公共科学图书馆一号。2017; 12(6):e0179517。
脊椎动物的进化分歧TNFAIP8公司基因家族:应用斑点gar正畸桥了解硬骨鱼类的ohnolog丢失
,1,2的情况下,* ,三 ,4 ,5和1,2的情况下,*
康·沙利文
1美国缅因州奥罗诺缅因大学分子与生物医学系
2美国缅因州奥罗诺市缅因大学生物医学科学与工程研究生院
克里斯托弗·R·拉格
三美国缅因州奥古斯塔市缅因大学生物课程
杰弗里·尤德
4美国北卡罗来纳州罗利市北卡罗莱纳州立大学分子生物医学科学系
约翰·H·波斯特莱斯韦特
5美国俄勒冈州尤金俄勒冈大学神经科学研究所
卡罗尔·金
1美国缅因州奥罗诺缅因大学分子与生物医学系
2美国缅因州奥罗诺市缅因大学生物医学科学与工程研究生院
皮埃尔·布迪诺,编辑器
1美国缅因州奥罗诺缅因大学分子与生物医学系
2美国缅因州奥罗诺市缅因大学生物医学科学与工程研究生院
三美国缅因州奥古斯塔市缅因大学生物课程
4美国北卡罗来纳州罗利市北卡罗莱纳州立大学分子生物医学科学系
5美国俄勒冈州尤金俄勒冈大学神经科学研究所
法国INRA
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2017年2月3日收到;2017年5月30日接受。
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S1图:氨基酸比对和氨基酸百分比鉴定。(A) 人类TNFAIP8、TNFAIP8L1、TNFAIP 8L2和TNFAIP9L3蛋白质序列的Clustal Omega比对。(B) 基于每个TNFAIP8家族成员之间的成对比较的氨基酸同一性百分比。(畅通节能法)
GUID:57DE9E7A-13C0-4010-A3D1-1681AA33B657
S2图:脊椎动物TNFAIP8蛋白家族的Clustal Omega多重序列比对。(畅通节能法)
GUID:5ED60CF0-A97B-4421-9FE1-F9C433465A91
- 数据可用性声明
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摘要
比较功能基因组研究需要正确鉴定基因直向同源物,以正确利用动物生物医学研究模型。为了确定基因同源序列,有必要进行全面、保守的基因共有分析,以解开被两轮早期脊椎动物基因组复制所缠绕的基因历史,对于硬骨动物,则需要进行第三轮硬骨基因组复制(TGD)。最近,斑点石斑鱼的基因组被测序,并作为一个正形桥梁应用于人类基因的硬骨鱼类直系同源基因的鉴定,同时增强硬骨鱼类作为生物医学模型的能力。斑点石斑是硬骨鱼类的一个外群,没有进行第三次基因组复制。在本研究中,我们应用斑点gar正形桥来帮助描述脊椎动物的基因史TNFAIP8公司家庭。的成员TNFAIP8公司基因家族与免疫功能和体内平衡的调节以及多种癌症类型的发生有关。通过保守的基因共性分析,我们鉴定了斑马鱼与人类的同源基因坦桑尼亚联合共和国和TNFAIP8L3型基因与人类的两种共生TNFAIP8L2型但未能识别人类的直系亲属TNFAIP8公司通过正畸桥的应用,我们确定了硬骨鱼类的正畸TNFAIP8公司基因可能在基因组反转事件中丢失,因为它们与斑点gar的共同祖先不同。这些发现证明了这种增强的基因历史分析方法的价值,并支持硬骨鱼模型的发展,以研究与一系列生物医学问题相关的复杂问题,包括免疫和癌症。
介绍
