追寻真核生物免疫分子的起源
动物、真菌和植物代表了三个主要的真核生物界。在长期与病原的生存斗争中它们发展了多种抵抗微生物感染的免疫能力。虽然仅仅脊椎动物进化了独特的获得性免疫系统应付病原的感染,天然免疫却几乎存在于所有的真核生物中。这种机制上的保守性暗示真核生物天然免疫分子可能起源于一个共同的祖先。追寻这些免疫分子的共同祖先并了解其生成的历史将有助于人类认识物种起源的免疫生态适应的机理。可是,由于复杂病原驱动的适应性进化导致免疫分子的加速改变以及谱系特异的基因丢失给这类问题的研究带来了挑战。
真核防御肽(Defensin)是重要的天然免疫效应分子,负责清除革兰氏阳性细菌的感染。长期以来,人们一直以为这类分子特异分布于动物和植物。最近丹麦诺维信(Novozymes)公司的Hans-Henrik Kristensen及其同事在Nature杂志报告了他们从欧洲腐生子囊菌Pseudoplectania nigrella中分离到了世界上第一个真菌防御肽(命名为菌丝霉素)。跟踪他们的发现,利用计算基因组学的方法动物所动物天然免疫研究组发现了六个全新的真菌防御肽基因家族,并研究了它们与动物和植物防御肽之间的进化关系。这一重要的工作即将在下一期的Molecular Immunology杂志上发表。动物天然免疫研究组的研究结果清楚地表明真菌和动物共享古典无脊椎动物抗细菌型、经典昆虫抗细菌型和植物/动物抗真菌型防御肽。这一发现首次提供了免疫方面的证据支持真菌和动物单系起源的理论。
在真菌中发现植物/动物抗真菌型防御肽使得动物天然免疫研究组成功建立了三个真核生物界防御肽共同起源的概念。逻辑上,这一共同祖先可能存在于原核生物界。为了提供相关的证据,动物天然免疫研究组利用真核防御肽序列搜索了原核生物数据库。结果发现,两个来自于粘细菌的分泌型肽与真菌防御肽具有相似的序列。折叠识别和结构模建进一步支持它们之间的进化联系。按照López-García等人提出的真核细胞由祖先粘细菌吞食古细菌发展而来的互养共栖假说,上述的发现可以将真核防御肽的祖先追踪到了粘细菌起源。假定在吞食事件发生后,通过水平基因转移(Horizontal gene transfer, HGT),古细菌染色体获得了粘细菌的防御肽基因。后者用于早期真核细胞对原核微生物的防御。在真核细胞进化到多细胞阶段后,三个真核生物界遗传了祖先防御肽基因,并在其基因组中一直保留到现在(图一)。对这一假说的实验验证工作正在进行之中。