CVNH结构域的进化分析和选择压力检测.pdf

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1、遣 H E R E D I T A S(B e i j i n g)2 0 1 0 年 1 月，3 2(1)：8 7-9 4 IS S N 0 2 5 3 9 7 7 2 W W W c h in a g e n e c a 研究报告 DoI：1 0 3 7 2 4 S P J 1 0 0 5 2 0 1 0 0 0 0 8 7 C VN H结构域的进化分析和选择压力检测 齐小琼 一，高磊 一，苏应娟，王艇 1 中国科 学 院武 汉植物 同，武 汉 4 3 0 0 7 4 2 中 国科学 院研究 生院，北京1 0 0 0 4 9；3 中山大学生命科学学院，广州 5 1 0 2 7 5 摘要：蓝

2、藻抗病毒蛋白一 N(C y a n o v i r i n N，C V N)具有广谱抗病毒活性，其同源物构成 c V N H(c y a n o v n N h o mo l o g y)蛋 白家族，并且家族成员的抗人类免疫缺陷病毒结构域在进化上非常保守。文章通过重建基 因树对 CV NH结构域的“零散分布”特 点作 了更为细致的了解，发现在黑曲霉、费氏曲菌、产黄青霉、粗糙脉孢霉、蓝 杆藻和水蕨等物种中存在多份该结构域拷贝。在此基础上，分别采用机理 式模型(Me c h a n i s t i c mo d e 1)和 ME C模 型(Me c h a n i s t i c e mp i r

3、 i c a l c o mb i n a t i o n mo d e 1)对 C VNH结构域序列位点进行适应性进化分析，结果显示：1)两类 模型均未检测到统计上显著的正选择位点；2)净化选择对 C V NH起主导作用；3)ME C模型更适合所研 究的数 据。进一步使用“支一 特异”模型和“支一 位点”模型对蓝杆菌菌株 7 8 2 2和 7 4 2 4的祖先分支进行检测，发现该分支 经历过适应性进化，并且鉴定出 6个正选择位 点(3 4 L、6 3 L、1 3 H、7 6 C、7 8 K和 8 0 I)。关键 词：C V N H；蓝藻抗病毒蛋 白一 N；基 因复制；净化选择；适应性进化 P

4、h y l o g e n e t i c a n a l y s i s a nd de t e c t i o n o f s e l e c t i v e pr e s s u r e o n t he CVNH do ma i ns QI Xi a o Q i o n g 一，GAO L e i 一，S U Yi n g J u a n ，WANG T i n g 1 Wu h a n B o t a n i c a l Ga r d e n，C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e s，Wu h a n 4 3 0 0 7 4，C

5、h i n a；2 Gr a d u a t e S c h o o l o f C h in e s e Ac a d e my o fS c i e n c e s，B e n g 1 0 0 0 4 9，C h i n a；3 S c h o o l o il if e S c i e n c e s，S u n Y a t s e n U n i v e r s i ty，Gu a n g z h o u 5 1 0 2 7 5，C h i n a Abs t r a c t：Cy a n o v i r i n N(cv N1 i S a D o v e l p r o t e i

6、n wi t h b r o a d s p e c t r u m a n t i v i r a l a c t i v i t y I t s h o mo l o g s c o n s t i t u t e a p r o t e i n f a m i l y k n o wn a s C V NH(C y a n o v i r i n N h o mo l o g y)wh i c h p o s s e s s t h e e v o l u t i o n a r i l y c o n s e r v e d a n t i H I V f Hu ma n i m mu

7、 n o d e 行c i e n c v v i ru s)d o ma i n I n t h i s s t u d y，mo r e d e t a i l s a b o u t t h e p a t c h y o r g a n i s m d i s t r i b u t i o n o f CVNH d o ma i n we r e e x pl or ed b y r e c o ns t ruc t i ng g e ne t r e es Dup l i c a t e d CVNH s e q ue n c es we r e a l s o i d e nt

8、i fie d i n a wi de r a ng e o f s pe c i es i n c l u d i n g A s p e r g i l l u s n i g e r，N e o s a r t o r y a fi s c h e r i NR R L 1 8 1，P e n i c i l l i u m c h r y s o g e n u m Wi s c o n s i n 5 4 1 2 5 5，N e u r o s p o r a e r a s s a，Cy an ot he c e s pPCC，a n d Ce r at o pt e r i s

