主要組織相容性復(fù)合體的遺傳育種與抗病作用

主要組織相容性復(fù)合體的遺傳育種與抗病作用

目前，國內(nèi)外研究對人類、動物、動物、牙齒、魚類和魚類的組織-接受能力配合（mh）基因進(jìn)行了大量研究。結(jié)果表明，mh基因不同物種具有豐富的多態(tài)性，相關(guān)報道表明mh基因與某些動物疾病有一定的相關(guān)性。作者將結(jié)合國內(nèi)外研究,系統(tǒng)地闡述MHC基因在不同物種中的多態(tài)性表現(xiàn)、基因與疾病的關(guān)系及MHC基因研究的意義。1mhc基因的分類及生物學(xué)特性對MHC基因的研究可以追溯到1936年,國外學(xué)者在研究小鼠腫瘤細(xì)胞排斥反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)了MHC基因。1951年,研究者認(rèn)識了小鼠的MHC-H2系統(tǒng);1958年,Dausset首次發(fā)現(xiàn)了人類的白細(xì)胞抗原;1961年,Schierman等確定家禽中的MHC為一種紅細(xì)胞抗原,并命名為B。隨后人們不斷地展開對MHC基因的研究,發(fā)現(xiàn)在遺傳上與H2同源的系統(tǒng)同樣存在于其他動物中。近年來已確定幾乎所有的脊椎動物都存在MHC基因,且各國學(xué)者對不同種屬的動物都進(jìn)行了研究。MHC目前分為MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱ和MHC-Ⅲ3類基因。MHC-Ⅰ類基因區(qū)包括經(jīng)典的A、B、C基因和非經(jīng)典的E、F、G基因;MHC-Ⅱ類基因被命名為MHC-D,并劃分為MHC-DR、MHC-DQ、MHC-DP等亞區(qū),此外還有DMA、DMB、LMP2、LMP7、TAP1及TAP2等基因位點(diǎn);MHC-Ⅲ類基因位于MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ類基因之間,主要有補(bǔ)體C2、C4A、C4B基因及Bf、CYP21B、CYP21A、HSP70、TNF-α、LTA基因(邱林等,1998)。MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ類基因編碼產(chǎn)物是抗原分子,MHC-Ⅲ類基因主要編碼包括某些補(bǔ)體成分在內(nèi)的一些可溶性蛋白。MHC-Ⅰ類抗原由2條多肽鏈組成:重鏈(α鏈)和輕鏈(β鏈),2條鏈以非共價鍵聯(lián)接成異二聚體。MHC-Ⅰ類抗原廣泛分布于全身有核細(xì)胞表面,主要參與呈遞外來抗原給CD8+T細(xì)胞,約束特異性細(xì)胞毒T淋巴細(xì)胞的效應(yīng)功能。MHC-Ⅱ類抗原由α多肽鏈和β多肽鏈以非共價鍵組成,主要分布在B細(xì)胞、抗原呈遞細(xì)胞和激活的T細(xì)胞表面,參與呈遞外來抗原給CD4+T細(xì)胞,約束輔助性T細(xì)胞的識別功能(劉越等,2007)。1.3mdhc基因多態(tài)性MHC是一組緊密連鎖的基因群,在一條染色體上的等位基因很少發(fā)生同源染色體間的交換,構(gòu)成了一個單體型,因此在遺傳過程中MHC單體型以一個完整的遺傳單位由親代傳給子代。MHC是一個多態(tài)基因家族,許多不同種類的MHC基因都具有同源性,它們來自于同一個原始基因區(qū),在進(jìn)化過程中,隨著環(huán)境和條件的變化,基因具有不同的分化方式,這樣同一MHC基因區(qū)可形成不同的基因產(chǎn)物,從而使MHC有許多種不同的等位基因,體現(xiàn)了基因的多態(tài)性。