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【摘 要】由于核糖体蛋白是在进化过程中高度保守，是研究内含子进化的有效工具。本研究通过对人、小鼠、黑腹果蝇、冈比亚按蚊、蜜蜂和秀丽隐杆线虫的核糖体蛋白基因大亚基的44个同源基因内含子—外显子结构的研究，结果发现哺乳动物、昆虫及线虫的共同祖先所拥有的内含子的个数为53个，在分化过程中哺乳动物获得了72个内含子，昆虫丢失了7个内含子仅获得5个内含子，线虫丢失与获得的内含子分别是32和37。这些结果表明在进化过程中，哺乳动物发生了大量的内含子获得，在线虫中获得了少量内含子，而昆虫中则丢失了少量内含子。
【关键词】内含子；进化；核糖体；丢失；获得
真核生物的蛋白质编码基因含有大量的内含子，它们在由pre-mRNA到mRNA的过程中被剪切掉了。通过真核生物同源基因的比较显示在长期的进化过程中它们的结构相似，尤其是那些具有高度保守蛋白质序列的基因中，它们不但蛋白质序列高度保守，同时编码该保守序列的DNA结构即形成的内含子与外显子的结构的保守性也很高。
一、材料和方法
（1）核糖体大亚基基因序列来源。在哺乳动物中选取人Homo sapiens和小鼠Mus musculus，昆虫中选用黑腹果蝇Drosophila melanogaster、蜜蜂Apis mellifera和冈比亚按蚊Anopheles gambiae，线虫中选用秀丽隐杆线虫Caenorhabditis elegans为代表种。以上这些物种的核糖体蛋白基因序列从http：//ribosome.med. miyazaki-u.ac.jp/（RPG）获得。（2）蛋白质序列比对和内含子保守位点分析。用Clustal W对各物种的核糖体大亚基基因的同源氨基酸序列进行多序列比对，并仔细检查和对照。利用NCBI上的tblastn将各物种的蛋白质序列与其基因组的编码区序列进行比对，从而确定内含子在蛋白质序列中的位点。再对蛋白质序列的保守内含子位点进行分析。（3）内含子获得和丢失的分析。真核生物分化假说认为昆虫与线虫的分离是在二者的共同祖先与脊椎动物发生分离之后发生的。因此，哺乳动物的内含子的位置可以作为线虫及昆虫内含子丢失和获得的参照，即理论上，在线虫及哺乳动物中同一位置存在的内含子，在昆虫中也应该存在，假如没有的话则可以认为该内含子在昆虫进化过程中丢失了。
二、结果与分析
（1）核糖体大亚基基因序列的获得和保守内含子位点确定。以黑腹果蝇的核糖体蛋白RPL19基因为例的蛋白质保守序列进行的内含子位置的确定。（2）哺乳动物核糖体大亚基基因内含子的丢失和获得。在统计的44个核糖体大亚基同源基因的蛋白质保守区域中，哺乳动物、昆虫以及线虫的共同祖先所拥有的内含子的个数为53个。随后，在哺乳动物分化过程中获得了72个内含子，再加上小鼠和人中分别获得和丢失的内含子，因此在统计的蛋白质保守序列中，人和小鼠中内含子数分别为128和125。发现人和小鼠的内含子跟哺乳动物、昆虫以及线虫的共同祖先比较起来多了2倍多。（3）昆虫核糖体大亚基基因内含子的丢失和获得。在昆虫的共同祖先中内含子获得的相对较少，在46个昆虫保守内含子位点（表1）中仅有5个是仅存在于昆虫中的，认为是在昆虫的共同祖先分化时获得的，占保守内含子位点的12%。随后，果蝇、冈比亚按蚊和蜜蜂各获得6个、3个和22个内含子（表1）。除了在由线虫与昆虫的共同祖先向目昆虫的共同祖先进化时丢失了12个内含子外，果蝇中还丢失4个内含子，冈比亚按蚊中丢失3个，蜜蜂中丢失了2个（表1）。那么在果蝇、冈比亚按蚊和蜜蜂中内含子的丢失率分别为30%、28%和26%（表1）。（4）线虫核糖体大亚基基因内含子的丢失和获得。在线虫中的保守内含子位点有21个，在由线虫和昆虫的共同祖先向线虫进化时共丢失32个内含子，内含子丢失率152%。获得37个内含子（表2）。在统计的蛋白质保守序列区域内线虫共有内含子58个。
三、小结与讨论