9、r i c h ar di i Be s i de s t he s e f i n di ngs bo t h t he me c ha ni s t i c a n d me c ha ni s t i c e mp i r i c a l c o mb i n a t i o n(MEC)mo d e l s we r e u s e d t o a n a l y z e t h e a d a p t i v e e v o l u t i o n o f a mi n o a c i d s i t e s i n t h e CVNH d o ma i n Ou r r e s

10、u l t s s h o we d t h a t：(1)n e i t h e r mo d e l r e v e a l s s i g n i fi c a n t s i t e s u n d e r g o i n g p o s i t i v e s e l e c t i o n；(2)p u ff f y i n g s e l e c t i o n h a s p l a y e d a d o mi n a n t r o l e d u ri n g CVNH e v o l u t i o n；a n d(3)t h e M E C mo d e l b e

11、t t e r fi t s t h e CVNH d a t a s e t Fu r t h e r mo r e t h e a n c e s t r a 1 b r a n c h l e a d i n g t o C y a n o t h e c e s p P CC 7 8 2 2 a n d 7 4 2 4 we r e e x a mi n e d u s i n g“b r a n c h s p e c i f i c”a n d“b r a n c h s i t e”mo d e l s S i x p o s i t i v e l y s e l e c t

12、e d s i t e s(3 4 L，6 3 L 1 3 H。7 6 C 7 8 K a n d 8 o I)we r e j d e n t i fie d o n山e b r a n c h Ke y w o r d s：C y a n o v i r i n N h o mo l o g y；c y a n o v i r i n N：g e n e d u p l i c a t i o n；p u r i f y i n g s e l e c t i o n；a d a p t i v e e v o l u t i o n 收稿 日期：2 0 0 9 0 5 2 7；修回 日期

13、：2 0 0 9 0 8 2 5 基金项目：国家 自然科学基金项 目(编号：3 0 0 1 1 5 9 7)资助 作者简介：齐小琼(1 9 8 1-)，女，博士，专业方向：进化遗传学。E ma i l：q x q l 0 0 4 1 6 3 t o m 通讯作者：王艇(1 9 6 9 一)，男，博士，研究员，博士生导师，研究方向：进化遗传学。T e l：0 2 7-8 7 5】0 6 7 7；E ma i l：t i n g w a n g w b g c a s C 11 8 8 遗 H E R E D I T A S(B e i j i n g)2 0 1 0 第3 2 卷 蓝藻抗病毒 蛋

14、白一 N(C y a n o v i r i n N，C V N)是在 椭孢 念珠 藻(N o s t o c e l l ip o s p o r u m(D e s )R a b e n h )中 发现 的一 种抗病毒 蛋 白。天然 C V N属链状 蛋 白，含 1 0 1 个 氨基酸，分 子量为 1 1 k D a，主要 由 13 叠 片结 构组 成。整个 多肽链 包括 两个 序列 重复单 元，分 别 对 应 于 1-5 0和 5 1 1 0 1位氨基 酸残基，两者之 间的 氨基酸序列相似性可达 3 2 l l；折叠后的构象呈现 假二重对称(T wo f o l d p s e u d

15、o s y mme t r y)。B o y d等 发现 C V N可以和人类免疫缺陷病毒 H I V 一 1的衣壳 蛋 白 g p l 2 0特异、高亲合性地结合。H I V 一 1在感染 宿 主细胞 时，当 g p 1 2 0与 宿主细胞 C D 4结合后，其 亚单位 g p 4 1 就会解离下来，与宿主细胞膜上的靶位 点结合，从而介导 H I V 一 1包膜与宿主细胞膜融合。由 于 C V N可与 g p 1 2 0结合，阻断 g p l 2 0与 C D 4的作 用，这样就能切断病毒进入宿主细胞 的途径，有效 降低 H I V 1 感染【3】。除 H I V 1 外，C V N还能高效

16、抑 制 H I V 2、猴免疫缺陷病毒(S I V)H】、单纯疱疹病毒一 1 (H S V 一 1)及埃博拉病毒(E b o l a)。它对 A型和 B型 流感病毒也有很高的活性l 6】。C V N隶 属 C VN H(C y a n o v i r i n N h o m o l o g y)蛋 白 家族。三维结构搜索发现，所有的 C VN H蛋白都和 蓝藻 C V N 多肽链的折叠形式完全匹配，这提示其 结构域在真核生物中的进化非常保守。此外，有研 究报 道 C VN H 结构域 具有“零 散分布(P a t c h y d i s t r i b u t i o n)7 1 的特 点，即