Edwards等(1995)利用1對簡并引物擴(kuò)增出5種鳥和1種密西西比鱷的MHCⅡ類基因β鏈的1個多態(tài)區(qū)域。結(jié)果表明,不同種類和不同個體的MHC基因的多態(tài)性非常明顯,此外還顯示出鳥類和鱷受到的選擇作用與哺乳動物是相似的。2hla-drb基因多態(tài)性研究人類的MHC又稱為HLA(人類白細(xì)胞抗原),位于人類第6號染色體短臂6p21.31區(qū),長約3600kb。HLA復(fù)合體被分為HLA-Ⅰ、HLA-Ⅱ和HLA-Ⅲ3類基因。HLA-Ⅰ區(qū)內(nèi)有A、B、C、E、F、G等基因;HLA-Ⅱ區(qū)內(nèi)又劃分為HLA-DR、HLA-DQ、HLA-DP等亞區(qū),另外還有DM、LM、TA等基因位點(diǎn);HLA-Ⅲ類基因位于HLA-Ⅰ類和HLA-Ⅱ類基因區(qū)之間,主要包括補(bǔ)體蛋白C2、因子B、C4A和C4B等基因(Bodmer等,1995)。HLA基因具有高度的遺傳多態(tài)性。賴淑蘋等(1999)采用PCR-SSCP方法對中國西北地區(qū)漢族、回族、維吾爾族、藏族人HLA-DRB基因多態(tài)性進(jìn)行研究,在西安漢族人HLA-DRB基因中DRB1檢出29種、DRB3檢出3種、DRB4檢出1種、DRB5檢出3種;在寧夏回族人HLA-DRB基因多態(tài)性研究中DRB1檢出32種、DRB3檢出3種、DRB4檢出1種、DRB5檢出3種;在維吾爾族人基因多態(tài)性研究中DRB1檢出27種、DRB3可區(qū)分為3種等位基因、DRB4區(qū)分為1種、DRB5區(qū)分為3種等位基因;在藏族人中檢出31種DRB1基因、3種DRB3基因全部檢出、DRB4檢出1種等位基因、DRB5檢出3種等位基因。HLA基因不僅具有高度遺傳多態(tài)性,而且有相關(guān)報道它與人體的一些疾病相關(guān)。陳詩書等(1989)用HLA-Ⅱ類基因DQB的cDNA作為探針對中國27例胰島素依賴型糖尿病患者的HLA-Ⅱ類基因進(jìn)行RFLP分析,結(jié)果表明,DR2的正常人中有80%出現(xiàn)2.2kbEcoRⅠ片段,而在DR2的IDDM病人中缺少此條帶,暗示2.2kbEcoRⅠ片段可能含IDDM抗性基因,或者與IDDM抗性基因呈連鎖不平衡。恒河猴的MHC基因命名為MacacaMulatta,習(xí)慣上直接使用為Mamu。Huber等(2003)利用熒光原位雜交技術(shù),通過定位7個位于MHC上等位基因判斷恒河猴Mamu基因在染色體上的位置,試驗(yàn)推定恒河猴MHC基因定位于6號染色體長臂6q24上,為3~4Mb。恒河猴MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ類基因同樣具有多態(tài)性。Knapp等(1997)通過DGGE和測序的方法對DRB第2外顯子進(jìn)行分型分析,發(fā)現(xiàn)HLA-DRB有9個位點(diǎn),其中DRB1、DRB3、DRB4和DRB5是有功能位點(diǎn);DRB2、DRB6、DRB7、DRB8和DRB9為無功能位點(diǎn)。在恒河猴中也發(fā)現(xiàn)了與人HLA-DRB功能位點(diǎn)相同的同源基因。張瑋(2009)采用PCR擴(kuò)增、DGGE分離基因和基因克隆等方法對四川5個獼猴群體DRB基因第2外顯子多樣性進(jìn)行分析,得到69個DRB等位基因,其中57個為新等位基因;5個群體共檢測出DRB1、DRB3、DRB4、DRB5和W座位基因和21個亞座位,DRB1座位檢測出8個亞座位,DRB4和DRB5座位都只檢測出1個亞座位。關(guān)于靈長類動物疾病與MHC基因的研究也有一些報道,Loffredo等(2007)觀察了196只感染SIVmac239的恒河猴中,16只長期不進(jìn)展者中有38%的個體為Mamu-B*08陽性,另外的180只感染猴中僅有3%的個體為Mamu-B*08陽性。