由于在哺乳动物、线虫、昆虫的共同祖先向线虫与昆虫的共同祖先分化时无丢失事件也无获得事件发生，因此在线虫与昆虫的共同祖先中内含子的数目仍为53个。在昆虫与线虫的共同祖先向昆虫分化时共丢失了12个内含子，仅获得了5个内含子，因此昆虫的共同祖先仅含有46个内含子。随后在昆虫的共同祖先向果蝇分化时获得的6个内含子，丢失了4个内含子，果蝇中的内含子数为48个；由于在昆虫的共同祖先向按蚊进化时丢失的内含子和获得的内含子数目相同都是3个，因此在按蚊中内含子的数目仍为46个；而蜜蜂与果蝇、按蚊则有很大的不同，在昆虫的共同祖先向蜜蜂进化时，获得明显比丢失多，获得了22个内含子，而仅丢失2个内含子。果蝇和按蚊含有最原始共同祖先的91%和87%，表现为内含子丢失大于获得。然而蜜蜂的内含子获得则明显大于丢失，获得了22个而仅丢失2个内含子位点，这极有可能是由于选取了蜜蜂的核糖体大亚基基因作为研究样本的缘故。本次统计显示，昆虫中内含子的丢失明显大于获得，故造成昆虫中内含子保守位点比起脊椎动物和线虫中均较少，但是昆虫单独获得的内含子数量仅有
5个，说明在进化中内含子的获得较少。
参 考 文 献
[1]本杰明·卢因（编著），余龙，江松敏等主译.基因Ⅷ（第一版）[M].北京：科学出版社2005：35
[2]赵寿元，乔守怡.现代遗传学[M].北京：高等教育出版社，2001：53
[3]于红，龚兴国.内含子Ⅱ的作用机制和演化[J].生命的化学.2003，23（5）：325～326
[4]徐德立，赵小立.Ⅱ類内含子与核mRNA前体内含子的起源[J].曲阜师范大学报.2003，29（2）：86～88
[5]Igor B.Rogozin，Alexander V.Sverdlov，Vladimir N.Babenko.Analysis of evolution of exon-intron structure of eukaryotic genes[J].Briefings in Bioinformatics.2005，6（2）：118～134
[6]Scott William Roy，Walter Gilbert.The evolution of spliceosomal introns：patterns，puzzles and progress[J].Nature Reviews Genetics.2006（7）：211～221
[7]金谷雷.植物内含子进化模式研究[D].福建农林大学硕士学位论文.2007（4）
[8]杨帆，刘卫平.核糖体蛋白基因及其与人类疾病的研究进展[J].临床与实验病理杂志.2005，21（3）：354～356
[9]金珊，胡广安，张菁等.双翅目昆虫（黑腹果蝇和冈比亚按蚊）内含子丢失的比较分析[J].昆虫学报.2006，49（3）：373～380
【关键词】内含子；进化；核糖体；丢失；获得
真核生物的蛋白质编码基因含有大量的内含子，它们在由pre-mRNA到mRNA的过程中被剪切掉了。通过真核生物同源基因的比较显示在长期的进化过程中它们的结构相似，尤其是那些具有高度保守蛋白质序列的基因中，它们不但蛋白质序列高度保守，同时编码该保守序列的DNA结构即形成的内含子与外显子的结构的保守性也很高。
一、材料和方法
（1）核糖体大亚基基因序列来源。在哺乳动物中选取人Homo sapiens和小鼠Mus musculus，昆虫中选用黑腹果蝇Drosophila melanogaster、蜜蜂Apis mellifera和冈比亚按蚊Anopheles gambiae，线虫中选用秀丽隐杆线虫Caenorhabditis elegans为代表种。以上这些物种的核糖体蛋白基因序列从http：//ribosome.med. miyazaki-u.ac.jp/（RPG）获得。（2）蛋白质序列比对和内含子保守位点分析。用Clustal W对各物种的核糖体大亚基基因的同源氨基酸序列进行多序列比对，并仔细检查和对照。利用NCBI上的tblastn将各物种的蛋白质序列与其基因组的编码区序列进行比对，从而确定内含子在蛋白质序列中的位点。再对蛋白质序列的保守内含子位点进行分析。（3）内含子获得和丢失的分析。真核生物分化假说认为昆虫与线虫的分离是在二者的共同祖先与脊椎动物发生分离之后发生的。因此，哺乳动物的内含子的位置可以作为线虫及昆虫内含子丢失和获得的参照，即理论上，在线虫及哺乳动物中同一位置存在的内含子，在昆虫中也应该存在，假如没有的话则可以认为该内含子在昆虫进化过程中丢失了。
二、结果与分析
