè)染色體對(duì)應(yīng)的14個(gè)基因連鎖群,對(duì)遺傳圖的分析也揭示在該物種的整個(gè)基因組中存在高頻率的基因交換現(xiàn)象,核結(jié)構(gòu)的分析表明位于核周圍的4～7個(gè)端粒在染色體末端聚集成簇。這樣的排列更利于不同染色體亞端粒區(qū)發(fā)生基因轉(zhuǎn)換,結(jié)果使編碼表面抗原基因家族之間產(chǎn)生一個(gè)多樣化的連續(xù)序列,從而促進(jìn)新抗原和相應(yīng)表型的產(chǎn)生[6]?？梢?jiàn)基因組計(jì)劃的實(shí)施,為研究相應(yīng)的功能基因起了重要的作用。

2.2 血吸蟲(chóng)

血吸蟲(chóng)病在76個(gè)國(guó)家中廣泛流行,嚴(yán)重威脅著人類的健康和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,引起國(guó)內(nèi)外高度重視。曼氏血吸蟲(chóng)YAC文庫(kù)構(gòu)建于1994年,由于其基因組較大,加之受技術(shù)限制,早期研究工作主要是用EST尋找新基因和繪制低分辨率的物理圖譜;2006年上海市研發(fā)公共服務(wù)平臺(tái)——生命科學(xué)與生物技術(shù)數(shù)據(jù)中心公布了約300多萬(wàn)條日本血吸蟲(chóng)DNA原始測(cè)序數(shù)據(jù)及拼接工作框架圖;2009年日本血吸蟲(chóng)和曼氏血吸蟲(chóng)基因組測(cè)序及基因功能分析全部完成,相關(guān)論文發(fā)表在《Nature》[7],這是國(guó)際生物醫(yī)學(xué)界首次對(duì)一個(gè)多細(xì)胞人體寄生蟲(chóng)進(jìn)行全基因組測(cè)序和功能解析。

血吸蟲(chóng)全基因組鳥(niǎo)槍法(WGS)測(cè)序發(fā)現(xiàn)日本血吸蟲(chóng)基因組由7對(duì)常染色體和一對(duì)性染色體組成(雄性為ZZ,雌性為ZW),大小約397 mb,含13 469個(gè)編碼基因,其中52%已經(jīng)歸類完畢。GC含量占34.1%,含 184個(gè)核糖體 RNA(rRNA),平均 CDS大小約1.18Kb。與其他無(wú)脊椎動(dòng)物相比,日本血吸蟲(chóng)基因組相對(duì)較大,基因密集度較低。重復(fù)序列大小約159 mb(占40.1%),其中發(fā)現(xiàn)29種反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子,包括已知的 Gulliver、SjR1、SjR2和 Sj-pido。基因組比較分析發(fā)現(xiàn),與其他物種相比,結(jié)構(gòu)域缺失現(xiàn)象在日本吸血蟲(chóng)更為常見(jiàn)[8]。曼氏血吸蟲(chóng)基因組測(cè)序發(fā)現(xiàn)該基因組大小約363 mb,含40%的重復(fù)序列和11 809個(gè)編碼基因,這些基因平均大小約4.7 kb,具有較大的內(nèi)含子(平均長(zhǎng)度為1 692 bp)和較小的外顯子(平均長(zhǎng)217 kb),同時(shí)鑒定出72個(gè)長(zhǎng)末端重復(fù)序列(LT R)和短末端重復(fù)序列家族與其他一些物種基因組結(jié)構(gòu)相似,在曼氏血吸蟲(chóng)中還發(fā)現(xiàn)至少45個(gè)這種異常的微小外顯子結(jié)構(gòu)基因(MEGs)。曼氏血吸蟲(chóng)內(nèi)含子顯示出明顯的不均衡性的大小分布,這在其他真核生物中還沒(méi)有報(bào)道[7]。Criscione C D等[9]構(gòu)建了曼氏血吸蟲(chóng)基因鏈鎖圖譜,揭示了曼氏血吸蟲(chóng)中存在較高的雌性重組即ZW模式,鑒定出了分離變異區(qū),為研究該蟲(chóng)體的病原基因奠定了基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)的從動(dòng)物模型中體外篩選抗血吸蟲(chóng)抗原相比,曼氏血吸蟲(chóng)基因組計(jì)劃的完成給搜尋新的靶藥物位點(diǎn)提供了更可靠的方法,通過(guò)生物信息學(xué)分析所得的基因組數(shù)據(jù),已經(jīng)鑒定出了一些適合的藥物靶位點(diǎn),包括核受體家族、氧化還原酶和谷胱甘肽還原酶等[10]。此外,利用現(xiàn)有的基因組信息,用比較基因組學(xué)的方法來(lái)分析親緣關(guān)系較近的曼氏血吸蟲(chóng)和日本血吸蟲(chóng)基因組,或許可以為研究它們的一些重要通路,如代謝通路、信號(hào)通路等提供一些線索。血吸蟲(chóng)基因組學(xué)研究,將有力促進(jìn)與這一重要寄生蟲(chóng)病相關(guān)的診斷、治療和預(yù)防的研究,為實(shí)現(xiàn)我國(guó)乃至世界范圍控制和消除血吸蟲(chóng)病的戰(zhàn)略目標(biāo)提供前所未有的生物信息資源和平臺(tái),這一成果也將進(jìn)一步提高我國(guó)寄生蟲(chóng)學(xué)研究在世界的地位。

