本文摘要：摘要：主要组织相容性复合体(MHC)存在于所有高等脊椎动物的基因组中，表现为高度多态和多基因的特性。MHC在免疫应答和病毒抵御上发挥着重要作用，不同家禽的MHC结构差异一定程度上可以解释其抗病性的差异。本文对近年来在鸡、鹌鹑、火鸡、鸭、鹅和其他几种禽
摘要：主要组织相容性复合体(MHC)存在于所有高等脊椎动物的基因组中，表现为高度多态和多基因的特性。MHC在免疫应答和病毒抵御上发挥着重要作用，不同家禽的MHC结构差异一定程度上可以解释其抗病性的差异。本文对近年来在鸡、鹌鹑、火鸡、鸭、鹅和其他几种禽类MHC结构研究方面的进展进行综述，对不同家禽MHC结构进行对比分析，有利于了解不同家禽品种间的遗传关系，促进家禽抗病育种的研究。
关键词：家禽;主要组织相容性复合体;结构
主要组织相容性复合体(MajorHistocompatibilityComplex，MHC)是由多个基因组成的基因家族,可以编码与免疫应答相关的蛋白质[1-2]。MHC具有高度多态性、连锁不平衡、单倍型遗传的特点，在免疫中主要起到抗原呈递的作用。家禽MHC的提出最早可追溯到1948年Briles研究母鸡的溶血性疾病实验，当时将鸡血型系统用字母“D”来表示，1950年改用字母“B”来表示[3-5]。1961年，Schierman等[2]正式将鸡的B复合体定义为MHC。在家禽中除了有MHCclassI和MHCclassII，还具有禽类特有的MHCclassIV，它们在鸡上分别被命名为BF、BL和BG。因为MHCclassIV基因只在禽类中出现，所以这类MHC基因引起较大关注，被认为在家禽抗病免疫方面起着重要的作用[6-7]。20世纪90年代开始，MHC区域的基因组研究开始转向其他家禽和野生鸟类，但目前都相对滞后于在鸡上的研究。因此，本研究通过介绍比较鸡和其他几种禽类MHC结构，了解不同物种MHC结构研究的历史和现状，通过结构差异理解禽类间的遗传关系以及抗病性能的差异，有利于抗病育种和禽病免疫的研究。
1鸡(Gallusgallus)MHC的结构
1977年Pink等[8]定义了鸡MHC的3个基因座：B-F、B-L和B-G。B-F和B-L基因座之间物理距离较近但不会发生重组，B-G与B-F、B-L却存在着0.05%的重组率[9-11]。这种极低重组率的特性使研究者通常将MHC作为一个遗传单位来进行研究，即单倍型遗传。
1988年，Guillemot[12]通过克隆测得了鸡MHC区域的部分序列，测得总长320kb，包含5个BLB基因和6个BF基因，该研究根据测序信息绘制了鸡的第一份MHC基因草图。1999年，92kb的BF/BL区域被测序，共包含有19个基因，其中编码基因包括2个Iα类基因(BFI、BF2)和2个IIβ类基因(BLB1、BLB2)，其他分别为B30.1、B-BTN1、B30.2、B-BTN2、Leu-tRNA、Tapasin、RING3、DMA、DMB1、DMB2、TAP1、TAP2、C4(complement4)以及CENP-A(histoneH3、B-H3)[1]。MHC-I类基因中，BF2高度表达，BF1低度表达，某些单倍型中BF2表达量甚至是BF1的10倍[13-14]，BF1位于BMB2和TAP1之间，BF2位于TAP2与C4基因之间，BF1与BF2的转录方向相反[15]，但均由8个外显子和7个内含子组成，以上研究结果表明BF/BL区域简单紧凑，内含子相对较小(大多数哺乳动物MHC的10%)。与哺乳动物MHC的不同之处在于，鸡BF/BL区域存在许多对应基因的缺失，以及多出一些哺乳动物中未发现的基因，比如LMP、PSMB8以及PSMB9缺失，Blec1、Blec2和单个BG基因的存在[1]。
Shiina等[16]对3个红色原鸡的BAC文库进行了克隆，最终得到242kb的MHC序列，包含有46个基因。新发现的MHC序列延伸了来自于92kb的MHC-B图谱，在92kb中发现了1个新基因，在其上游和下游各发现了21个和5个基因。另外，BG基因被发现于延伸区域的上游，包含有多个拷贝。Salomonsen等[7]同样发现了在TRIM基因与Blec基因的上游存在12个BG基因的分布，其中BG2和BG3距离这2个基因较近，该研究也证明了不同MHC-B的单倍型，BG基因的数目不同，说明鸡MHC存在拷贝数变异。
1993年，鸡上报道了另一个遗传独立的MHC区域，并将其命名为Rfp-Y[17]。在这一发现后不久，2个MHCI类、2个MHCII类基因和1个最初分配给MHC-B的c型凝集素样基因被重新分配到MHC-Y[18-19]。Rogers等[20]研究发现了MHC-Y的2个Ylec基因，1个完整的YF基因，1个截短的YLB基因以及区域内的CR1重复。目前认为的遗传独立的基因簇MHC-Y含有2个YF(YFV和YFVI)，3个YLB基因(YLBIII、YLBIV和YLBV)和2个Ylec基因[15]。