17、它在部 分蓝 藻、有纤丝 的子囊 菌和蕨类植物水蕨 中存在，但在其他蓝藻、子囊菌 和植物中却未曾出现。针对 重复 基 因的研 究显示，祖 先基 因在 发生重 复后，一般会面临 3 种进化可能：(1)一份拷贝保留 祖 先基 因功 能，而 另一 拷 贝获得 新 的功 能，即新 功 能 化(N e o f u n c t i o n a l i z a t i o n)；(2)其 中一 份拷 贝丧失 功 能，成 为 假 基 因；(3)两 份 拷 贝 通 过 亚 功 能 化(S u b f u n c t i o n a l i z a t i o n)，分 担祖先基 因的功能 8】。在研 究过程中，

18、我们发现 C V NH序列在一些物种中存在 多拷贝现象，这就为探讨基因序列重复发生后各 自 所经受 的选择 压力变化 提供 了机会。在基 因水平 检 测适应 性进 化，不仅 有助 于揭示 生物的进化史，而且还能加深理解基因的结构和功 能变异I 9】。目前，基于密码子置换模型计算得到的非 同义 同义替换速率比值(=d N d s)常被用来推测作 用于蛋 白质的选择压力。现在使用的进化模型大体 可分为 3类：一是 N i e l s e n和 Ya n g t m 提出的机理式 模 型(Me c h a n i s t i c mo d e 1)；二是 S c h n e i d e r 等 I

19、H 建立 的 经验式模 型(E m p i r i c a l mo d e 1)；三是 D o r o n F a i g e n b o i m 和P u p k o l】整 合 前 两 种 模 型 而 成 的ME C (Me c h a n i s t i c e m p i r i c a l c o m b i n a t i o n)模型。由于 ME C 模 型既考 虑到转 换一 颠换偏差、密码子使 用频率 以及 基 因内和基 因间所受选择作用不同等理论假设，又 同时顾及把经验性氨基酸置换概率引入非 同义 同 义置换速率比值的估计，因此更适合用于编码序列 的分析。利用密码子进化模型

20、，通过检测 d N d s 比值，本 研究 对 C VN H 家族成 员 的适 应性 进化进行 了分析，目的是 鉴 别 经 历 正 选 择 作用 的支 系和 位 点，揭示 C V NH 家 族 的进 化特 征。重 点关 注 的 问题 有：1)C VN H结构 域在物 种 中呈“零散分 布”的可能原 因；2)不 同的 C V NH 拷 贝是 否经受 的选 择压力各 异?3)对 序列 间分歧 度较 大 的数据，机 理式 模型 和 ME C模型 哪个更适 合?1 方法 1 1 序 列的 系统 发育分析 通过 Nc B I(h t t p：ww w n c b i n l m n i h g o v

21、)数据库 查找 C V NH 家族基因序列，经查对文献确认后，下 载氨基酸序列和核苷酸序列(表1)。选取 C VN H结 构域 进行后 续 的分 析(由于 N e u r o s p o r a c r a s s a 中的 XP一3 2 2 6 8 6 含有两个串联重复的C VN H结构域序列，所以在本研究中将这两份序列分别进行分析)。采用 C l u s t a l X程序【l 对C VN H结构域的氨基酸序列进行 对 位 排 列，并 经E MB OS S w i n 软 件 包【l】中 的 T r a n a l i g n程序将之转化为核苷酸序列对位排列。使 用P H YML ，软 件

22、 通 过 最 大 似 然 法(Ma x i m u m l i k e l i h o o d，ML)构建系统发育树，系统树的可靠性经 1 0 0 0次重复 的 自展法进 行检验。1 2 选择 压力 的检测 主要采用 P A ML 4 1 H T 来分析 C V NH结构域在 进化过程 中经受的选择压力变化，同时还利用 ME C 模型分析了该结构域氨基酸位点上的选择压力(在 网路 服务 器 S e l e c t o n 2 4(h t t p：s e l e c t o n t a u a c i l )上 完成)。P AML分析选择使用 3 种模型：(1)“支一 特异(B r a n c

