鸡和鸭胚系VJ重组新型轻链基因的发现和功能研究

Based on the released genome data, we recently discovered a novel immunoglobulin light chain-like gene in several birds including chicken, duck and turkey. Compared with conventional immunoglobulin light chain genes, this gene is characterized by a prejoined VJ in germline sequence, and shows no mutations when expressed. We are planning to characterize this gene collectively at levels of DNA, RNA, protein and cell. We will first analyze the genomic structure and copy numbers of this gene in chicken and duck, and its genetic polymorphism in different breeds and populations. Phylogenetic analysis will also be conducted to track the origin of this gene. The temporal and spatial expression of the gene in different developmental stages of two birds will be examined using quantitative or semi-quantitative PCR. Monoclonal antibody specific to the protein products of the bird genes will be prepared for examination of the gene expression at the protein level. We are also planning to analyze how the targeted protein is associated with other putative proteins, and determine the cell types in which the gene is expressed using immunoprecipitaion, mass spectrometry and flow cytometery.

我们在鸡和鸭的基因组中发现了一种胚系VJ重组的类似于免疫球蛋白轻链的新型基因。与典型的免疫球蛋白轻链基因不同，该基因在基因组水平上VJ片段已经融合在一起，而且表达保守，不发生突变。初步分析证明该基因存在于多种鸟类中。本研究计划从DNA－RNA－蛋白－细胞各个层次来了解该基因的分子生物学特性以及探究这种新型轻链基因的功能。计划分析该基因在鸡和鸭中基因结构和拷贝数，以及在不同品种和个体中的多态性；通过进化分析确定该基因的起源；通过定量或半定量PCR研究该基因在鸡和鸭不同发育时期的时空表达特异性；制备针对该基因蛋白产物的特异性单克隆抗体，在蛋白水平验证该基因的组织和细胞表达特点，了解其蛋白水平的存在形式；通过免疫沉淀和质谱分析的方法确定其可能的结合蛋白；利用流式分选出表达目的蛋白的特异细胞类群，鉴定细胞种类，推断蛋白功能。

T细胞抗原受体TCR和B细胞抗原受体BCR在获得性免疫中承担了不同的功能并发挥重要的生物学作用。我们在鸡和鸭中都发现存在一种VJ胚系重组, 其可变区序列类似于TCR和免疫球蛋白轻链(IgL)的基因。与典型的免疫球蛋白轻链基因不同，该基因在基因组水平上VJ片段已经融合在一起，而且表达保守，不发生突变。本研究从DNA－RNA－蛋白－细胞各个层次研究该基因的分子生物学特性以及探究这种新型轻链基因的功能。分析该基因在鸡和鸭中基因结构和拷贝数，以及在不同个体中的多态性；通过进化分析探索该基因的起源；通过定量或半定量PCR，研究该基因在鸡和鸭不同发育时期的时空表达特异性和对抗原刺激的免疫响应；制备针对该基因蛋白产物的特异性单克隆抗体和多克隆抗体，在蛋白水平验证该基因的组织和细胞表达特点，了解其蛋白水平的存在形式。另外，为在个体水平上深入研究其功能，我们尝试利用CRISPR-Cas9系统联合鸡原始生殖细胞的方法制备基因敲除鸡。研究发现，该基因在鸡中为单拷贝, 在鸭中以9个拷贝串联排列的形式分布。不同发育时期多个组织表达水平的检测发现这种基因在鸡和鸭中的表达模式兼具IgL和TCR的特点, 对细胞系的检测也证实鸡的B细胞和T细胞都能够表达这种基因, 并且将该基因定位到了MSB1细胞的细胞膜上。该基因至少对禽流感疫苗免疫不敏感。同时鉴于这种基因在表达过程中不发生碱基突变，因此推测该基因不同于典型的TCR或BCR, 而是一种表达在B细胞和T细胞表面的模式识别受体, 参与某种信号转导。通过将改造过的鸡原始生殖细胞显微注射入鸡胚胎中，我们现已得到11只生殖嵌合体鸡。这是一种新发现的基因，兼具TCR和IgL的表达特点，了解该基因的功能，将进一步完善对鸟类免疫系统的认识。