在觀察的11只Mamu-B*08陽性動物中,有6只動物屬于病程不進(jìn)展者。暗示了Mamu-B*08可能在控制病毒復(fù)制中起重要作用。2.3基因及基因型與篩選綿羊MHC稱為OLA,位于綿羊的第20號染色體上。綿羊MHC分為MHC-I、MHC-Ⅱ和MHC-Ⅲ3個基因區(qū)。綿羊MHC-Ⅱ類基因具有豐富的多態(tài)性,且該多態(tài)性與綿羊的某些疾病相關(guān)。余智勇等(2007)通過PCR擴(kuò)增122只包蟲病陰性和70只包蟲病陽性多浪羊的MHC-DRB1第2外顯子,產(chǎn)物經(jīng)酶切發(fā)現(xiàn)具有豐富的多態(tài)性,且通過對陽性和陰性包蟲病羊的等位基因和基因型頻率比較分析發(fā)現(xiàn)了對該病易感性基因型和抗性基因型。溫青娜等(2010)應(yīng)用巢式PCR方法對新疆哈薩克細(xì)粒棘球蚴病綿羊MHC-DRB1基因多態(tài)性與細(xì)粒棘球蚴病遺傳抗性之間的關(guān)系進(jìn)行研究,試驗(yàn)結(jié)果共檢測出15個等位基因和37種基因型;χ2適合性檢驗(yàn)結(jié)果表明,MHC-DRB1基因第2外顯子的SSCP帶型未達(dá)到Hardy-Weinberg平衡,說明存在豐富的多態(tài)性。通過對細(xì)粒棘球蚴病陽性和陰性病羊的等位基因頻率和基因型頻率進(jìn)行差異性顯著檢驗(yàn)和相對危險性估計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)有些基因和基因型與細(xì)粒棘球蚴病的抗性具有較強(qiáng)的相關(guān)性,而有些基因和基因型與細(xì)粒棘球蚴病的易感性具有較強(qiáng)的相關(guān)性。牛MHC命名為BoLA(牛淋巴細(xì)胞抗原),BoLA基因定位于牛的第23號染色體上。牛MHC分為MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱ和MHC-Ⅲ類基因。MHC-Ⅰ類基因區(qū)只含有1個編碼α鏈的基因位點(diǎn)BoLA-A。MHC-Ⅱ基因則被劃分為classⅡa和classⅡb2個明顯的亞區(qū),前者含有DR和DQ基因,DR基因含有DRA、DRB1、DRB2和DRB34個基因座位,其中DRA為高度表達(dá)的基因座位;DRB1為一個不表達(dá)的假基因,DRB2的表達(dá)量非常低或根本不表達(dá),DRB3是可高度表達(dá)的基因座位。DQ基因至少含有DQA1、DQA2、DQB1、DQB24個基因座位,均可高度表達(dá)(Davies等,1997)。BoLA的多態(tài)性主要集中在編碼多態(tài)結(jié)合區(qū)的第2外顯子上。陳智華等(2007)應(yīng)用PCR-RFLP方法對德川水牛MHC-Ⅱ類基因座位的BoLA-DRB3基因第2外顯子進(jìn)行遺傳多態(tài)性研究,通過HaeⅢ和RsaⅠ酶切分別出現(xiàn)7和3種基因型,表明德昌水牛在MHC-DRB3基因第2外顯子上具有豐富的多態(tài)性。高樹新等(2006)采用PCR-SSCP技術(shù)對118頭中國荷斯坦牛做檢測,檢測到9種BoLA-DQA外顯子2基因型和15種BoLA-DRB3外顯子2基因型和3種單倍型。通過分析比較了各基因型、單倍型與奶牛乳房炎的關(guān)聯(lián)性,結(jié)果在中國荷斯坦牛中沒有發(fā)現(xiàn)與乳房炎易感性或抗性有關(guān)聯(lián)的基因和基因型,但發(fā)現(xiàn)DQA-B/DRB3-C、DQA-G/DRB3-F2種單倍型可能與奶牛乳房炎易感性有關(guān),而DQB-F/DRB3-E單倍型可能與奶牛乳房炎抗性有關(guān)。