23、h s p e c i fi c)”模型，】，它允许 在不同支系 第 1 期 齐小琼等：C V N H 结构域的进化分析和选择压力检测 8 9 双 色蜡蘑L a c c a r i a b i c o l o r$2 3 8 N H8 2 E DR 0 7 3 8 1 烟 曲霉 As p e r g i l l u s mi g a t u s Af 2 9 3 EB A2 7 3 0 6 烟 曲霉 As p e r g i l l u s f u mi g a t u s A1 1 6 3 E DP 5 3 8 0 5 棒 曲霉 As p e r g i l l u s c l a v a

24、t u s NR RL 1 E AW 1 1 6 5 0 黑 曲霉 As p e r g i l l u s n i g e r(1)C AK3 7 0 7 1 黑 曲霉 As p e r g i l l u s n i g e r f 2)C AK4 6 3 7 1 产黄青 霉 P e n i c i l l i u m c h r y s o g e n u m Wi s c o n s i n 5 4 1 2 5 5(1)C AP 9 5 1 4 5 产黄青 霉P e n i c i l l i u m c h r y s o g e n u m Wi s c o n s i n 5 4

25、 1 2 5 5(2)CAP 9 6 4 6 0 产黄青 霉Pe n i c i l l i u m c h r y s o g e n u m Wi s c o n s i n 5 4 1 2 5 5(3 1 CAP 8 5 7 8 5 产黄青霉P e n i c i l l i u m c h r y s o g e n u m Wi s c o n s i n 5 4 1 2 5 5 f 4)CAP 9 41 2 9 产黄青霉P e n i c i l l i u m c h r y s o g e n u m Wi s c o n s i n 5 4 1 2 5 5(5)CAP 8 0

26、 3 5 7 勃 氏块 菌T u b P r b o r c h i i AY7 6 3 5 0 5 费氏 曲菌 Ne o s a r t o r y fi s c h e r i NR RL 1 8 l(1 1 E AW2 3 8 0 5 费氏曲菌 N e o s a r t o r y fi s c h e r i NR RI _ 1 8 1(2)XP 0 0 1 2 6 5 7 0 2 小 麦褐斑 病菌 e y F e n o p h 0 r t r i t i c i r e p e n t i P t 一 1 C BF P E DU 4 0 6 3 8 粗糙 脉孢霉 N e u r

27、o s p o r a c r a s s XP 3 2 2 6 8 6 g 柄杆 菌 C a u z o b a c t r s p K3 1 AB Z 7 4 0 0 6 自养黄 色杆 菌X a n t h o b a c r t o t r o p h i c“P y 2 A BS 6 5 3 2 8 泥菌 G e o b a c t e r l o v l e y i S Z AC D9 4 4 5 4 蓝杆藻 C y a n o t h e c P s p P C C 7 4 2 4(1)A CK7 0 0 9 8 蓝杆藻 C y a n o t h e c e s p P C C

28、7 4 2 4(12 1 AC K7 0 3 3 7 蓝 杆藻 C y a n o t h e c e s p P C C 7 4 2 4(1 3 1 ACK7 0 3 3 8 蓝 杆藻。C y a n o t h e c s p P C C 7 8 2 2 I 1 1 E DX9 6 0 6 5 蓝杆 藻 C y a n o t h e c e s p P CC 7 8 2 2(12 1 E DX9 4 3 4 2 橙 色滑柱菌He r p P l o s f 口 D n a u r a n t i a c“AT C C 2 3 7 7 9 ABX0 4 0 7 7 蓝藻 No s t o

29、c e l l s o s p o r ig m C S 4 9 0 8 3 4 江南 卷柏 S e l a g i n e l l a mo e l l e n d o r f f i i F E 4 9 8 2 5 3 水厥 C e r a t o p t e r i s r i c h a r d i i(1 B Q0 8 7 1 8 7 水厥 C e r a t o p t e r i s r i c h a r d i i(2)B Q0 8 7 5 1 7 注：具有 a，b，c，d，e，f 3 标的物种均含有包括 C VN H结构域的数个重复序列；为区分这些重复，将不同物种或不同菌株

30、 的每个重复序列分别用 数字 编号，编号 置于学名后括 号内；XP一3 2 2 6 8 6 g：代 表的蛋 白序列 内含有两份 C VNH 结 构域序列，在本研究 中将它们分 别截 取，定 名为 N e u r o s p o r a c r a s s a 1和 N e u r o s p o r a c r a s s a 2(图1)。上有变化；其中单一比率(On e r a t i o)模型假定所有 支系的 值都是相同的，而 自由比率(F r e e r a t i o)模型 假定各支系的0)值各不相同，介于两者之间的是二 比 率(T w o r a t i o)、三比率(T h r e