鸡共有39对染色体[21]，其中有30对是小染色体，富含基因[22-23]。早在1985年就确定了鸡的MHC区域位于第16号小染色体(GGA16)[24]，后人进一步确定MHC-B、MHC-Y作为2个独立的区域位于GGA16上，并由保守的核仁组织区(NOR)分开[12,25]。Delany等[26]通过荧光原位杂交以及胞质基因分析法确定了红色原鸡16号微染色体的基因结构，纠正了前人所指出的MHC-B和MHC-Y分居于NOR两侧的结构性错误，证明了分开2个区域的是一段高GC含量区，即PO41重复[27]。16号微染色体总长约10~15Mb，基因结构顺序从中心粒近端到远端依次为NOR、MHC-Y、G+Crich、MHC-B、CD1基因群，都位于GGA16的q臂上[28]。
2鹌鹑(Coturnixjaponica)MHC的结构
日本鹌鹑MHC结构在2004年由Shiina等[29]进行了比较详尽的研究，其单倍型1跨越了180kb的基因组区域，由BG8延伸至CENP-A，共编码41个基因，相当于每4.4kb1个基因，其基因密度略高于鸡BF/BL区域(92kb内有19个基因)。在这41个基因当中，有15个确定会表达的基因，包括6个IIB基因，4个I类基因以及TAPBPL、RING3、TAP1、TAP2和C4;剩余的26个基因则根据其基因结构的完整性被分为“可能表达的基因”和“假基因”，分别有12个和14个。除了假基因和RING3外，其余26个基因的编码产物都会在免疫过程中发挥功能。另外，相比于鸡BF/BL区域存在5个CR1，32个简单重复，鹌鹑180kb区域内包含1个CR1，17个长末端重复序列(LTRs)，2个微卫星重复以及37个简单重复。
Shiina的研究通过MHC序列独立证明了不同禽类的进化关系[29]。鹌鹑与鸡I类基因构建的系统进化树证明了鹌鹑I类基因内的关系要比2个物种间I类基因的关系更加密切，也进一步说明鹌鹑MHCI类基因是在共同祖先分化形成鹌鹑和鸡2个物种后才形成的。进一步地，在对鹌鹑MHC-II的系统发育进化树分析中得到了同样的结果。
3火鸡(Meleagrisgallopavo)MHC的结构
火鸡与鸡的分化时间较晚，大约在距今5000万年前两者分化为独立的物种[30]，因此两者在基因组水平上具有高度的相似性，这种相似性在MHC结构上更能够体现出来。
Chaves等[31]得到了197kb的火鸡B基因座，该基因座与鸡的MHC-B区域是同线性的，共包含有34个基因(从TRIM7.2到TAP1)。将197kb的火鸡B基因座同鸡170kb的B基因座比对，同源性达95%，另外与鸡MHC-B的高GC含量(55.5%)相似，火鸡该区域的GC含量也偏高(53.6%)。相比于鸡，火鸡MHC-B具有以下特点：①整个区域内包含12个CR1长末端重复序列、30个简单序列重复序列和3个复杂的重复，其中出现的大的C/T五聚体重复(300bp)在鸡上是没有的;②多出了3个基因，分别是2个BG基因和1个classIIB基因。Bauer等[32]扩展了火鸡的MHC-B，在新扩展的40kb区域内包括：3个BG基因(BG4、BG5和一个不完整的BG6)、KIFC、Blec3、Bzfp3以及TRIM的外显子末端。延伸后的基因座与鸡240kbMHC-B是线性同源的。
Reed等[33]证明了火鸡也有独立的MHC-B和MHC-Y，且都位于18号微染色体上(MGA18)。目前火鸡上已经鉴定出2个遗传上独立的MHC-Y，且在基因组成上跟鸡的MHC-Y不是直接同源的[33-34]。
4鸭(Anasplatyrhynchos)MHC的结构
Xia等[35]通过特定引物克隆出了鸭MHCI区域，并对其进行测序，最终得到了2.5kb的基因组序列，共编码344~355个氨基酸，包含有7个外显子和8个内含子。有趣地是，相比于鸡的MHC-I，鸭MHCI类序列更接近于人的MHCI序列。鸭MHCI包括有5个基因：UAA、UBA、UCA、UDA和UEA，只有UAA高表达，UEA低表达，其余则不表达。这种单个MHCI类基因的偏向表达模式只在少数几种家禽中才出现，比如鸡的BF1高表达，BF2低表达[1]。Mesa等[36]证明鸭UAA基因位于TAP2一侧，而且MHCI基因的表达与TAP有关，这种表达模式能够促进抗体对MHCI限制性CTL抗原簇的识别，达到对病毒的抵御效果[37]。Fleming等[38]扩增了绿头鸭MHCI区域，在38只鸭中得到了61个独有的等位基因，证明了MHCI的等位基因具有高度多态性。