这个肿瘤坏死因子α诱导蛋白8(TNFAIP8公司)最近,基因家族作为几个生理和病理过程的调节器,特别是与免疫和癌症相关的过程,越来越受到重视[1]. 这个TNFAIP8公司该基因家族是以该基因命名的,最初是在头颈部鳞癌细胞系的差异显示屏幕上发现的[2]. 这个TNFAIP8公司该基因随后被证明是人类脐静脉内皮细胞对TNF-α刺激的早期反应者[三]并在多种正常组织和癌细胞系中表达[4]. 人类TNFAIP8公司基因家族由四个基因组成:TNFAIP8公司(位于染色体5q23.1),坦桑尼亚联合共和国(19页13.3),TNFAIP8L2型(1q21.3),以及TNFAIP8L3型(15季度21.2)[5,6]. 该基因家族成员编码的蛋白质结构独特。每一个都有七个阿尔法螺旋,围绕着一个疏水核心,被认为在脂质第二信使信号传递中发挥重要作用[7,8]. 这个TNFAIP8公司和TNFAIP8L2型基因参与免疫和炎症[6,9–12],而坦桑尼亚联合共和国基因家族与各种类型的癌症相关,包括影响胃的癌症[13–18],肝脏[11,17,19–22],前列腺[23],肺[7,24,25],食道[7,24,25]和子宫颈[7,26]. 虽然TNFAIP8公司基因家族与炎症、免疫和癌症有关,但对这些基因的作用机制知之甚少,家族的进化起源尚不完全清楚。
斑马鱼、水母和海蜇等具有遗传特征的硬骨鱼类模型已成为生物医学中不可或缺的工具,可用于了解基因家族的功能,如TNFAIP8公司[27]. 然而,一些大规模的基因组事件可能会阻碍生物医学相关基因的硬骨骨同源基因的鉴定;这些事件包括两轮早期脊椎动物基因组复制(VGD1和VGD2[28]. 最近,对斑点黄鳝的基因组进行了测序,该黄鳝是Holostei(硬骨鱼类的姊妹谱系,未经TGD)的代表,并发现其在硬骨鱼类和人类基因组之间提供了一个正形桥梁,有助于鉴定斑马鱼与人类基因的同源基因[28]. 在目前的研究中,我们追踪了脊椎动物的基因史TNFAIP8公司基因家族。我们建立了人类TNFAIP8公司,坦桑尼亚联合共和国,TNFAIP8L2型,以及TNFAIP8L3型基因作为基于保守联合体的同源基因。我们确定斑马鱼的直系祖先坦桑尼亚联合共和国和TNFAIP8L3型和两种同音异义词TNFAIP8L2型(称为tnfaip8l2a公司和tnfaip8l2b型)通过保守的共生性,我们确定了人类的一个直系祖先TNFAIP8公司该基因在硬骨鱼类进化过程中丢失。通过斑点gar矫形器桥的应用,我们展示了斑马鱼和刺鱼tnfaip8型油轮在硬骨鱼类谱系从斑点gar谱系分化后发生的基因组反转事件中,它们很可能丢失。TNFAIP8家族的系统发育分析以及哺乳动物、底辟动物(鸟类和其他“爬行动物”)、两栖动物和鱼类的代表性蛋白质序列支持我们从基因历史分析中得出的结论。更清楚地了解脊椎动物基因史,如TNFAIP8公司该家庭将提供斑马鱼模型系统的更好应用,以研究与人类和动物健康和疾病相关的生物学问题。
结果
这个TNFAIP8公司基因家族起源于两轮脊椎动物基因组复制(VGD)
调查四个人的进化起源TNFAIP8公司家族基因(TNFAIP8公司,坦桑尼亚联合共和国,TNFAIP8L2型,以及TNFAIP8L3),我们使用了Synteny数据库的Dotplot函数[29,34]以可视化人类第5染色体(Hsa5)基因在其他人类染色体上的并行序列的基因组分布。结果表明,Hsa5约50 Mb至130 Mb的区域与Hsa1、Hsa15和Hsa19的区域同源(),表明这些序列是由大染色体区域或整个染色体的重复产生的。根据Ohno的假设[35],对这一观察最简单的解释是,这四个染色体片段来自脊椎动物辐射底部发生的两轮全基因组复制(WGD)(即VGD1和VGD2)[36–38]. 因此,我们推断TNFAIP8公司-相关基因是VGD事件的ohnologs。为了确定基因在VGD1和VGD2过程中是如何分配的,我们比较了它们的外显子-内含子结构。根据Ensembl人类基因组组装GRCh38.p7(GCA_00001405.22)TNFAIP8公司基因编码7种蛋白质编码转录亚型(TNFAIP8公司-001含有2个外显子;TNFAIP8公司-002:3个外显子;TNFAIP8公司-003:3个外显子;TNFAIP8公司-004:2个外显子;TNFAIP8公司-006:2个外显子;TNFAIP8公司-007:2个外显子;和TNFAIP8公司-008:3个外显子;异构体TNFAIP8公司-005未在此组件中表示)。