豬MHC稱為豬白細(xì)胞抗原(swineleukocyteantigen,SLA),SLA位于豬第7號染色體上,可分為3個主要類群:SLA-Ⅰ類、SLA-Ⅱ類和SLA-Ⅲ類區(qū)域基因。SLA-Ⅰ類區(qū)域基因主要有Ia、Ib、Ic3類基因;SLA-Ⅱ類區(qū)主要由DR、DP、DQ基因簇組成;SLA-Ⅲ類區(qū)域內(nèi)有36個基因被定位,有的編碼免疫相關(guān)蛋白,有的卻與免疫系統(tǒng)無明顯關(guān)聯(lián)(馮磊等,2012)。豬MHC具有高度的多態(tài)性。鞠慧萍等(2007)對西藏自治區(qū)林芝地區(qū)43頭藏豬進(jìn)行MHC-DRB基因第2外顯子多態(tài)性分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在RsaⅠ-RFLP位點(diǎn)上存在7種基因型,χ2適合性檢驗(yàn)結(jié)果也顯示高于顯著水平,SLA-DRB基因在RsaⅠ酶切位點(diǎn)上沒有達(dá)到Hardy-Weinberg平衡狀態(tài),進(jìn)一步說明了MHC-DRB基因具有多態(tài)性。包文斌等(2009)采用PCR-RFLP方法對野豬和國內(nèi)外17個家豬品種SLA-DRB基因第2外顯子的多態(tài)性進(jìn)行分析,經(jīng)過限制性內(nèi)切酶RsaⅠ酶切后,共檢測到4個等位基因和10種基因型,在野豬中僅存在BB基因型和B等位基因,在家豬群體中出現(xiàn)了野豬群體中所沒有的9種基因型和3個等位基因。2.4小鼠體內(nèi)tf基因多態(tài)性檢測小鼠MHC基因可以分為MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱ和MHC-Ⅲ類,其中MHC-Ⅱ基因多態(tài)性極為豐富,包括DP、DQ、DR3個區(qū)域,每個區(qū)域又可分為A、B2個亞類,分別編碼α和β多肽鏈形成Ⅱ類異源二聚體。王準(zhǔn)(2003)采用PCR-SSCP技術(shù)對60只昆明小鼠H2-Eb區(qū)進(jìn)行了遺傳多態(tài)性檢測,同時通過酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)測定小鼠對蛋白質(zhì)抗原的二次體液免疫應(yīng)答水平,結(jié)果所有PCR-SSCP的內(nèi)參條帶全部出現(xiàn),檢出了65%的等位基因。大鼠MHC稱為RT1復(fù)合體,定位于大鼠的20號染色體短臂上。大鼠MHC分為MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱ和MHC-Ⅲ型。MHC-Ⅰ型基因通常分為Ⅰa和Ⅰb亞類;MHC-Ⅰ型基因?yàn)楦叨榷鄳B(tài)型,在淋巴細(xì)胞上高密度表達(dá),多態(tài)性主要發(fā)生在肽結(jié)合區(qū)(王淑菁等,2010)。Mashimo等(2006)對122個大鼠品系的基因組進(jìn)行SSLP標(biāo)記,報告357個SSLP標(biāo)記,在20號染色體上確定有10個SSLP位點(diǎn),結(jié)果發(fā)現(xiàn),SSLP標(biāo)記在整個大鼠基因組平均分布距離為7.59Mb,在這些品系中平均標(biāo)記的數(shù)目為259,顯示了高度多態(tài)性。2.5mthc基因多態(tài)性研究雞MHC又稱為B復(fù)合體,位于第16號中等微小的染色體上,與核仁組成區(qū)相連鎖。