2.3 錐蟲(chóng)

2006年,錐蟲(chóng)基因組測(cè)序完成。錐蟲(chóng)是一種血鞭毛原蟲(chóng),目前研究比較多的是引起非洲昏睡病的布氏錐蟲(chóng)和引起恰加斯病的克氏錐蟲(chóng)。根據(jù)WHO公布的數(shù)據(jù)顯示,這兩種疾病給人類健康帶來(lái)了極大的影響,其中恰加斯病使全球180萬(wàn)人飽受疾病折磨,威脅著約1億人,生命安全,而目前約有 50萬(wàn)人患有非洲昏睡癥,且每年新增感染約 1.7萬(wàn)人(WHO Factsheet,2006)。美國(guó)國(guó)家基因組研究院(TIGR)、英國(guó)劍橋大學(xué)韋爾科姆基金會(huì)桑格學(xué)院、西雅圖生物醫(yī)學(xué)研究所和卡羅琳斯卡醫(yī)學(xué)院共同承擔(dān)了這兩種寄生蟲(chóng)基因組測(cè)序工作,相關(guān)成果已經(jīng)公布(http://www.sanger.ac.uk/Projects/T-brucei/)。

目前NCBI上已經(jīng)公布了布氏錐蟲(chóng)的5 572條EST序列,11 607條核苷酸序列,35 178條蛋白序列?；蚪M測(cè)序發(fā)現(xiàn)布氏錐蟲(chóng)基因組大小約 26 Mb,G+C含量為 46.4%,含有 65個(gè) tRNA,56個(gè)rRNA和358個(gè)核RNA,預(yù)測(cè)到9 068個(gè)基因,包括900個(gè)假定基因和1 700個(gè)錐蟲(chóng)特定基因,基因間的平均距離約1 279 bp[11]。布氏錐蟲(chóng)基因組中超過(guò)20%的基因編碼亞端?；?其中大部分是布氏錐蟲(chóng)特有的基因,這些基因與寄生蟲(chóng)在宿主體內(nèi)產(chǎn)生的抗原突變有關(guān)。通過(guò)串聯(lián)重復(fù)產(chǎn)生出較多的基因家族,這是該蟲(chóng)種為了彌補(bǔ)轉(zhuǎn)錄水平不足而形成的機(jī)制[12]。布氏錐蟲(chóng)核基因組編碼6個(gè)DNA聚合酶,定位在線粒體上,而酵母和哺乳動(dòng)物中只有1個(gè)DNA聚合酶γ[13]。布氏錐蟲(chóng)含有100個(gè)小染色體和20個(gè)較大染色體,編碼不同表面糖蛋白的基因(VSG)存在于所有染色體上,但只能在端粒的表達(dá)位點(diǎn)(ES)進(jìn)行表達(dá)。N-端高變區(qū)使VSGs基因顯示出不同的差異,而該區(qū)是與免疫系統(tǒng)接觸的區(qū)域,它的存在可以使寄生蟲(chóng)逃避哺乳動(dòng)物的免疫應(yīng)答,因此給免疫預(yù)防帶來(lái)很大困難[11]。

