【蛋白质电泳在动物分类学中的应用】
拼译：the application of protein electrophoresis in animal taxonomy
经典的分类学主要以形态特征为依据。随着科学的发展，对物种的概念已扩展到生物学和种群的特点，单一凭个体的形态特征难以说明分类学上的许多问题。20世纪80年代，国内外应用各种电泳技术从分子水平进行动物分类．丰富了分类学。1974年，艾弗斯(Avisesr)根据电泳分析材料，论述了其在分类学研究中的价值，并认为种间的系列化差异对描述和鉴定不同物种有一定的参考意义，并可比较容易地分辨出同属物种，而超出常规的分类准则。在分类学上应用电泳技术，可为形态分类增加比较客观的手段。最近的研究资料表明，蛋白质不仅作为基因的产物受到重视，而且它的电泳行为(泳动速度)和区带数目的变化隐藏着生物进化的历史。
1937年，提瑟利乌斯(Tiselius)首先用界面电泳法将血清蛋白质分离成5种成分，即白蛋白、α1球蛋白、α2球蛋白、β球蛋白和γ球蛋白。这种电泳法是在没有支持物的液体中进行的，利用腹体溶液(蛋白质溶液)和溶剂(缓冲液)间能形成界面性质来观察电泳物质的移动和分离。此后，这一技术得到迅速发展。1963年前，大部分研究者采用此法阐述单一蛋白质的变异，现已用于分析同一生物的不同蛋白质。这些多位点的研究方法适于研究基因的变异性和种群结构，并逐步向分类学渗透。20世纪80年代开创了蛋白质各种显带染色法，对许多蛋白质都能进行正确的鉴定。通过进一步捕捉蛋白质电泳图谱上发生的微小变化，可以更加深入地考虑种的分类地位及进化发生的机制和原因。目前国内外陆续发表了很多动物在电泳行为进化与分类上的研究结果，大多涉及脊椎动物的进化与分类；如周虞灿等把蛋白质电泳结果用于啮齿动物和两栖、爬行动物的分类，王金星等(1987、1989)用乳酸脱氢酶和酯酶同工酶对鱼类进行了某些比较。自从知道基因的本质是DNA，蛋白质是它的遗传信息产物，所以在蛋白质水平上研究物种种群的分类地位和进化更为合适。由于蛋白质的一级结构不同，高级结构(构象)也就不同，在物理的、化学的和生物学的性质方面自然有所差异。用以分析鉴定这些差异的电泳种类有淀粉凝胶电泳、醋酸纤维薄膜电泳、琼脂糖电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳和薄层等电聚集电泳等。因电泳法具有快速、经济和分辨力高的优点，在鉴定一些近缘种的分类地位方面已显示独特的效力，并成为分子分类学的一项基本技术。用于分类学的非酶蛋白质有血红蛋白、铁传递蛋白和血清蛋白；许多学者还将肌浆蛋白、眼球晶体蛋白及蛇毒蛋白作为分类研究对象。血红蛋白是血液中运输氧的蛋白质，含4条多肽链，其中两条为α链，两条为β链；每条链环绕一个血红素。弗恩(Fyhn)等详细研究了亚马逊河流域某些鱼类血红蛋白的异质性，讨论了某些目、科动物之间Hb的变异程度。周虞灿等首次把Hb电泳结果用于啮齿动物的分类，他们根据电泳的区带数目(成分数)和区带成分在电泳图谱上分布的不同、反映泳动率(电泳行为)不同，即蛋白质分子结构不同，进而反映遗传型差异，探讨了高原鼠兔的分类地位，支持并证明某些分类学家的观点，把高原鼠兔从达乌尔鼠兔中分出来，成为一个独立的种。史瀛仙等(1984)曾用薄层聚丙烯酰胺凝胶电泳对扬子鳄和密河鳄Hb比较，从分子水平上看出这两种鳄亲缘关系十分接近，但还有细微差别，仍支持这是两个独立物种的观点。铁传递蛋白(Tf)是一类能转运Fe(Ⅲ)的铁结合蛋白，在血液中约占0．3%，称血清铁传递蛋白(Sero-Tf)。乳腺、泪腺的分泌液中有乳铁传递蛋白(Lacto-Tf)。鸟类卵中发现有卵铁传递蛋白(Ovo-Tf)。其中研究最多的最Sero-Tf，其主要功能是作为铁的载体运载铁供网织红细胞进行血红蛋白的生物合成。1973年，查普曼(Chapman)报道大型哺乳动物如奶牛、马等的Tf都有变异型。马类Tf多态也有记录。米勒(Muller，1976)发现，小型哺乳动物Tf多态现象虽不及大型哺乳动物广泛，但也有报道。