B復(fù)合體由3個各具功能的位點(diǎn)組成:B-F、B-L、B-G,三者在染色體上排列緊密,分別產(chǎn)生MHC的MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱ、MHC-Ⅳ類抗原,B-G抗原為禽所特有(馬吉飛等,1998)。雞的B復(fù)合體同樣具有多態(tài)性。廖承紅等(2012)利用PCR-SSCP和測序方法對文昌雞18只個體的MHCB-G基因第2外顯子序列332bp區(qū)域進(jìn)行序列多態(tài)性分析,PCR-SSCP分型得到16種基因型,測序檢測到21個變異位點(diǎn),其中20個位點(diǎn)導(dǎo)致16個氨基酸位點(diǎn)發(fā)生變異。邱莫寒(2007)對AA肉雞、A03雞、E1系雞和胡須雞4個品種雞的MHCB-F基因外顯子2、3進(jìn)行了序列測定,獲得完整的外顯子2、3核苷酸序列,分析結(jié)果表明,外顯子2共檢測到50個變異位點(diǎn),多態(tài)變異類型以顛換的次數(shù)略多,44個個體共發(fā)現(xiàn)39種單倍型,平均單倍型多樣度較高,有28個氨基酸變異位點(diǎn);外顯子3共檢測到49個變異位點(diǎn),轉(zhuǎn)換次數(shù)高于顛換次數(shù),47個個體中共發(fā)現(xiàn)45種單倍型,有25個氨基酸變異位點(diǎn),表明了雞MHCB-F基因外顯子2、3的序列均表現(xiàn)出了高度的多態(tài)性。鴨MHC與雞相似,同樣具有多態(tài)性。孫凱等(2010)對成年健康鴛鴦鴨進(jìn)行了RT-PCR、酶切等試驗(yàn),成功克隆出MHC-Ⅰα鏈胞外區(qū)成熟肽基因,將其序列與GenBank中登錄的鴨及其他一些物種序列進(jìn)行同源性比對,比對結(jié)果顯示,MHC-Ⅰα鏈胞外區(qū)成熟肽基因存在種屬多樣性,且同源性越高,親緣關(guān)系越近。鵝與雞同屬于家禽類,因此其MHC基因的一些性質(zhì)與禽類接近。賈曉輝等(2006)使用LA-PCR法從五龍鵝的基因組中克隆了MHCClassⅠ基因序列,同源性分析表明五龍鵝MHC-Ⅰ的進(jìn)化關(guān)系與雞最近,魚類、兩棲類與鳥類、哺乳動物進(jìn)化形成2大群。通過對五龍鵝MHC-Ⅰ蛋白同源構(gòu)建的模型推導(dǎo)出的氨基酸進(jìn)行α-螺旋和β-折疊分區(qū)和功能性位點(diǎn)比較,結(jié)果顯示鵝多態(tài)性位點(diǎn)主要分布于α-螺旋和β-折疊分區(qū),在鵝不同等位基因之間,與抗原多肽結(jié)合的37個多態(tài)性位點(diǎn)中,有20個無變異,呈單肽性。由此推測可能與鵝自身疾病少有關(guān),在較少的疾病選擇壓力下,有些位點(diǎn)的變異保持了沉默。魚類MHC基因也是由MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱ、MHC-Ⅲ類區(qū)組成,其中MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ基因研究較多。許多研究結(jié)果顯示魚類MHC基因也具有豐富的多態(tài)性。丁少雄等(2009)通過實(shí)時定量PCR技術(shù)和SSCP技術(shù)研究了赤點(diǎn)石斑魚12個不同組織器官中MHC-ⅡB基因的表達(dá)和多態(tài)性,結(jié)果表明,MHC-ⅡB基因在12個組織中均有表達(dá),但不同組織表達(dá)量有明顯差異;另外,MHC-ⅡB基因在各組織的表達(dá)也體現(xiàn)出豐富的多態(tài)性,表達(dá)多態(tài)性最豐富的組織為肝臟,共有13個等位基因,而多態(tài)性最低的組織為心臟,也有8個等位基因。