灵长类α-防御素基因的系统发育分析开题报告

研究现状及发展趋势：

已经在五种灵长类基因组中检测到41种功能性和30种非功能性α-防御素基因，人类、黑猩猩、猩猩和猕猴中的α-防御素基因位于相应物种的8号染色体的亚端粒区，由于基因组的不完全性，绒猴a-防御素基因的染色体位置还不清楚。为了研究α-防御素基因之间的进化关系，使用NJ和MP方法构建了41个功能性和22个非功能性α-防御素基因的系统发育树。排除了三个部分基因和八个假基因，因为它们分别被截短和具有高度偏离的序列。为了确定是否有特定的氨基酸残基或基序来区分这三个系统发育类，分析了α-防御素的氨基酸序列。类别特异性共有序列是通过识别最常用的氨基酸残基或每类α-防御素中的基序。通过对所有功能性α-防御素基因编码蛋白的比对，鉴定了5个分子标记，它们可以区分属于I类、II类和III类的α-防御素序列。

分析了信号肽、前肽和成熟肽区的氨基酸序列，以了解灵长类动物α-防御素肽的结构特征。在所有研究的原始序列中，信号肽是最保守的片段，其次是前片段和成熟肽区。已经表明，防御素的前结构域包含几个氨基酸，它们参与成熟肽的折叠和功能抑制大多数带负电荷的残基在灵长类防御素的序列中是保守的(E20、D27、E28、E34、D39和E42)。除了带负电荷的氨基酸，主要由疏水残基占据的三个区域(位置29-33、35-38和43-49)也相当保守。这些观察表明，虽然前节序列不是高度保守的，但特定的结构特征很可能由于功能限制而得以保留。α-防御素研究得最透彻的区域是成熟肽。防御素的结构已经用x射线晶体学和核磁共振确定。迄今为止，已经从人类和其他哺乳动物中报道了几种α-防御素的结构。α-防御素单体的整体折叠由三条b链组成，排列成反向平行的b折叠。

对于相对较短且高度进化的序列，使用传统的系统发育树构建方法在短(100个氨基酸)且进化迅速的α-防御素序列的情况下，使用了三种不同的方法来鉴定直系同源关系。

研究意义和价值：

考虑到防御素的功能重要性，研究者们研究了几种脊椎动物中防御素基因的基因组结构和进化。然而，这些研究在很大程度上仅限于β-防御素除了仅有的几项关于α-防御素家族的研究.幸运的是，覆盖面大于5的几种灵类动物的基因组序列草图是可用的。这些序列使我们能够对灵类动物的α-防御素簇进行全基因组比较。在这，我们展示了类、猩猩、猩猩、猕猴和狨猴中α-防御素基因的全部序列。这分析旨在更好地理解形成灵类动物物种间α-防御素谱差异的进化过程的般模式，并对α-防御素基因功能活动的进化变化提供新的解，且对多基因家族进化的详细调查是理解基因进化的重要一步

参考文献

[1]Arnold K, Bordoli L,Kopp J, Schwede T. 2006. The SWISS-MODEL workspace: a web-based environmentfor protein structure homology modelling. Bioinformatics 22:195–201.

[2]Bennett-Lovsey RM,Herbert AD, Sternberg MJ, Kelley LA. 2008. Exploring the extremes ofsequence/structure space with ensemble fold recognition in the program Phyre.Proteins 70: 611–625.

[3]Boniotto M, Tossi A,DelPero M, Sgubin S, Antcheva N, Santon D, Masters J, Crovella S. 2003.Evolution of the beta defensin 2 gene in primates. Genes Immun. 4:251–257.

[4]Das S. 2009.Evolutionary origin and genomic organization of microRNA genes inimmunoglobulin lambda variable region gene family. Mol Biol Evol.26:1179–1189. Das S, Mohamedy U, Hirano M, Nei M, Nikolaidis N. 2010.Analysis of the immunoglobulin light chain genes in zebra finch: evolutionaryimplications. Mol Biol Evol. 27:113–120.

[5]Liu L, Ganz T. 1995. Thepro region of human neutrophil defensin contains a motif that is essentialfor normal subcellular sorting. Blood 85:1095–1103.

[6]Lynn DJ, Bradley DG.2007. Discovery of alpha-defensins in basal mammals. Dev Comp Immunol.31:963–967.

[7]Nozawa M, Kawahara Y,Nei M. 2007. Genomic drift and copy number variation of sensory receptorgenes in humans. Proc Natl Acad Sci U S A. 104:20421–20426.

[8]Ota T, Nei M. 1994.Divergent evolution and evolution by the birthand-death process in theimmunoglobulin VH gene family. Mol Biol Evol. 11:469–482.

[9]Patil A, Hughes AL,Zhang G. 2004. Rapid evolution and diversification of mammalianalpha-defensins as revealed by comparative analysis of rodent and primategenes. Physiol Genomics. 20:1–11.

[10] Tang YQ, Yuan J,Osapay G, Osapay K, Tran D, Miller CJ, Ouellette AJ, Selsted ME. 1999. Acyclic antimicrobial peptide produced in primate leukocytes by the ligationof two truncated alpha-defensins. Science 286:498–502.

[11]Tran D, Tran P, RobertsK, Osapay G, Schaal J, Ouellette A, Selsted ME. 2008. Microbicidal propertiesand cytocidal selectivity of rhesus macaque theta defensins. AntimicrobAgents Chemother. 52:944–953.

[12]Valore EV, Ganz T.1992. Posttranslational processing of defensins in immature human myeloidcells. Blood 79:1538–1544.

[13]Yang Z, Wong WS,Nielsen R. 2005. Bayes empirical bayes inference of amino acid sites underpositive selection. Mol Biol Evol. 22:1107–1118.

[14]Yudin AI, Generao SE,Tollner TL, Treece CA, Overstreet JW, Cherr GN. 2005. Beta-defensin 126 onthe cell surface protects sperm from immunorecognition and binding ofanti-sperm antibodies. Biol Reprod. 73:1243–1252.

[15]Zhang L, Yu W, He T, etal. (13 co-authors). 2002. Contribution of human alpha-defensin 1, 2, and 3to the anti-HIV-1 activity of CD8 antiviral factor. Science 298:995–1000.

[16]Zou G, de Leeuw E,Lubkowski J, Lu W. 2008. Molecular determinants for the interaction of humanneutrophil alpha defensin 1 with its propeptide. J Mol Biol. 381:1281–1291.

[17]傅海燕 张剑 路凡 蒲勤 王孝功 卢兹凡 徐俊卿 赵忠良 人α防御素融合表达、纯化及生物活性检测 细胞与分子免疫学杂志 2006（02）

[18]高真贞 董开忠 人防御素研究进展 西北民族大学学报 2007（02）