1983年，多勃洛瓦尔斯卡(Dobrowolska)用电泳统计遗传学方法研究波兰某地农田中普通田鼠、黑线姬鼠和黄喉姬鼠的Tf变异，结果发现3种鼠的电泳谱带各不相同。周虞灿等从青海、新疆捕获8种啮齿动物，用圆盘电泳分析了Tf成分，用铁的特异染色法鉴别Tf，分析Tf在8种鼠类中多态程度，为利用蛋白质多态性进行分类提供了参考。血清蛋白是血液中的一组蛋白质，常用来测定血清蛋白值。布拉温(Braun)等报道树鼩血清蛋白电泳成分的百分比，为树鼩目的分类地位提供了有价值的资料。周虞灿等利用电泳方法比较3种鼠兔的血清蛋白质，为鼠兔属的分类作了订正。赵小凡、卢浩泉(1986)用十二烷基磺酸钠(SDS)聚丙烯酰胺凝胶电泳法，比较了黑线姬鼠长江亚种和华北亚种的血清蛋白质，亚种间的显带差异鲜明可见。肌浆蛋白为横纹肌肌浆的水提取物，是一类较稳定的蛋白质，具有物种的特异性，在鱼类分类方面有较多报道。王可玲(1983)等分析了我国舟山近海带鱼及其相近种小带鱼的肌浆蛋白，结果两种带鱼的电泳图谱有明显的种间差异。啮齿动物肌浆蛋白的SDS－电泳区带多而清晰，种内差异不明显，而是种间区分的较好指标。眼球晶体蛋白已知有α、β、γ3种可溶性蛋白及不溶性硬蛋白，其氨基酸组成各不相同。洛特曼(Rotmann)早已证实晶体组织的遗传特性。藤尾久芳、玛克脱(Markert，1965)、卢什(Lush，1970)与怀脱(Whitt，1973)等在鱼类遗传学中运用眼晶体中酶图谱，论述了鱼类的进化与分类地位。戴维(David)等比较了豹蛙眼等12种组织的肽酶同工酶，其谱带有特异性，作为说明眼睛进化速度的典型例子。1984年，鄂未远等首次把晶体蛋白电泳结果用于两栖、爬行动物分类，探讨了蜥蜴科同某些种的分类地位，并说明晶体蛋白在物种内较稳定，实为实验分类学的理想材料。利用蛇毒蛋白的电泳方法用于毒蛇蚊分类也有报道。1983年，蒙义文报告了中国产蝮属8个样品及尖吻蝮1个样品的双向电泳图谱的比较分析，随蛇种亲缘关系的疏远，亚种间、种间和属间样品的电泳图谱差异越来越大，为一些以形态分类有疑难的毒蛇提供了有价值的检测手段。用于分类学的酶蛋白质，如用电泳法识别的酶度异体，通常叫同工酶(Isoenzyme)。它是指基质相同而对分子结构不同的同类酶蛋白而言。同工酶也是发育与进化的遗传标志。乳酸脱氢酶(LDE)同工酶是一种糖代谢的关键酶。根据图谱条带数、区带的迁移率、区带的间隔和活性强弱方面的差异，讨论了许多鱼类的分类地位，两栖、爬行与小型哺乳动物中也有少量报道。酯酶(Es)同工酶是催化脂类化合物水解的酶系，对药物也有去毒作用。肝脏中Es的活性较强，并有物种的特异性和种间差异。在鱼类分类与软体动物分类中已有报道，经Es电泳法证实耳萝卜螺和克氏萝卜螺为同物异名(王恩义1984)。苹果酸脱氢酶(MDH)同工酶是三羧酸循环中重要的脱氢酶之一。叶炳辉(1984)分析了4种
蠊前胸肌肉MDH同工酶，比较谱带条数和迁移率，但不及Es同工酶差异显著，故MDH同工酶是否能作为分类的生化依据，尚待研究。当然，电泳技术应用于动物分类尚有一定局限性，因并非所有突变分子都能用电泳法检测。电泳分析样品要求新鲜的成年健康活体，目前作为形态分类的补充是非常可靠的。今后这一方法必将有更大的发展。【参考文献】：1 周虞灿．兽类学报，1981，1(1)：39～422 周虞灿．兽类学报，1982，2(1)：43～493 朱蓝非，等．水产学报，1983，7(2)：145～1524 蒙义文，等．两栖爬行动物学报，1983，2(1)：9～135 王可玲，等．鱼类学论文集(第三辑)．北京：科学出版社，1983．41～466 王恩义．动物分属学报，1984，9(3)：3337 史瀛仙，等．两栖爬行动物学报，1984，3(2)：21～248 赵小凡，等．兽类学报，1986，6(1)：57～629 杨幼凤，等．动物学杂志，1988，23(3)：46～5010 Markert C L，et al．J Exp Zod，159：319～332(山东大学卢浩泉教授撰)