31、 e r a t i o)模 型等；(2)“位点一 特异(S i t e s p e c i f i c)”模 型。，”，它假定 各支 系有相 同 o)值，但不同位点间的f O 值是可 以改变的；通常成对 比较模型 M2 a和 Ml a以及 M8和 M7(或者 M8和 M8 a)来检测正选择位点；(3)“支一 位 O,(B r a n c h S i t e)”模型，它将 进 化树 上 的支 系分成“前景 支(F o r e g r o u n d b r a n c h)”和“后 景支(B a c k g r o u n d b r a n c h)”两类，允许(o值同时在分支和位点间存有差

32、异，并且 只允许在“前景支”上存在 大于 1 的位点，因此可以在 前景支上检测承受正选择 的氨基酸位点 引。2 结果与分析 2 1 C V NH 结构域 的 系统 发育分 析 由C V NH结构域序列重建的 ML树(图1 A)显示，现有的来 自细菌、真菌和植物的 C V NH结构域可聚 为 I、I I 及 I I I 三类。值得注意的是，I 类既包括细菌、遗 H E R E D I T A S(B e ij i n g)2 0 1 0 第3 2 卷 Ge o b a c t e r l o v l e y i S Z _ _ 1 C a u l o b a c te r s p K 3 1 I

33、 P e n i c i l l i u m c h r y s o g e n u m Wi s c o n s i n 5 4-1 2 5 5 3 l P e n i c i l l i u m c h r y s o g e n u m Wi s c o n s i n 5 4 1 2 5 5 4 I A s p e r g i l l u s c l a v a t u s N R R L 1 I N e o s a r t o ry a fi s c h e r i N R R L 1 8 1 2 l N e o s a r t o r y a fi s c h e r i N R

34、R L 1 8 1 1 l A s p e r g i l l u s f u m ig a t u s A1 1 6 3 1 l A s p e r g i l l u s f u m i g a t u s A f 2 9 3 l 尸 n o p h o r a t r i t i c i r e p e n t i s P t 一 1 C-B F P l P e n i c i l l iu m c h r y s o g e n u m Wi s c o n s i n 5 4 1 2 5 5 2 I A s p e r g i l l u s n ig e r 1 l P e n i

35、 c i l l i u m c h r y s o g e n u m Wi s c o n s i n 5 4 1 2 5 5 5 I T u b e r b o r c h i i l A s p e r g i l l u s m g e r 2 l N e u r o s p o r a c r a s s a 1 I N e u r o s p o r a c r a s s a 2 I H e r p e t o s ip h o n a u r a n t ia c u s A T C C 2 3 7 7 9 I Xa n t h o b a c t e r a u t o t

36、 r o p h i c u s P y 2 _ J S e l a g i n e l l a mo e l l e n d o r f fii P e n i c i l l i u m c h r y s o g e n u m W i s c o n s i n 5 4 _ 1 2 5 5 5 l N o s t o c e ll ip s o s p o r u m l C y a n o t h e c e s p P C C 7 4 2 4 3 I I C y a n o t h e c e s p P C C 7 8 2 2 2 l C y a n o t h e c e s

37、p P C C 7 4 2 4 2 l C y a n o t h e c e s p P C C 7 8 2 2 1 I C ya n o t h e c e s p P CC 7 4 2 4 1 _ 1 J 图 1 用ML 法构 建 的C VN H结构域 系统树 A：辐射状树图显示不同来源的 C VN H结构域的进化关系；B：矩形树 图中的加粗分支为“分支一 特异”模型 中的前景支，同时用字母 c、d、e 标 示。系统树的每个分支用物种的学名表示，在同种或者同株中存在几个拷贝的基因用学名加数字编号(表 1)表示。第 1 期 齐小琼等：C V NH 结构域 的进化分析和选 择压力检测 9 1

38、 真菌的序列，也拥有植物序列；I I 类 中的序列全部来 自真菌；而 I I I 类仅 含粗糙 脉胞霉 的两个 串联 重复序 列。这些结 果也细化 了对 C V N H 结构域“零散 分布”的认 识：它们 只 出现在部分 细菌(蓝藻、绿色非 硫细 菌及变形菌)、真菌(子囊菌和担子菌)和植物(水蕨和 江南卷柏)中，而在其他真菌、细菌和植物中缺乏。C V N H 结构 域序列在 一些 细菌、真 菌和植物 的水蕨 中 存 在 多 份 拷 贝。费 氏 曲 菌(N e o s a r t o r y a fis c h e r i N R R L 1 8 1)和水 蕨(C e r a t o p t e