这个坦桑尼亚联合共和国基因编码两个蛋白质编码转录本(坦桑尼亚联合共和国-001和坦桑尼亚联合共和国-201),共享一个共同的ORF,但其5'UTR不同。这个坦桑尼亚联合共和国该基因还编码一个外显子,该外显子是经过处理的转录物,似乎不编码蛋白质,功能未知(坦桑尼亚联合共和国-002). 这个TNFAIP8L2型基因编码包含2个外显子的单个转录亚型(TNFAIP8L2型-001). 有趣的是SCNM1号机组,它是最近的下游邻居TNFAIP8L2型并以相同的方向转录,共享其5'UTR的一部分TNFAIP8L2型根据Ensembl人类基因组汇编GRCH38.p10。这个TNFAIP8L3型基因编码两个蛋白质编码转录本:较大的转录本(TNFAIP8L3型-001)具有三个外显子,较小的转录本(TNFAIP8L3型-002)具有两个外显子。的外显子2和3TNFAIP8L3型-001由第1和第2外显子共享TNFAIP8L3型-002.一个双外显子,有意义的内含子转录本是从位于基因外显子2和3之间的内含子序列的该位点编码的坦桑尼亚联合共和国-001成绩单。
人类基因组分布TNFAIP8公司-家族基因。Hsa5上的灰色圆点表示其同源序列直接绘制在人类染色体上圆点的上方或下方的基因。注意,染色体1、15和19与TNFAIP8公司-包含Hsa5的区域。这一结果表明,这四个基因起源于脊椎动物基因组复制事件(VGD1和VGD2)的第1轮和第2轮中的ohnolog。
接下来,我们试图通过检测转录物编码的氨基酸序列来研究进化顺序的问题。基于TNFAIP8编码的Clustal Omega氨基酸比对蛋白[集合ENSP0000274456,转录本TNFAIP8公司-006],TNFAIP8L1[合奏ENSP00000331827,转录本坦桑尼亚联合共和国-001],TNFAIP8L2[合奏ENSP00000357906,转录本TNFAIP8L2型-001]和TNFAIP8L3[NCBI GenPept{“类型”:“entrez-protein”,“属性”:{“文本”:“AAI27703.1”,“term_id”:“121934218”,“term_text”:“aaI277031”}}AAI27703.1标准,成绩单TNFAIP8L3型-002]显示50–57%序列标识(S1图). 每个蛋白质都包含一个保守的TIPE2同源(TH)结构域,该结构域由七个α螺旋(α0–α6)组成[7]. TNFAIP8L3具有一个独特的N末端,与细胞生长和生存有关[7]. 基于氨基酸身份和结构域结构,不可能推断出有关这些基因进化顺序的任何结论。
斑马鱼具有坦桑尼亚联合共和国,TNFAIP8L2型,以及TNFAIP8L3型
在我们使用Ensembl Zv9进行的初步调查中(网址:www.ensembl.org),我们确定斑马鱼基因组编码脊椎动物的四个成员TNFAIP8公司基因家族,称为坦桑尼亚联合共和国(ENSDARG00000086457),tnfaip8l2a型(ENSDARG0000075592),tnfaip8l2b型(ENSDARG00000046148),以及tnfaip8l3型(ENSDARG00000088709)。调查斑马鱼成员的关系tnfaip8型油轮基因家族与其人类同源基因相比,我们比较了包含四个斑马鱼基因的染色体片段与人类基因组的保守共有性。我们发现这个基因叫做“tnfaip8型油轮'(ENSDARG00000086457)占据Dre22上的一个染色体片段,其基因大多与Hsa19区域同源,该区域包含坦桑尼亚联合共和国,而不是包含坦桑尼亚联合共和国(). 这一结果对最初的命名任务提出了质疑。此外,BLAST搜索使用人类TNFAIP8公司或坦桑尼亚联合共和国由于查询都返回了ENSDARG00000086457,这是一个位于Dre22上核苷酸位置4857840的基因,是最受欢迎的。该基因与人类基因具有保守的共性坦桑尼亚联合共和国(Hsa19)但没有TNFAIP8公司(Hsa5)。