克氏錐蟲(chóng)基因組大小約60 Mb,GC含量約51%,含有50%以上的重復(fù)序列如唾液酸酶、gp63s和MASP基因(拷貝數(shù)＞1 300)等,預(yù)測(cè)了22 570條基因編碼的蛋白序列,12 570對(duì)等位基因[12]。目前NCBI上已公布了14 256條EST序列,88 609條核苷酸序列?；蚪M數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),克氏錐蟲(chóng)還含有一個(gè)大的β-半乳糖基轉(zhuǎn)移酶,廣泛應(yīng)用在寄生蟲(chóng)細(xì)胞表面,這與利氏曼原蟲(chóng)相似,與布氏錐蟲(chóng)相比,含有較少的糖基化通路中編碼酶的基因[13]。此外還發(fā)現(xiàn)與克氏錐蟲(chóng)DNA復(fù)制和修復(fù)相關(guān)的酶,它們可以催化DNA修復(fù)通路,不含布氏錐蟲(chóng)和碩大利什曼原蟲(chóng)所擁有的光裂合酶。基因組測(cè)序結(jié)果發(fā)現(xiàn)錐蟲(chóng)類和其他真核生物的區(qū)別很大,因?yàn)樗鼈兊幕蚪M不包含牽涉到應(yīng)對(duì)氧脅迫(oxidative stress)的基因[14]。

2.4 環(huán)形泰勒蟲(chóng)

環(huán)形泰勒蟲(chóng)(TA)是靠蜱傳播的一種血液寄生蟲(chóng),它和小泰勒蟲(chóng)(TP)都能引起牛的淋巴細(xì)胞增生性疾病[15]。熱帶泰勒蟲(chóng)病是由該蟲(chóng)種引起的一種血液原蟲(chóng)病,該病流行性強(qiáng),發(fā)病率和病死率較高,并伴隨有嚴(yán)重貧血,據(jù)估計(jì)全世界每年約有2.5億頭牛受到環(huán)形泰勒蟲(chóng)病的威脅[16]。這種寄生蟲(chóng)基因組分析的完成為研發(fā)出一種以基因組學(xué)為基礎(chǔ),控制這種病原物的亞單元疫苗奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

目前環(huán)形泰勒蟲(chóng)基因組大部分測(cè)序工作已經(jīng)完成,其核基因組大小約8.35 mb,G+C含量32.54%,含有3 265個(gè)同源性基因,34個(gè)特定基因和3 792個(gè)蛋白編碼基因,共找到49個(gè)tRNA和5個(gè)核糖體RNA(rRNA),揭示了物種間核糖體亞基的共同特性[17]。測(cè)序圖譜分析發(fā)現(xiàn)環(huán)形泰勒蟲(chóng)四條染色體大小從1.9 mb到2.0 mb,此外所有染色體末端有一連續(xù)的成對(duì)GC富集區(qū)(TaSrpt1 and TaSrpt2),隨后是一單考貝序列(TaSR3),與許多寄生原蟲(chóng)一樣,這些基因和一些高變異基因家族串聯(lián)排列在端粒上,是泰勒蟲(chóng)特有的屬特異性基因[18]。泰勒蟲(chóng)基因數(shù)目比瘧原蟲(chóng)少20%,相對(duì)與高等真核生物,它們的細(xì)胞周期調(diào)節(jié)機(jī)制更類似與酵母[1]。環(huán)形泰勒蟲(chóng)線粒體基因組大小約為6.6kb,與瘧原蟲(chóng)不同,它是單體線性排列的,兩端含有末端反向重復(fù)序列(TIRs),包括3個(gè)蛋白編碼基因(cox1,cox3和cob)和6個(gè)大亞基(LSU rRNA),這部分序列相對(duì)比較保守[19]。該蟲(chóng)體基因組研究發(fā)現(xiàn),先前描述的與限制性酶SfiI相關(guān)的基因位于端粒附近,隨后是一個(gè)脯氨酸谷氨酰胺富集區(qū),某一特定時(shí)期的表達(dá)序列標(biāo)簽(EST)表明,宿主哺乳動(dòng)物中裂殖體、裂殖子和梨漿蟲(chóng)階段至少有3個(gè)亞端粒ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體參與轉(zhuǎn)錄[17]。