39、 r i s r i c h a r d i i)中各 有 两 个拷 贝的 C V N H 结构 域序列，它们 的这 些拷 贝在 基 因树 中分 别构 成姊 妹 群。蓝杆 藻菌 株 7 4 2 4(C y a n o t h e c e s p P C C 7 4 2 4)有3 个 拷 贝、菌 株7 8 2 2 (C y a n o t h e c e s p P C C 7 8 2 2)有 两个 拷 贝，黑 曲霉(A s p e r g i l l u s n i g e r)有 两 个 拷 贝，产 黄 青 菌(P e n i c i l l i u m c h r y s o g e n

40、u m Wi s c o n s i n 5 4 1 2 5 5)有 5 个 拷 贝。但是 这些来 自相 同种 或者菌 株的 C VN H结构 域 拷 贝 并 不 聚 在 一 起，而 是 分 属 不 同支 系，提 示 C V N H 结 构 域 复制 可 能 发 生 在种 或 者 菌 株分 化 之 前。粗糙 脉孢霉(N e u r o s p o r a c r a s s a)的两个 C VN H结 构域序列呈现串联重复的状态，这种现象比较独特，迄 今在 其他物 种 中还未观 察 到类 似 现象。将此 两个 序列分别独立出来进行分析，发现它们单独聚为一 类(I I I)且互 为姊妹 群。2

41、2 C V N H 结构 域蛋 白编码序 列 的选 择压 力检 测 2 2 1 运 用机 理 式模 型检 测 C VN H结构域 编码 位点 的选择压 力 使用ML法构建的系统树(图 1 B)，对 C V NH结构 域 位 点检 测 的结 果 见表 2。似 然 比检 验(L i k e l i h o o d r a t i o t e s t，L R T)表明，M3显著优于 M0(2 A L=5 2 3 2 5，表 2检 测 CV NH 结构域 位点 的选择压 力 P 0 0 1，d f=4)，说 明位 点 问承受 的选 择压力具 有异 质性。比较 Ml a(近似 中性模 型)和 M2 a(

42、选择模 型)，M2 a 并不 优于 M1 a(2 A L=1 8 0，P=0 4 1，d f=2)。从 假设 的位点类别可以看出，虽然 M2 a 第三类位点中 大约有 2 的位点 值大于 1(2=4 0 4)，但 M2 a 和 Ml a相 比并不具 统计显 著性，故不能 接受 M2 a的结 果，因此通 过这 两个 模 型 的 比较未 鉴定 出正选 择 位 点。同样，M8 也并不优 于 M7(2 A L=4 7 8，P=0 0 9，d f ：2)。模型 M3的 3类密码子位点分别对应的 值为 0 0 4 0 4，0 1 5 5 6和 0 4 2 7 7，显示有 6 9 左右 的位点受 较强 的净

43、化选择约束。本研究用于检测正选择氨基 酸位点的模型均未在 C VN H结构域获得阳性结果。2 2 2 运 用 ME C模型检 测 C VN H 结构域 编码位 点 的选择 压 力 选取 3 0个 C V NH结构域序列作为 S e l e c t o n服 务 器 的输 入数据，所用 的系统树见 图 l B。选用 ME C 模 型(L o g l i k e l i h o o d=一 8 3 1 2 0 4；A I C c 值=1 6 6 3 4 2 6 6 9)作为备择模型，并且和零假设模型 M8 a(L o g l i k e l i h o o d=-8 5 5 2 9 9；A I C

44、 值=1 7 1 1 4 1 0 4 2)比较。因 ME C模型的似然值较大而 AI C c分值较低，所以允 许正选择发生的 ME C模型更适合所分析的数据。基 于 ME C 模 型 得 到 的结 果 标 注 在水 蕨(C r i c h a i i)C V N H 蛋白(登录号：B Q 0 8 7 5 1 7)的一级结构(图 2)上，不同的选择压力采用不同的颜色背景标注：黄 色为正选择 位点，白色到 紫 色为 经受 净化 选 择 的位 点，而深黄色和深紫色分别代表统计上显著的正选 择 和净化 选择位 点。图 2显示，大 部分位点被 白色 到紫色之间的颜色标注，并且深紫色位点居多(占总 位点