Hsa19在0到10Mb之间的区域与Dre22和Dre2都显示出保守的共线性(). Dre22上的ENSDARG00000086457位于这个保守同分带的中部(). ENSDARG00000086457周围的局部区域与人类基因周围的区域显示出保守的同源性坦桑尼亚联合共和国,具有多个局部反转(). 我们得出结论,基因ENSDARG00000086457被注释为tnfaip8型油轮而应该是tnfaip8l1型在Zv9组装的更新中,被称为基因组参考联盟斑马鱼构建10(GRCz10),该位点最初被指定为tnfaip8型油轮已更改为tnfaip8l1型,这与我们之前的分析一致(ENSDARG00000086457 22:4769086–4787454:-1)。我们仔细检查了之前与注释错误的术语“斑马鱼”相关的EST数据坦桑尼亚联合共和国“(位于UniGene上[https://www.ncbi.nlm.nih.gov/unigene网站]UGID:2554148),并确定没有斑马鱼的证据tnfaip8型油轮表达式数据中的正交对数。
斑马鱼具有人类的直系血统坦桑尼亚联合共和国.(A) Dre22上的灰点表示基因的直系图绘制在人类染色体上。红点代表斑马鱼和人类染色体片段之间的正形区域。斑马鱼(达尼奥雷里奥)22号染色体(Dre22),包含tnfaip8型油轮基因组组装Zv9中的基因注释错误,与Hsa19具有保守的同源性,Hsa19含有人类坦桑尼亚联合共和国基因。人类的直系亲属坦桑尼亚联合共和国在斑马鱼基因组中找不到。(B) Hsa19上的灰色圆点表示基因的直系图绘制在斑马鱼(Dre)染色体上的圆点之上。红点表示Hsa19和每条斑马鱼染色体之间的同源区域。在0到10 Mb之间,Hsa19与Dre2和Dre22具有保守的共线性,其中包含tnfaip8l1型正交曲线。(C) 复合簇映射显示了与斑马鱼周围区域的保守同步性tnfaip8l1型(红色字母)和人类坦桑尼亚联合共和国(红色字母),带有几个局部反转(如交叉线所示)。
比较基因组分析还表明斑马鱼与人类有两种同源性TNFAIP8L2型,已调用tnfaip8l2a型(ENSDARG0000075592)和tnfaip8l2b型(ENSDARG0000046148)。保守的共生性分析证实,斑马鱼染色体Dre19和Dre16上包含这两个基因的基因组片段都与包含TNFAIP8L2型与他们的基因命名一致(). 因为预计Dre16和Dre19来自硬骨鱼类基因组复制(TGD)中产生的重复染色体[39],Dre16的大部分与Dre19同源().
斑马鱼对人类具有同理性TNFAIP8L2型.(A) Dre19,里面有斑马鱼tnfaip8l2a型基因,和(B)Dre16,其含有tnfaip8l2b型基因,每个基因都与Hsa1有保守的共性,Hsa1包含人类TNFAIP8L2型基因。灰色圆点表示Dre19(A)和Dre16(B)上带有人类(Hsa)同源基因的基因,表示为红色圆点。(C) Dre16和Dre19显示出保守的同步性(对齐的红点)[39];tnfaip8l2a公司和tnfaip8l2b型TGD是人类的同音异义词TNFAIP8L2型基因。
对保守共线性的分析进一步验证了斑马鱼的正交分配tnfaip8l3型和人类TNFAIP8L3型(). 人类TNFAIP8L3型该基因位于Hsa15上的一个染色体片段中,该染色体片段有14对同源基因,大多数与斑马鱼Dre18处于同一顺序,包括tnfaip8l3型(). 正如TGD所预期的那样,Hsa15染色体的区域包含坦桑尼亚联合共和国斑马鱼有两个同生区,其中一个在Dre18上,包含tnfaip8l3型和Dre25上的一个(). Hsa15斑马鱼的同源性表明,TGD中的重复同源染色体区域(即同源染色体区域,由来自共同祖先区域的重复衍生而来)在Hsa15的斑马鱼同源性中很明显,因为大约35 Mb到43 Mb之间的区域显示Dre17和Dre20上的重复同源,从43 Mb到65 Mb的区域在Dre25和Dre7上复制,转位到Dre18包含tnfaip8l3型.
