中国科学:生命科学2011年第41卷第5期:393~402SCIENTIASINICAVitaewww.scichina.comlife.scichina.com英文版见:KongXH,WangXZ,HeSP.MolecularvariationandevolutionofCDScodingtyrosinekinaseofinsulinreceptorIRaandIRbgenesinCyprinidae(Teleostei:Cypriniformes).SciChinaLifeSci,2011,54,inpress《中国科学》杂志社SCIENCECHINAPRESS论文鲤科鱼类胰岛素受体基因IRa和IRb酪氨酸激酶区CDS的分子变异和进化孔祥会①②,王绪祯②,何舜平②*①河南师范大学生命科学学院,新乡453007;②中国科学院水生生物研究所,武汉430072*联系人,E-mail:clad@ihb.ac.cn收稿日期:2011-04-01;接受日期:2011-04-13国家自然科学基金(批准号:30770299)、国家自然科学基金重点项目(批准号:30530120)和国家重点基础研究发展计划(批准号:2004CB117402)资助摘要胰岛素受体基因在调控细胞生长、分化和个体发育方面具有重要的生物学功能,研究基因功能区变异和分子进化对于理解鱼类不同物种之间胰岛素受体基因表达调控和个体尺寸控制具有重要意义.本研究在鲤科鱼类中选择37种代表性物种和5种鲤科外的鲤形目鱼类作为外类群,通过PCR扩增、克隆和测序,获得它们的IRa和IRbDNA序列,并提取CDS序列.分别基于IRa和IRb酪氨酸激酶区CDS序列,分析其分子变异和进化,以理解IR基因在鲤科鱼类中的基因分化特征.结果显示,采用UPGMA方法对IR基因家族构建的基因树中,鱼类IRa和IRb基因分别聚为单系群,说明鲤科鱼类IR基因复制后IRa和IRb基因分别进化为两类明显不同的基因.分子进化分析显示,基于IRa或IRb单个基因构建的鲤科鱼类MP树中各系群间进化速率无显著性差异,说明基因IRa在鲤科鱼类不同系群间受到相似的进化压力,基因IRb也是如此.尽管由IRa和IRbCDS推导出的酪氨酸激酶区氨基酸序列高度保守,但序列变异特征可清楚地显示该区中氨基酸序列的差异,蛋白质IRa和IRb酪氨酸激酶区中呈现出来的这种差异,预示着胰岛素受体IRa和IRb在信号传导中扮演不同的角色.关键词胰岛素受体基因酪氨酸激酶区鲤科鱼类胰岛素或类胰岛素生长因子在调控细胞生长、分化和代谢方面具有重要的生物学功能[1~6],其生物学功能的实现是通过胰岛素受体家族相应成员介导完成的.胰岛素受体家族包括3个成员:胰岛素受体(insulinreceptor,IR)、类胰岛素生长因子受体(insulin-likegrowthfactorsreceptor,IGFR)和胰岛素受体相关受体(insulinreceptor-relatedreceptor,IRR).IR和IGFR是主要的受体,IRR仅在哺乳动物中存在.IR和IGF-IR结构非常相似,二者均是跨膜糖蛋白[7,8].成熟的受体由2个α亚单位和2个β亚单位,通过二硫键连接,形成α2β2异源四聚体.细胞外的α亚单位包含配体结合区;而β亚单位具有跨膜区和酪氨酸激酶区[7,8].α亚单位抑制β亚单位的酪氨酸激酶活性,当胰岛素与α亚单位结合时,通过β亚单位转移孔祥会等:鲤科鱼类胰岛素受体基因IRa和IRb酪氨酸激酶区CDS的分子变异和进化394磷酸化作用和α亚单位构象变化,解除对β亚单位上激酶活性的抑制,并促进激酶活性[9].胰岛素受体家族IR/IGFR/IRR的催化活性区为酪氨酸激酶区,所以这3类受体又称为酪氨酸激酶受体家族成员.研究IR酪氨酸激酶活性区序列变异和分子进化,对理解IR基因分化和胰岛素信号调控的差异具有重要意义.鱼类中IR和IGFR基因的序列特征及表达,已在大比目鱼(Scophthalmusmaximus)和虹鳟(Oncorhynchusmykiss)[10]、鲑鱼(Oncorhynchuskisutch)[11]、大菱鲆(Psettamaxima)[12]、太平洋大麻哈鱼(Oncorhynchusketa)[13]和大鳞大麻哈鱼(Oncorhynchustshawytscha)[14]中进行了研究;在IR基因序列中存在一个大约400bp的酪氨酸激酶区[11],斑马鱼(Daniorerio)中对基因IR,IGF-IR和IGF-IIR也分别进行了克隆,并对序列特征及表达进行了研究[1,15].这些研究显示,在鱼类中存在IR和IGFR基因的复制.因为在哺乳动物中仅存在一种IR或IGFR受体,而鱼类中则存在两种以上IR或IGFR受体.选择适宜鱼类物种,研究鱼类IR基因变异,尤其是催化功能区的序列变异,弄清鱼类不同物种中IR基因变异对于理解鱼类物种分化和IR基因进化很有必要.Toyoshima等人[1]克隆了斑马鱼中IRa和IRb基因,对其表达模式及特征进行了分析,发现其在胚胎发育中的功能有重叠....