2.5 小泰勒蟲(chóng)

小泰勒蟲(chóng)是一種寄生于血液的寄生蟲(chóng),可以引起眾所周知的牛海岸熱(ECF),嚴(yán)重者可造成動(dòng)物死亡,給養(yǎng)殖業(yè)造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失[20]。

目前國(guó)際上泰勒蟲(chóng)基因組中研究最多的是環(huán)形泰勒蟲(chóng)和小泰勒蟲(chóng),它們能將牛的白細(xì)胞可逆性的轉(zhuǎn)變類為癌細(xì)胞,這主要是通過(guò)干擾細(xì)胞信號(hào)通路來(lái)實(shí)現(xiàn)[15],這為人們研究癌癥機(jī)制提供了一定的幫助。對(duì)引起海岸熱(ECF)的小泰勒蟲(chóng)基因組的測(cè)序發(fā)現(xiàn),其核基因組單倍體大小約8.3 mb,含四個(gè)同源染色體,G+C含量與環(huán)形泰勒蟲(chóng)相似為34.1%,含60個(gè)特定基因,這兩個(gè)泰勒蟲(chóng)的端粒、著絲粒在堿基組成、大小和排列上也比較相似[21]。除了4號(hào)染色體和3號(hào)染色體(Trp基因座)上構(gòu)成了41 kb和13 kb的重復(fù)序列(重疊群)外,其他的序列均已測(cè)定,也對(duì)其葉綠體殘?bào)w和線粒體基因組進(jìn)行了測(cè)序[22]。和惡性瘧原蟲(chóng)一樣,小泰勒蟲(chóng)染色體含A+C富集區(qū)(＞97%),長(zhǎng)約3 kb,這個(gè)區(qū)域位于著絲粒末端重復(fù)區(qū)CCCTA3-4和第一個(gè)平均大小約2.9 kb的編碼蛋白基因之間,不包含其他重復(fù)片段[21]。小泰勒蟲(chóng)核基因組含有約4035個(gè)蛋白編碼基因,比惡性瘧原蟲(chóng)少20%,但是它含有一個(gè)高比例的內(nèi)含子和短的基因間區(qū)域的基因密集區(qū),5.8s-18s-28s亞基之間相互脫離表明小泰勒蟲(chóng)不同于惡性瘧原蟲(chóng),它沒(méi)有經(jīng)歷核糖體功能亞基的分離[23]。小泰勒蟲(chóng)基因組計(jì)劃的完成,將有助于開(kāi)發(fā)控制海岸熱的疫苗,對(duì)一些發(fā)展中國(guó)家來(lái)說(shuō)這種疫苗的經(jīng)濟(jì)價(jià)值尤為重要。

3 展望

3.1有助于鑒定新基因和構(gòu)建物理圖譜

EST序列是基因組計(jì)劃測(cè)到的主要數(shù)據(jù)類型之一,隨著基因組計(jì)劃的啟動(dòng),生物信息學(xué)也隨之迅猛發(fā)展起來(lái),近年出現(xiàn)了利用已有基因組測(cè)序成果及生物信息學(xué)技術(shù)相結(jié)合挖掘新基因的熱潮。電子克隆法是近年來(lái)基于表達(dá)序列標(biāo)簽(EST)和基因組數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展起來(lái)的基因克隆新型技術(shù),主要利用生物信息學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)EST或基因組數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行同源性比對(duì),分析整理拼接出新基因的編碼序列,確認(rèn)完整后根據(jù)序列設(shè)計(jì)引物進(jìn)行RT-PCR擴(kuò)增,從而獲得基因的全長(zhǎng)基因。該方法具有效率高、成本低、對(duì)試驗(yàn)條件要求低等特點(diǎn)。Adams M D等[24]最早提出用EST技術(shù)需找新基因,曾經(jīng)利用EST技術(shù)從人腦組織中獲得了337個(gè)未知基因。Zhao J等[25]通過(guò)EST和RACE鑒定出了一種新的防御素VpBD,結(jié)果證實(shí)了該基因在蛤仔的免疫應(yīng)答中發(fā)揮著重要作用。