斑马鱼拥有人类的直系祖先TNFAIP8L3型.(A) 红点代表斑马鱼和人类染色体片段之间的正形区域。斑马鱼(达尼奥雷里奥)18号染色体(Dre18)(灰点),包含tnfaip8l3型基因,与Hsa15共享正形学,Hsa15包含人类TNFAIP8L3型基因。(B) 红点代表Hsa15(灰点)和斑马鱼基因组之间的同源区域。斑马鱼的两个同源区的证据可能来自TGD,出现在Dre18和Dre25的区域。这个tnfaip8l3型Dre18上存在该基因。Dre17和Dre20以及Dre7和Dre25上还有其他同音异义词。存在tnfaip8l3型Dre18上的orthologon可能是由Dre7发生的移位事件引起的。(C) 复合聚类图显示人类周围区域Hsa15和Dre18之间的保守同源性TNFAIP8L3型(红色字母)和斑马鱼tnfaip8l3型(红色字母)。
这些数据得出的结论是,斑马鱼有一个TNFAIP8L3型,两种同音异义词TNFAIP8L2型和一个正交TNFAIPL1公司(名称不正确tnfaip8型油轮在之前的基因组版本中),这是一个真正的人类同源基因TNFAIP8公司斑马鱼基因组中没有。
进化史tnfaip8型油轮用硬骨来做
在人类基因组中,TNFAIP8公司位于染色体Hsa5上118.6Mb,两侧为DMXL1型和HSD17B4型.所有三个基因的转录方向相同(). 的串联重复正交DMXL1型(dmxl1型[1/2]和dmxl1型[2of2])和相邻的正交HSD17B4型相邻放置,在Dre8的左端0.3 Mb处相距3.2 kB。斑马鱼之间的3.2 Kbdmxl1型和hsd17b4型不包含可识别为的序列TNFAIP8公司正交(或任何其他已知遗传元素)()正如在人类基因组中发现的那样。此外,斑马鱼dmxl1型和hsd17b4型基因转录方向相反()而不是在人类基因组中观察到的方向。与斑马鱼有远亲关系的硬骨鱼stickleback,dmxl1型和hsd17b4型也与斑马鱼相邻并以相反的方向转录()这表明这种安排在硬骨鱼类中广泛存在tnfaip8型油轮硬骨鱼中的基因代表着一只丢失的俄亥俄犬。
这个tnfaip8型油轮在硬骨鱼和斑点gar谱系分化后,基因在基因组反转事件中丢失。TNFAIP8公司两侧是DMXL1型和HSD17B4型在硬骨鱼类基因组复制之前分化的(A)人类和鳐鱼,如(D)斑点黄鳝。这三个基因在人类和gar基因组中转录方向相同。在硬骨鱼中,包括(B)斑马鱼和(C)刺鱼,tnfaip8型油轮丢失,并且dmxl1型和hsd17b4型以相反的方向转录。(E,F)Dre8和Hsa5在周围区域具有保守的共线性TNFAIP8公司杂交系表明基因顺序的改变与染色体反转事件一致。反转的另一个断点发生在hsd17b4型和第16周因为斑马鱼(E)和人类(F)的转录方向相反。
为了确定硬骨鱼类的基因排列或人类的排列是否是祖先的条件,我们检查了斑点鱼的基因组,斑点鱼是一种类似于鳐鱼的硬骨鱼类,但它代表了TGD之前从硬骨鱼类谱系中分化出来的最新谱系[39–43]. 斑点gar基因组编码dmxl1型,tnfaip8型油轮,以及hsd17b4型与人类基因组中相同顺序和方向的基因(). 这些结果表明,祖先的情况是dmxl1型>tnfaip8型油轮>hsd17b4>而且那个tnfaip8型油轮在gar和硬骨鱼谱系分化后,ohnolog从硬骨鱼谱系中消失了。因为dmxl1型和hsd17b4型在硬骨鱼类中方向相反,但在gar和人类中方向相同,我们得出结论:DMXL1型和HSD17B4型硬骨鱼类谱系在从gar谱系分化后出现基因。此反转的另一个断点位于hsd17b4型和第16周在人类中是以相同方向转录的,而在斑马鱼中是以相反方向转录的(). 我们假设dmxl1型和hsd17b4型发生在祖先体内tnfaip8型油轮基因或其调控元件,从而破坏其活性,之后该基因可能成为假基因,随后消失得无影无踪。
