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减数分裂是真核生物适应性进化的一种重要机制。原生动物作为一类单细胞微型真核生物,在整个生态系统中占据很重要的生态位,纤毛虫作为原生动物亚界分化程度非常高的一大类群,其减数分裂机制的研究将为研究真核生物减数分裂起源与进化提供重要线索。有15种纤毛虫基因组数据可被获得,其中9种已经发表。在分类学上这15种纤毛虫分为两个纲:寡膜纲和旋毛纲,部分营自由水体生活,另外一部分营寄生或兼性寄生生活。嗜热四膜虫(Tetrahymena thermophila)已报道的减数分裂功能基因有14个,这些基因参与了减数分裂的染色体粘着(cohesion)、DNA双链断裂、双链入侵、双链断裂修复、同源重组(Homologous Recombination,HR)、同源染色体分离等过程。本文以15种已测定了基因组的纤毛虫作为研究对象,在鉴定它们的减数分裂核心基因的基础上开展分子进化研究,旨在探讨作为单细胞真核生物的纤毛虫其减数分裂基因的进化特点,同时为了解减数分裂的起源与进化提供线索。研究结果如下:(1)通过基于相似性的同源基因(BLASTP)搜索,发现不同种类的纤毛虫存在特异性的减数分裂基因的复制与丢失现象。T.epidokyrea复制了Mre11和Sgs1基因,水滴伪康纤虫复制了Hop2和Sgs1基因,第四双小核草履虫复制了Mre11,Rad51,Msh4和Sgs1基因,尖毛虫和浮萍棘尾虫分别复制了Mre11,Rad51,Mnd1,Hop2和Sgs1基因。而多子小瓜虫丢失了Msh4,Msh5和Mus81基因,水滴伪康纤虫、尖毛虫和浮萍棘尾虫都分别丢失了Rec8和Esp1基因,第四双小核草履虫丢失了Dmc1和Rec8基因。纤毛虫减数分裂基因的丢失通常导致生物体某些功能缺陷;而基因复制的效应主要体现在两个方面,一是起剂量补偿的作用,二是被复制的基因在进化的过程中发生一定程度上的功能分化。(2)在鉴定了纤毛虫减数分裂同源基因的基础上,进一步结合已有资料分析了减数分裂基因的功能及生物学过程,得出纤毛虫减数分裂基因的同源重组过程缺乏联会复合体的重要组分ZMM(ZIP1,ZIP2,ZIP3,ZIP4,MSH4,MSH5和MER3)蛋白复合体,而是依赖于MUS81蛋白的作用,在同源重组过程中不形成联会复合体,形成特有的D环结构。纤毛虫的减数分裂同源重组过程属于II型重组,这种方式是在其他真核生物中不常见或者起辅助的作用,且相较于I型的重组方式,II型重组具有在基因调控水平上更为简单和进化上更为原始的特点。(3)通过使用PAML来计算这14种减数分裂基因的d N/d S值,得出所有15种纤毛虫同源基因的d N/d S值均小于1,表明纤毛虫的减数分裂基因受到强烈的纯化选择作用,在进化上很保守。(4)从系统发育关系表明,某些经过复制的基因,其两个拷贝在进化距离上相差甚远。如T.epidokyrea的Mre11,Sgs1基因,水滴伪康纤虫的Hop2,Sgs1基因,尖毛虫与棘尾虫的Mre11,Rad51,Hop2,Mnd1,Sgs1基因。导致这种现象出现的原因:一是基因复制发生的历史很久,可能在时间上早于他们的物种分化;二是被复制基因的某一个拷贝逃逸了选择的作用,导致其发生了快速的进化。由于进化的不同一性,不同基因的进化速率各不相同,使得某些基因树在局部上违背了物种树的发育关系。