EST序列還可以用來(lái)構(gòu)建物理圖譜,EST本身來(lái)源于cDNA的表達(dá)序列,利用其作為遺傳標(biāo)記可以真實(shí)直接地反映基因在染色體上的位置,與來(lái)自非表達(dá)序列的標(biāo)記如擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性(amplified restriction fragment polymorphism,AFLP)、隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA(random amplified polymorphic DNA,RAPD)以及微衛(wèi)星標(biāo)記(simple sequence repeats,SSR)等相比,更可能突破家系與物種的限制,因此EST標(biāo)記在親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的物種間比較基因組連鎖圖和比較質(zhì)量性狀信息方面具有優(yōu)勢(shì)。Shao X等[26]曾應(yīng)用EST及電子克隆策略研究了血吸蟲(chóng)的表達(dá)基因譜。

3.2 預(yù)測(cè)基因功能

基因組數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建及后續(xù)的基因功能注釋,使得我們可以通過(guò)將未知基因在NCBI上進(jìn)行blast比對(duì),從而根據(jù)與該物種親緣關(guān)系相近物種的基因功能來(lái)預(yù)測(cè)新基因在所研究物種中的功能。Xue D等[27]發(fā)現(xiàn)Ced-3基因與線蟲(chóng)細(xì)胞凋亡有關(guān),被稱為線蟲(chóng)細(xì)胞的自殺基因,Blast比對(duì)發(fā)現(xiàn)Ced-3蛋白與哺乳動(dòng)物白介素-1 b轉(zhuǎn)換酶(ICE)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)序列一致性達(dá)26%,因此初步認(rèn)為哺乳動(dòng)物中ICE基因是細(xì)胞促凋亡基因,通過(guò)對(duì)人ICE基因在細(xì)胞凋亡的研究,發(fā)現(xiàn)ICE的確可以促進(jìn)細(xì)胞凋亡,從而直接導(dǎo)致了人類第一個(gè)自殺基因的發(fā)現(xiàn)與鑒定?？梢?jiàn)生物信息學(xué)與基因組數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合,應(yīng)用同源性比對(duì)等生物信息學(xué)技術(shù)是新基因發(fā)現(xiàn)或探究新基因功能的重要方法之一。

3.3 有助于癌癥機(jī)制的研究

癌癥是目前仍然有待于攻克的一種疾病,每年導(dǎo)致許多人死亡。俄羅斯科學(xué)家是最早提出克氏錐蟲(chóng)具有抗癌作用的理論,Sheklakova L A等發(fā)現(xiàn)[28]如果動(dòng)物體內(nèi)有癌細(xì)胞,克氏錐蟲(chóng)會(huì)首先攻擊癌細(xì)胞,而不作用于正常細(xì)胞,在枯氏錐蟲(chóng)的作用下,癌瘤的生長(zhǎng)速度會(huì)降低、縮小甚至消失。Escalante R D等[29]將枯氏錐蟲(chóng)引入移植了癌細(xì)胞的老鼠體內(nèi),結(jié)果發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞遭到了大量枯氏錐蟲(chóng)的攻擊,在這些癌瘤的各個(gè)生長(zhǎng)階段,其體積約為正常腫瘤體積的2/3至1/22,證明克氏錐蟲(chóng)具有抗癌效果。研究還發(fā)現(xiàn)環(huán)形泰勒蟲(chóng)和小泰勒蟲(chóng)能將牛白細(xì)胞可逆性的轉(zhuǎn)變?yōu)榘┘?xì)胞,這主要通過(guò)干擾信號(hào)通路來(lái)實(shí)現(xiàn)[18]。端粒酶是一種不依賴 DNA的 RNA聚合酶,它以自身 RNA為模板合成染色體末端端粒DNA,從而延長(zhǎng)端粒的長(zhǎng)度,進(jìn)而延長(zhǎng)細(xì)胞壽命。其中TERT是端粒酶的催化亞基,也是目前研究最多的組分。目前已經(jīng)測(cè)得了17種寄生蟲(chóng)的T ERT序列,對(duì)T ERT研究將有助于從染色體水平上了解蟲(chóng)體相關(guān)的信息,進(jìn)而設(shè)計(jì)相應(yīng)的抑制劑,從而從根本上殺死蟲(chóng)體。可見(jiàn)這幾種內(nèi)寄生蟲(chóng)基因組計(jì)劃的實(shí)施,將有助于人們?cè)诂F(xiàn)有研究基礎(chǔ)上,通過(guò)生物信息學(xué)等手段篩選出與癌癥相關(guān)的寄生蟲(chóng)基因,分析可能的致癌、抑癌功能區(qū)域,從而為研究相應(yīng)的癌癥機(jī)制及為人類抗癌提供嶄新的思路。

