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张大兵教授团队揭示植物花粉过敏原的进化机制

来源:mg真人在线 发布时间 :2016-08-17  阅读次数 :1986

近日,国际知名植物学刊物Plant Physiology正式发表了mg真人植物发育生物学实验室张大兵团队的最新研究成果“Origin and Functional Prediction of Pollen Allergens in Plants"。

花粉过敏为过敏常见病,其发病率逐年上升,已成为名副其实的流行病,严重影响人类健康。了解花粉过敏原的组成、来源以及抗原决定簇,是研究和治愈花粉过敏症的前提。目前对花粉过敏原的研究大部分集中于常见过敏原的分子特征及对人类的免疫反应上,而对于花粉过敏原在植物物种中的分布、生物学功能、以及其产生和演化依然缺乏系统的研究。

本研究利用基因组学手段从单双子叶模式植物水稻和拟南芥中分别预测到145和107个潜在花粉过敏原;花粉中特异表达的过敏原主要参与细胞壁组织和代谢过程,可能与花粉的形成和功能有一定关系;另外多数花粉过敏原来自于一些大的基因家族(如热激蛋白家族、扩张蛋白家族、脂质运输蛋白家族等),推测过敏原蛋白产生可能是这些基因家族在进化过程中通过基因拷贝数复制、功能分化和结构变异所致。该研究还进一步分析了过敏原蛋白在从低等植物(绿藻)到高等植物(被子植物)的25个物种中的同源蛋白,大约40%的花粉过敏原蛋白/基因有着古老的起源,60%的基因是新近起源或是经历过大的序列变异形成的;另外,花粉过敏原基因有着高于其它基因的基因重复事件比率,表明它们在植物体内可能有着非常重要的功能并在进化中保留下来。同时,这些过敏原基因/蛋白的具体进化过程中,蛋白序列和空间结构上的致敏表位和其蛋白功能域常有包含或重叠关系,这也暗示了功能进化和致敏性起源之间存在着进化协同性的关系。

该研究通过生物信息学的方法,全面系统地筛选和鉴定植物花粉过敏原,分析和预测这些潜在过敏原物质的功能和进化来源,最终提出了一个花粉过敏原产生和其保持致敏性的起源和进化模型,提出致敏性可能随着基因重复事件和功能分化而产生,为花粉过敏原的系统发生和进化提供了新的思路,为植物花粉过敏原的预测、表位筛选、免疫疗法等提供了新的理论依据。

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