鸭免疫球蛋白基因胚系结构、多样性产生机制和功能分析

Because of economic importance in agriculture and its immunological characters, the duck, as a representative species of water fowls, has gradually attarcted attentions of many immunologists. So far, little is known about the immunogenetic knowledge of ducks as compared with chickens. This study is focused on the immunoglobulin gene system, aiming to provide a complete germline structure of the duck immunoglobulin heavy and light chain gene loci. Several molecular mechanisms such as V(D)J recombination, gene conversion and somatic hypermutation, that are tightly involved in generation of diversity of immunoglobulin variable regions, will also be fully analyzed. As compared with chickens,a remarkable difference is that ducks can express two forms of IgY, intact IgY and a truncated IgY without Fc region (IgY delta Fc) in their sera. Structurally, IgY delta Fc can only neutralize invading pathogens, but is not able to perform functions of oposonization and complement activation. It is still not clear now what are the advantages of the co-expression of IgY and IgY delta Fc to the duck humoral immune system. We are also planning to investigate how the expression of these two IgY forms is regulated, and what are their respective functions. Based on these studies, we may give a thorough and complete analysis of the duck immunogloblin genes, and provide some clues to understanding of the immunological characters of ducks.

近年来，因为在农业经济上的重要性以及其自身免疫学的特点，鸭，作为水禽的代表，越来越受到免疫学研究者关注。但我们目前对鸭本身的免疫遗传学知识还所知甚少。本研究以鸭适应性免疫系统中的关键分子免疫球蛋白基因为研究对象，深入解析其重链和轻链基因位点胚系结构，构建其完整的基因位点结构图谱；系统阐明在免疫球蛋白多样性产生过程中的V(D)J重组、基因转换、体细胞超突变等重要分子机制的特点。同时鸭免疫球蛋白系统的一个显著特点是鸭同时可以表达完整形式的IgY以及缺少Fc段的IgY形式（IgY delta Fc）。截断形式的IgY从结构上看只能发挥中和作用，而不能行使调理及补体激活功能。两种形式IgY的存在对鸭体液免疫机能的功能意义尚不清楚，这也是本研究的另外一个重点。期望通过以上研究使我们对鸭免疫球蛋白基因的表达调控和功能有一个更为全面的认识，为理解鸭的抗病机理提供免疫遗传学线索。

鸭是水禽类的代表, 具有重要的农业经济价值和特殊的免疫学特点, 近年来受到越来越多免疫学研究者的关注。免疫球蛋白是动物适应性免疫系统中的关键分子, 目前在几乎所有研究过的鸟类免疫球蛋白轻链 基因位点中, 都只有一个功能Vλ基因片段可以参与VJ重组, 因此VJ重组引入的序列多样性非常有限。鸟类IgL基因主要依赖基因转换机制而产生序列多样性, 即利用可变区假基因作为序列供体来修饰发生VJ重组的Vλ基因。兔子及一些偶蹄类动物 (猪、牛和羊等) 的免疫球蛋白基因也能通过基因转换产生多样性, 但是人和小鼠免疫球蛋白基因几乎不能发生基因转换。本研究深入解析了北京鸭IgL基因序列, 构建了完整的基因位点胚系结构图谱；系统分析了北京鸭IgL基因多样性产生机制的特征, 如VJ重组、基因转换、体细胞超突变等。期望通过以上研究, 使我们对鸭IgL基因的位点结构和多样性产生机制有更全面深入的认识。. 我们通过筛选北京鸭基因组细菌人工染色体文库, 并对筛选到的覆盖北京鸭完整IgL基因位点的BAC克隆进行全长测序, 获得了包含北京鸭轻链基因的约210 kb的基因组序列。通过对该序列的分析, 结合Southern blotting及RACE实验结果, 最终构建了北京鸭IgL基因位点完整胚系结构图。在北京鸭IgL基因位点中, Cλ和Jλ基因为单拷贝, 这与鸡等其它鸟类一致；而与其它鸟类不同的是, 北京鸭IgL基因位点中共有88个Vλ 基因片段, 其中9个是功能Vλ基因, 79个为假基因。88个Vλ基因可以分为两个家族, 而9个功能Vλ基因同源性较高, 属于同一家族成员。进化树分析显示, 这9个功能Vλ基因与其它鸟类的功能Vλ基因同源性很高, 说明鸭多个功能Vλ基因很可能是进化过程中通过基因复制产生的。我们通过特异PCR及序列分析发现, 鸭9个功能Vλ基因均能参与VJ重组过程。相比于鸡等其它鸟类, 多个V基因参与VJ重组明显增加了鸭IgL基因重组多样性, 但与人和小鼠相比仍然很低。而且北京鸭9个功能Vλ基因中都能发生基因转换, 从而可显著提高北京鸭IgL基因多样性。. 综上所述, 我们首次获得了鸭IgL基因位点完整胚系结构图, 并对其多样性产生机制如VJ重组、体细胞超突变、基因转换等进行了详细研究分析, 为人们理解鸭免疫球蛋白基因的多样性产生机制奠定了基础。