为了确认代表真正同源的片段,我们对编码的染色体区域进行了更广泛的研究DMXL1型,TNFAIP8公司和HSD17B4型使用Synceny数据库[29]. 一组12条斑马鱼基因包括dmxl1型和hsd17b4型()与包含TNFAIP8公司(). 在硬骨鱼类和人类血统分化后,该地区至少发生了一次额外的反转事件,这可以从年的一系列交叉线中得到证明这些保守的同步性数据有力地支持了以下结论:人类和斑马鱼的染色体片段确实是同源的。对这些数据的最简单解释是,包括斑马鱼在内的硬骨鱼没有人类和gar的直系祖先TNFAIP8公司该基因位于该位点,因为它在斑马鱼和斑马鱼谱系分化后,但在斑马鱼类和斑马鱼类谱系分化前发生的反转事件中被破坏。
TGD paralog的位置dmx1升, (tnfaip8型油轮),hsd17b4型斑马鱼区域
由于TGD,斑马鱼拥有人类基因组许多区域的两个同源拷贝[28,39,41,44,45]. Synteny数据库的Dotplot工具帮助定位斑马鱼基因组的区域,该区域是Dre8区域的TGD paralog,包含dmxl1型, (tnfaip8型油轮),hsd17b4型, [29]. 结果表明,Hsa5长臂的中心部分(从80Mb到117Mb左右)在斑马鱼染色体Dre5和Dre10的一部分上明显有两个同源的副标记(,左),并且在染色体末端约130Mb之间的Hsa5区域在Dre14和21上有重复(,右侧)。这个TNFAIP8公司然而,该基因位于Hsa5的117Mb和125Mb之间的区域,其TGD同源性不太清楚。为了进一步研究这一点,我们寻找了占据Dre8左端的基因的同源序列(注意hsd17b4型是左端粒的第十个基因)。尽管Dre5和Dre10具有一些较远的同源物,但结果未能揭示该区域的明显副登录(). 对单个基因的分析证实了这一发现,并表明Hsa5中含有TNFAIP8公司与Dre8的一部分同源,但Hsa5上的相邻区域与Dre10的一部分相邻(). 我们得出结论,斑马鱼基因组不仅缺少TNFAIP8公司而且它拥有一个嵌有斑点gar Dre8基因的染色体区域的单同源序列。鉴于在最基础分化的硬骨鱼类、鳗鱼和多骨舌中缺乏合适的基因组分析,很难根据现有信息确定tnfaip8型油轮发生在TGD之前或之后。如果tnfaip8型油轮TGD后丢失,然后一个复制副本可能在上述发现的反转事件中丢失,而另一个复制复制副本可能是由于一种机制丢失的,这种机制不仅删除了它,还删除了周围的基因。
TGD后,围绕祖先的染色体区域tnfaip8型油轮基因恢复为单一拷贝。灰点代表斑马鱼染色体和人类Hsa5之间的同源区域。(A) 人类周围地区TNFAIP8公司在斑马鱼基因组中,Dre5和Dre10(左图)以及Dre14和Dre21(右图)上有两组同源同源同源基因。(B) 在Dre8的左端(包含坦桑尼亚联合共和国-邻近基因hsd17b4型). Dre5和Dre10显示了远距离同源性的证据。
Hsa5的邻近区域显示了Dre8和Dre10的正畸学证据。只有该地区的一个副本缺少TNFAIP8公司Dre8上的斑马鱼中存在直系血吸虫。
的系统发育分析坦桑尼亚联合共和国家庭