3.4 有助于研制抑蟲(chóng)重組疫苗

隨著基因組計(jì)劃的實(shí)施,逐漸進(jìn)入了后續(xù)功能基因組分析階段。而功能基因組計(jì)劃主要是在寄生蟲(chóng)基因組序列測(cè)定的基礎(chǔ)上,充分利用現(xiàn)有技術(shù)和已有的序列數(shù)據(jù),進(jìn)行基因結(jié)構(gòu)與功能分析,預(yù)測(cè)基因編碼蛋白的作用,鑒定可能用于用于疫苗、診斷或藥物開(kāi)發(fā)的靶基因。疫苗免疫是目前比較有前景的疾病防控途徑,與單個(gè)功能分子相比,多個(gè)功能分子形成的重組疫苗顯示出很好的免疫保護(hù)性。Harrington D等[30]將subolesin和Bm86基因重組蛋白作用于感染雞皮刺螨家禽,發(fā)現(xiàn)與單個(gè)免疫保護(hù)性相比,重組蛋白能明顯的降低雞皮刺螨的感染率,產(chǎn)生很好的免疫保護(hù)性。基因組后續(xù)功能注釋有助于我們發(fā)現(xiàn)更多的功能性抗原,從而為研制出實(shí)用型的抗蟲(chóng)疫苗奠定基礎(chǔ)。

多種寄生蟲(chóng)基因組測(cè)序的完成,標(biāo)志著結(jié)構(gòu)基因組學(xué)的研究已經(jīng)取得了很大成就。近年來(lái)生命科學(xué)進(jìn)入了后基因組時(shí)代,寄生蟲(chóng)的轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組功能的后續(xù)研究使得我們能更好的去揭示基因組的功能、表達(dá)以及研究物種的調(diào)控機(jī)制,從而利用基因組測(cè)序所得到的信息來(lái)為我們服務(wù)。因此,寄生蟲(chóng)基因組計(jì)劃的實(shí)施只是基因組學(xué)研究的開(kāi)端,后續(xù)功能基因組學(xué)還亟待研究。

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Progress on the Genomes of Several Parasites

ZHANG Ping,LIU Guang-yuan*,TIAN Zhan-cheng,LUO Jin,XIE Jun-ren

(State Key Laboratory of Veterinary Etiological Biology,Lanzhou Veterinary Research Institute,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Lanzhou,GanSu,730046,China)

The genome research ofseveral parasites have been summarized includingPlasmodium,Schistosoma,Trypanosoma,Theileria.annulataandT.parva.Here several aspects are discussed about the advances in sequencing,construction of genetic and physical map,analysis of sequencing results,and relationship between screed gene and pathopoiesia.Additionally,the application prospects were also analyzed in this review.We hope that it can help us to well understand the biological characteristics of these several entozoan,find some genes associated with pathogenicity and finally develop the anti-parasite drugs.Furthermore,the analysis ofTrypanoma cruziand telomerase will be useful for exploring the mechanism of cancer,and provie a new idea to control cancer.

Parasite genome;Plasmodium;Schistosoma;Trypanosome;Theileria annulata;T.parva

S852.7

A

1007-5038(2011)08-0074-06

2011-01-05

甘肅省自然科學(xué)基金(096RJZA128);新 863(2009AA10Z402)

張 萍(1985-),女,陜西渭南人,碩士,主要從事寄生蟲(chóng)分子生物學(xué)與免疫學(xué)研究。