对于鸭MHCII的研究开始相对较晚。Ren等[39]通过对北京鸭BAC文库克隆测序得到了MHCIIα链的序列，该序列全长1431bp，编码255个氨基酸，包括4个编码信号多态的外显子和1个肽结合α1区、免疫球蛋白样的α2区域、酸性的连结肽、疏水的跨膜区和1个较短的胞浆区尾巴。同样，该研究的BAC测序发现了紧邻α基因的5个IIβ基因(IIb1-IIb5)。与鸡、鹌鹑和火鸡不同的是，鸭临近α基因的β基因编码方向相反。同样，鸭MHC-IIα基因与人HLA-DRA的同源性(57.4%)也要高于和鸡的同源性(56.7%)。
5鹅(Ansercygnoides)MHC的结构
目前，对于鹅MHC结构的研究较少，尚处于起步阶段。Xia等[40]克隆了鹅的MHCI(Ancy-MHCI)，该cDNA全长999bp，共编码333个氨基酸，其对应的基因组MHCI区域全长为2489bp，其中内含子长度为
1490bp，该内含子长度与鸭极为相似(1486bp)，但和鸡(1015bp)差异较大，该区域鸭与鹅氨基酸同源性(80.0%~85.5%)也要明显高于鸡和鹅的(59.8%~66.0%)，以上结果均证明了鸭与鹅有更近的亲缘关系。
Li等[41]扩增出了Ancy-MHCIIB的cDNA，共有2条序列，长度分别为780bp和783bp，分别编码成熟蛋白质的259、260个氨基酸，由6个外显子和5个内含子组成，内含子长度超过鸡，这与MHCI的研究一致。以上研究的进化树结果表明，与来自于其他物种已知MHCIIB类序列相比，鹅、鹬和鸭聚集在了一起，而与鸡、哺乳动物和鱼类分开，这与人们对进化的认知基本一致[41]。
6其他几种禽类MHC的结构
Chen等[42]通过传统的BAC克隆得到了3段朱鹮MHC序列，分别为265、85、150kb，其中265kb的序列对应BG区域，包含有从Blec3到zfp1的26个基因;85kb与150kb的区域为存在1个gap的核心区，该区域包含MHCI、MHCII类基因和其他基因共28个。Chang等[43]利用二代测序得到了3条朱鹮MHC序列，总共对应488kb区域，包含50个基因。Chen还发现，相比于鸡MHC-B，朱鹮多出COLL11A2和ADPRH等基因，另外有更多的Blec和BF拷贝。
黑琴鸡(Tetraotetrix)为松鸡科琴鸡属鸟类，其MHC-B全长88390bp，包含19个基因，其中有2个I类基因、2个II类基因以及1个IV类基因，与鸡的该区域表现为极高的同线性[44]。
红腹锦鸡(Chrysolophuspictus)是中国特有的品种，4DBAC文库测序得到了97kb的MHC-B包含20个基因[45]。红腹锦鸡的MHCIIB和NK基因数量与鸡相比差异显著，另外还有TAPBP基因和TAP1-TAP2区域的倒位等差异。
7小结
目前对于家禽MHC的研究主要集中在2个方面：一是通过不同家禽乃至哺乳动物的对应基因的数据确定物种之间的进化与亲缘关系;二是研究各类MHC分子及其编码蛋白在免疫应答中的作用。对MHC结构的揭示是这两项研究的基础与关键。本文详细介绍了近几十年来在几种家禽上关于MHC结构的研究，其中在鸡上的相关研究最为详尽，确定了MHC定位于GGA16，并揭示了整个微染色体的结构与基因的排列顺序。鸭与鹅的研究相对较少，目前还未能进行染色体定位，也无法确定完整的MHC序列结构。鸡MHCI、MHCII类基因都是双拷贝的，其中与TAP2相邻的MHCII类基因表现为少见的偏向表达模式，鸭、鹅、火鸡和鹌鹑都具有多个拷贝的MHCI、MHCII类基因，只有在鸭中表现为与鸡相似的偏向表达模式。这种单个拷贝基因的高表达模式引起了很多研究者的注意，被认为是由TAP2基因引起的，与抗病性有很大关系。鸟类MHC基因拷贝数的差异可能是由于它们在生活中细胞内和细胞外病原体暴露的差异导致的，不同单倍体对疾病的抗性存在明显差异[46]。
MHC结构与家禽的多种传染病相关，不同的MHC基因在抗病免疫中所起的作用不同，但目前对于大多数家禽MHC结构的研究还很不完善。一方面，因为双拷贝基因干扰性的存在，以及MHC区域高GC含量、插入缺失过多的特殊性质，导致部分序列难以获得;另一方面，通过构建克隆的方法得到的目的基因序列长度有限，无法得到完整的MHC序列。随着未来三代测序技术的出现、基因组研究水平的提高以及分析手段的丰富，MHC基因排列顺序与结构会被逐步揭示。
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