45、的 1 9 7 8)，说 明这些位 点 经历强 的净化 选择；注：P是模型的 自由参数数 目，l n L是最大似然值的对数，2 A l n L是 M2 a和 Ml a、M3和 M0及 M8和 M7间 l n L之差 的两倍，表示似然 比检验 显著。第 1 期 齐小琼等：C V N H 结构域的进化分析和选择压力检测 9 3 敏度 圳。另一方 面，针对 正选择 可 能仅作 用于进 化 的某一 阶段 或者 某些位 点或 者某一 阶段 的某些位 点，新 建立 的进 化分 析模 型还 能对 不 同支系 和位点 分别 予 以独 立检 测、确定 正选 择，2 6 1,并 给 出更稳 健的 统 计检 验结果

46、。在检 测 C V NH结构 域序 列位点 选择 压力时，我们分别采用了机理式模型和 ME C模型。对 比这两个模型，显示后者更适合所分析的数据。考 虑到 ME C 模 型更加强 调把经 验性氨基 酸置换 概 率 这一 信息 补充 进 密码 子进 化模 型，得 出 的结果 与 预 期的相符。本研 究表 明，C V NH 家族成员 的抗 H I V结 构域 有 1 9 7 8 的位点经受 强烈 的净化选择。此外，采用 ME C模型虽然检测到正选择位点，但是相关位点未 获统计支持。C V NH蛋白整体上以受净化选择为主，推测 可能涉及 以下 3个 方 面的原 因：一 是 C V N H 蛋 白的功

47、 能重 要，氨基 酸 序列 较 为保 守；二 是用 于 分 析的 C V N H 序列数据取 自进化上跨度颇大的类群(细菌、真菌和植物)，因序列问分化程度较高致使静 默变异饱和，从而对数 据造成干扰 2 ；最后，可能 由于 C VN H序列具古老进化历史，而其较短的序列 又 只能提 供较 少 的可检 测位 点，这样也 使 适应 性进 化信号难 以被探测 到 I 2 。基因复制在分子水平具有重要的进化意义I 2 引，它 是产 生新功 能基 因和基 因家 族多样 性 的主要 原 因 之一。如果复 制后 的基 因 由突 变而 获得 的新功 能有 利 于个 体适 应 环境 变 化，增加 适 合度，那

48、么受 正 选 择驱动就会在种群固定 3 0 1。C VN H结构域在一些真 菌、细菌 和植 物 中存在 复制 现象。我们利 用“支 一 特 异”模型在蓝杆藻菌株 7 8 2 2和 7 4 2 4的祖先支检测到 正选择作用，再度显示 C VN H结构域发生序列复制 后，一 份拷 贝 的位点 会 以较 快的替 换速 率 发生 适应 性 进化，而另外 的拷 贝则 仍 以净 化选择 作用 为主 导，维持原有的功能。进一步将这些正选择位点定位在 蛋白质的三维结构发现，4 2 L、8 3 C和 7 1 L均位于反 向平行的 D片层上，不会影响蛋 白骨架构建；而 3 0 H、8 5 K和 8 7 1 则均位

49、于两 B片层连接处的卷曲区 域。后 两 个 位 点 可 能涉 及 到 糖 结 合 口袋(S u g a r b i n d i n g p o c k e t)的形成，从而 可能改变 C V NH与糖结 合 的特异 性和亲 和力 I 3”。本研 究针对 C VN H结构域 进行 了分子进 化分析，首 先 了解了它 们在 细菌、真菌 和植 物 中的分 布状 况 和进化关系，然后又利用“支 位点”模型鉴定出 6个 正选择位点。这些结果为后续的 C V NH功能验证和 借 助基 因工程途 径改 良蛋 白活性奠 定 了理论基 础。参考文献(Re f e r e n c e s)1 Gu s t a f

50、 s o n KR，S o wd e r RC 2 n d，He n d e r s o n L E，Ca r d e l l i n a J H 2 n d，Mc Ma h o n J B，R a j a ma n i U，P a n n e l l L K，B o y d MR I s o l a t i on，pr i ma r y s e q ue n c e d e t e r mi na t i o n，a n d d i s ul f i d e bo nd s t r u c t u r e o f c ya n ov i r i n N。a n a n t i HI V(hu