上述基因历史分析得到39个TNFAIP8家族蛋白质的系统发育分析的支持,这些蛋白质来自鱼类、两栖动物、爬行动物、鸟类和哺乳动物,以及果蝇属作为一个外部群体。所有TNFAIP8序列(除果蝇属)形成一个单系群,得到99.8%的支持(和S2图). 所有TNFAIP8L1序列构成一个单系群,支持率为92.0%。该组包括斑马鱼Tnfaip8l1序列(以前称为Tnfaip 8),以及粘背Tnfaip2序列和gar Tnfaib8序列之一。这些斑马鱼、河豚和gar数据推断在分类群和补体基因合成酶分析中与Tnfaip8l1而非Tnfaip 8相似。它也支持我们的说法,即tnfaip8型油轮在已测序的硬骨鱼类基因组中,该基因已丢失。分析后的TNFAIP8L2序列形成了一个单系群,支持率为86.9%,TNFAIP8 L3序列形成了100%支持率的单系群。综上所述,系统发育分析支持了我们的保守共生性分析,确定了一种斑马鱼与哺乳动物的同源基因Tnfaip81l型(tnfaip8l1型),两条斑马鱼与哺乳动物的同源变压器8l2(tnfaip8l2a型和tnfaip8l2b型)和一条与哺乳动物同源的斑马鱼变压器8l3(tnfaip8l3型). 系统发育树表明,尽管没有强有力的支持(59%用于TNFAIP8/TNFAIP8L1分支,48.4%用于TNFAIP 8L2/TNFAIP8L3分支),但VGD1产生了一个坦桑尼亚联合共和国8/8L1祖先基因与aTNFAIP8L2/8L3型祖先基因,然后VGD2产生了全组四个基因(TNFAIP8公司,坦桑尼亚联合共和国,TNFAIP8L2型,以及坦桑尼亚联合共和国)在当前人类基因组中有代表性().
讨论
脊椎动物TNFAIP8公司基因家族起源于两轮全基因组复制,产生含有TNFAIP8公司,坦桑尼亚联合共和国,TNFAIP8L2型,以及TNFAIP8L3型基因(). 我们的分析表明,在它与斑点黄鳝的共同祖先发生分歧后tnfaip8型油轮ohnolog从血统中消失,导致了ostariophysi(包括斑马鱼)和percomphys(包括stickleback)硬骨鱼。这种损失可能是在与斑点gar发生分歧之后,但在VGD之前造成的,因为没有tnfaip8型油轮在其他具有代表性的硬骨鱼类物种中,包括脊背鱼和斑马鱼中也发现了直系动物。也有可能tnfaip8型油轮-含有与TGD重复的区域,tnfaip8a型和tnfaip8b型ohnologs和两个独立的事件,一个与反转突变点有关,另一个与几个相邻基因的丢失有关,导致了这两个基因的丢失tnfaip8型油轮TGD ohnologs公司。虽然由于严格的节俭,两败俱伤的情况似乎不太可能发生,但从生物学角度来看,可能性似乎更大。为了帮助回答这个问题,我们试图确定tnfaip8型油轮日本鳗鲡和欧洲鳗鲡基因组中的基因家族成员(日本鰻和安圭拉分别),它们是鳗鲡类的代表,鳗鲡是TGD之后立即出现的一种基础上分化的血统[46]. 我们针对NCBI中可用的日本和欧洲鳗鱼基因组数据,使用人类和gar TNFAIP8、TNFAIP8L1、TNFAIP 8L2和TNFAIP9L3蛋白序列进行了TBLASTN查询,但未能确定与这四个基因中任何一个基因有显著相似性的序列。当前程序集很可能不完整。当更多序列信息可用时,这个问题可能会在稍后得到解决。
像河豚和斑马鱼这样的真鱼拥有人类的单一直系祖先坦桑尼亚联合共和国和TNFAIP8L3型基因(图和)虽然缺少人类的直系亲属TNFAIP8公司基因(). 很可能,在TGD之后,人类的两种同音异义词坦桑尼亚联合共和国(tnfaip8l1a型和tnfaip8l1b型)和TNFAIP8L3型(tnfaip8l3a和tnfaip8l3b型)存在于常见硬骨鱼类祖先基因组中,每个基因的一个同源性随后丢失,导致硬骨鱼类基因组的当前状况。失去tnfaip8型油轮可能反映了非必要功能和/或功能冗余tnfaip8型油轮家庭成员。