張?zhí)祛５?2013)以cDNA為模板進(jìn)行PCR擴(kuò)增和克隆分析,從7尾玻璃紅鯉的70個有效克隆中,獲得長度為624bp的MHC-Ⅱα/β不同編碼序列25/31個,分屬于7/10個不同等位基因,揭示玻璃紅鯉MHC-Ⅱ類基因較豐富的多態(tài)性。不同的物種對環(huán)境的適應(yīng)能力和進(jìn)化潛力取決于遺傳多樣性水平的高低,MHC基因的變異則可以反映物種基因組水平的變異。因此,通過對MHC基因變異分析,可很好地評估種群遺傳多樣性水平。Hoelzel等(1999)研究結(jié)果表明,海洋哺乳動物與陸生哺乳動物相比,MHC基因遺傳變異水平普遍較低,這是由于海洋環(huán)境中傳染性疾病的流行程度比陸地環(huán)境低,海洋哺乳動物的MHC面臨較小的選擇壓力,從而呈現(xiàn)較低的分化,在這種情況下,MHC多態(tài)性降低不直接導(dǎo)致物種生存能力的下降。vanDerWalt等(2001)對非洲羚羊的研究發(fā)現(xiàn),blesbok亞種的多態(tài)性明顯高于bontebok亞種,bontebok亞種的多態(tài)性較低可能是由于該亞種因捕獵壓力及寄生蟲感染導(dǎo)致的2次嚴(yán)重的種群瓶頸事件引起的。同一個物種的不同種群由于生活環(huán)境的差異,可能受到不同病原體如原生動物、病毒、細(xì)菌、寄生蟲和噬菌體的脅迫,致使MHC等位基因在不同種群中頻率的差異,從某種程度上可幫助探究物種地理分布格局形成的原因。Ekblom等(2007)研究了2個不同地區(qū)北極燕鷗MHC-ⅡB基因的種群結(jié)構(gòu),結(jié)果發(fā)現(xiàn),2種群中MHC等位基因有差異,在發(fā)現(xiàn)的等位基因中有大多數(shù)等位基因?yàn)槟骋环N群所特有,暗示了不同生存環(huán)境促使種群間MHC基因型的差異。3.2實(shí)施保護(hù)策略為了有效地保護(hù)物種,必須先弄清楚物種種群之間的遺傳變異程度,然后把與其他種群差異較大、獨(dú)自進(jìn)化的種群劃分為進(jìn)化顯著單元,最后在進(jìn)化顯著單元中確定管理單元,這樣才能有效地實(shí)施保護(hù)策略,真正地實(shí)現(xiàn)隊(duì)伍中的保護(hù)。Hedrick等(2001)以北美食蚊魚為研究對象,確定了2個亞種,且其中1個亞種形成了5個完全不同的種群,并把種群劃分為2個進(jìn)化顯著單元,每個單元由4個管理單元組成。生產(chǎn)性能是育種的一個重要指標(biāo),在部分物種中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)MHC基因與生產(chǎn)性能密切相關(guān)。如:雞MHC基因與產(chǎn)蛋數(shù)和受精率有較強(qiáng)相關(guān)性;豬MHC基因與排卵數(shù)有一定的相關(guān)性;梅花鹿MHC-DRB基因雜合度的高低與產(chǎn)茸量具有相關(guān)性。因此,在以培養(yǎng)穩(wěn)定品種為目標(biāo)的育種工作中可將MHC基因作為某些物種育種的候選基因。3.2.3在抗線蟲及病料感染和表型上的作用由于MHC基因參與免疫反應(yīng)中的抗原呈遞過程,且相關(guān)文獻(xiàn)報道證明,已發(fā)現(xiàn)動物許多疾病的抗病性均與MHC有關(guān)。Riley(1996)研究MHC和非MHC相關(guān)基因在確定人類對瘧疾抗原免疫反應(yīng)作用中指出,MHC-Ⅰ類和MHC-Ⅱ類的HLA等位基因與抗腦瘧疾和重癥瘧疾貧血有關(guān),瘧疾可能擔(dān)任HLA區(qū)域的選擇力。Sayers等(2005)研究了薩?？撕吞杖匮騇HC-DRB1在抗線蟲上的作用,研究結(jié)果顯示