（1）核糖体大亚基基因序列的获得和保守内含子位点确定。以黑腹果蝇的核糖体蛋白RPL19基因为例的蛋白质保守序列进行的内含子位置的确定。（2）哺乳动物核糖体大亚基基因内含子的丢失和获得。在统计的44个核糖体大亚基同源基因的蛋白质保守区域中，哺乳动物、昆虫以及线虫的共同祖先所拥有的内含子的个数为53个。随后，在哺乳动物分化过程中获得了72个内含子，再加上小鼠和人中分别获得和丢失的内含子，因此在统计的蛋白质保守序列中，人和小鼠中内含子数分别为128和125。发现人和小鼠的内含子跟哺乳动物、昆虫以及线虫的共同祖先比较起来多了2倍多。（3）昆虫核糖体大亚基基因内含子的丢失和获得。在昆虫的共同祖先中内含子获得的相对较少，在46个昆虫保守内含子位点（表1）中仅有5个是仅存在于昆虫中的，认为是在昆虫的共同祖先分化时获得的，占保守内含子位点的12%。随后，果蝇、冈比亚按蚊和蜜蜂各获得6个、3个和22个内含子（表1）。除了在由线虫与昆虫的共同祖先向目昆虫的共同祖先进化时丢失了12个内含子外，果蝇中还丢失4个内含子，冈比亚按蚊中丢失3个，蜜蜂中丢失了2个（表1）。那么在果蝇、冈比亚按蚊和蜜蜂中内含子的丢失率分别为30%、28%和26%（表1）。（4）线虫核糖体大亚基基因内含子的丢失和获得。在线虫中的保守内含子位点有21个，在由线虫和昆虫的共同祖先向线虫进化时共丢失32个内含子，内含子丢失率152%。获得37个内含子（表2）。在统计的蛋白质保守序列区域内线虫共有内含子58个。
三、小结与讨论
由于在哺乳动物、线虫、昆虫的共同祖先向线虫与昆虫的共同祖先分化时无丢失事件也无获得事件发生，因此在线虫与昆虫的共同祖先中内含子的数目仍为53个。在昆虫与线虫的共同祖先向昆虫分化时共丢失了12个内含子，仅获得了5个内含子，因此昆虫的共同祖先仅含有46个内含子。随后在昆虫的共同祖先向果蝇分化时获得的6个内含子，丢失了4个内含子，果蝇中的内含子数为48个；由于在昆虫的共同祖先向按蚊进化时丢失的内含子和获得的内含子数目相同都是3个，因此在按蚊中内含子的数目仍为46个；而蜜蜂与果蝇、按蚊则有很大的不同，在昆虫的共同祖先向蜜蜂进化时，获得明显比丢失多，获得了22个内含子，而仅丢失2个内含子。果蝇和按蚊含有最原始共同祖先的91%和87%，表现为内含子丢失大于获得。然而蜜蜂的内含子获得则明显大于丢失，获得了22个而仅丢失2个内含子位点，这极有可能是由于选取了蜜蜂的核糖体大亚基基因作为研究样本的缘故。本次统计显示，昆虫中内含子的丢失明显大于获得，故造成昆虫中内含子保守位点比起脊椎动物和线虫中均较少，但是昆虫单独获得的内含子数量仅有
5个，说明在进化中内含子的获得较少。
参 考 文 献
[1]本杰明·卢因（编著），余龙，江松敏等主译.基因Ⅷ（第一版）[M].北京：科学出版社2005：35
[2]赵寿元，乔守怡.现代遗传学[M].北京：高等教育出版社，2001：53
[3]于红，龚兴国.内含子Ⅱ的作用机制和演化[J].生命的化学.2003，23（5）：325～326
[4]徐德立，赵小立.Ⅱ類内含子与核mRNA前体内含子的起源[J].曲阜师范大学报.2003，29（2）：86～88
[5]Igor B.Rogozin，Alexander V.Sverdlov，Vladimir N.Babenko.Analysis of evolution of exon-intron structure of eukaryotic genes[J].Briefings in Bioinformatics.2005，6（2）：118～134
[6]Scott William Roy，Walter Gilbert.The evolution of spliceosomal introns：patterns，puzzles and progress[J].Nature Reviews Genetics.2006（7）：211～221
[7]金谷雷.植物内含子进化模式研究[D].福建农林大学硕士学位论文.2007（4）
[8]杨帆，刘卫平.核糖体蛋白基因及其与人类疾病的研究进展[J].临床与实验病理杂志.2005，21（3）：354～356
[9]金珊，胡广安，张菁等.双翅目昆虫（黑腹果蝇和冈比亚按蚊）内含子丢失的比较分析[J].昆虫学报.2006，49（3）：373～380