相比之下,人类有两种同体TNFAIP8L2型基因仍然存在于硬骨鱼类中(tnfaip8l2a公司和tnfaip8l2b型) (). 基于保守的共生性,这些共生性很可能是TGD的结果,并保留在硬骨鱼类基因组中。这两个TGD ohnolog的功能很可能在它们之间共享单个人类直系亲属所拥有的功能TNFAIP8L2型,正如子功能化所预期的那样[47]. 也有可能是这些基因中的一个或两个或另一个硬骨鱼tnfaip8型油轮-家族基因保留了缺失的部分TNFAIP8公司正交函数[48]. 展望未来,研究所有硬骨鱼类的基因功能势在必行tnfaip8型油轮家庭成员,以便他们可能应用于与人类有关的问题TNFAIP8公司和TNFAIP8L2型功能。
我们的发现支持了脊椎动物基因史特征在开发人类生物医学硬骨动物模型中的重要性[28,48]. 像斑马鱼这样的远隔体在理解胚胎发生和脊椎动物发育方面是非常宝贵的,并且已经被开发为宿主-病原体相互作用的模型[49–65]和肿瘤发生[66–77]. 事实上,通过基因历史分析的应用,我们之前已经能够确定斑马鱼和人类之间Toll样受体(TLR)信号通路的差异,这对于斑马鱼作为TLR4(和TICAM2/TRAM适配器蛋白)信号通路模型的使用和解释至关重要[78,79]. 在当前的研究中,我们使用斑点gar基因组来帮助理解tnfaip8型油轮来自硬骨鱼类谱系的基因,并描述了可能发生这种情况的基因组反转机制。我们的发现突出了斑点gar作为一个正形桥梁的价值,它不仅可以用于识别哺乳动物和硬骨鱼类基因组之间共享的基因同源序列,还可以用于解决与ohnolog丢失相关的差异。这类研究具有广泛的适用性,将有助于加强硬骨动物模型应用于研究人类健康和疾病问题的理论基础。
支持信息
S1图
氨基酸比对和氨基酸百分比鉴定。(A) 人类TNFAIP8、TNFAIP8L1、TNFAIP 8L2和TNFAIP9L3蛋白质序列的Clustal Omega比对。(B) 基于TNFAIP8家族每个成员之间成对比较的氨基酸身份百分比。
(畅通节能法)
S2图
脊椎动物TNFAIP8蛋白家族的Clustal Omega多重序列比对。(畅通节能法)
致谢
这项工作得到了美国国立卫生研究院的支持(网址:www.nih.gov)美国向C.S.(美国国立卫生研究院国家普通医学科学研究所颁发的机构发展奖(IDeA),授予编号P20GM103423)、J.H.P.(R01RR020833、R01OD011116和PO1HD22486)和C.H.K.(R01GM087308和P20GM103 534)。农业部国家食品和农业研究所孵化项目编号ME021610(MAFES出版物3532),由三角进化医学中心(TriCEM)资助(http://tricem.dreamhosters.com/)致J.A.Y。
资金筹措表
这项工作得到了美国国立卫生研究院的支持(网址:www.nih.gov)美国对C.S.(美国国立卫生研究院普通医学科学研究所颁发的机构发展奖,编号为P20GM103423)、J.H.P.(R01RR020833、R01OD01116和PO1HD22486)和C.H.K.(R01GM087308和P20GM103534)的资助。农业部国家食品和农业研究所孵化项目编号ME021610,由三角进化医学中心(TriCEM)资助(http://tricem.dreamhosters.com/)对J.A.Y.来说,资助者在研究设计、数据收集和分析、决定出版或编写手稿方面没有任何作用。
数据可用性
所有相关数据都在论文及其支持信息文件中。
工具书类
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