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绵羊DSG4基因的结构、遗传多样性、系统发育及重组特性

张戈  
【摘要】:线粒体DNA(mtDNA)研究结果显示,家养绵羊(Ovis aries)可能具有5个母系起源,至于父系起源的具体数量,目前尚不清楚。为了进一步阐明家养绵羊的遗传背景,本研究采用28对PCR引物和95条测序引物,分析了17只国内外绵羊的桥粒芯糖蛋白4(Desmoglein 4, DSG4)基因的41 kb全长序列,应用邻接法并基于Kimura-2双参数模型构建系统发育树,同时应用MEGA 4.0和DnaSP 5.0软件对DSG4基因单倍型间的遗传变异进行了分析;进一步测定了8个国内品种和4个国外品种、共计450只绵羊的DSG4基因635 bp的高变区序列(14427-15061),利用Arlequin 3.1软件统计单倍型的频率、进行HWE检验和AMOVA分析,并利用DnaSP 5.0软件计算单倍型多样度及进行一系列的中性检验,同时利用Network构建了中介网络图,获得如下结果: 1.通过对基因组DNA和cDNA序列分析表明,绵羊DSG4基因的DNA总长度为41 kb,由16个外显子和15个内含子组成,CDS长3123 bp,外显子的大小在36~765 bp之间,内含子的大小在268~12118 bp之间。 2.从17条DSG4基因41 kb全长序列推导出20个单倍型,其中有648处变异位点,包括582个SNPs和66个插入/缺失(indel),其中转换437处,颠换145处,转换与颠换的比值为3.01,平均每1 kb序列有14个SNPs;10个碱基以上的indel有8处,最长的indel含69个碱基。在编码区共发现35处变异,包括34个SNPs和1个TTG indel,其中11个SNPs和TTG indel引起氨基酸改变,Polyphen预测第785、891、904和1018位的氨基酸替换很可能会影响DSG4蛋白质的结构和功能。 3.通过对DSG4基因20个全长单倍型的两两比较,基于大量变异的分布特点,确认了该基因内有多次重组(Crossovers),并且几乎都分布在15~20 kb区域内,因而推断绵羊DSG4基因内存在重组热点(Recombination hotspot)。 4. 20个单倍型的前15 kb序列可聚为8个不同的单倍型类群,类群间的遗传变异在21处至144处之间,平均为89处(未计indels),而类群内的单倍型两两相比至多只出现4处变异,表明家养绵羊可能具有8个不同的遗传背景。 5. 635 bp序列中共有22个SNPs和21个单倍型,其中h1至h10与全长单倍型H1至H10一致;h1为主单倍型、总的频率达0.493,在国外绵羊中优势更为明显;h2在我国绵羊中总的频率达0.194,在8个品种中都有分布、频率在0.036~0.397之间,但在120只国外绵羊中没有出现;h6在我国绵羊中的频率为0.074,仅次于h1(0.424)和h2(0.194),在国外绵羊中也没有出现;h3至h10总的频率在0.026~0.056之间;h11至h21只在我国绵羊出现、但频率极低,总的频率在0.001~0.008之间。我国绵羊含有21个单倍型,国外绵羊只有8个,而且我国绵羊的单倍型多样度(H_d)明显高于国外绵羊(0.766 vs 0.514)。对于8个国内品种,藏羊的H_d最高(0.846),其次是多浪羊(0.767)、滩羊(0.748)和小尾寒羊(0.747)比较接近,湖羊的H_d最低(0.451)。 6.藏羊有3个SNPs位点的基因型分布显著偏离HWE(P 0.05),而所有22个SNPs在其它11个国内外绵羊品种中均符合HWE。AMOVA分析结果显示,品种间的变异程度不高,变异主要来源于品种内。DnaSP 5.0软件分析结果显示,绵羊DSG4基因635 bp序列显著偏离中性选择。构建了21个单倍型的系统发育树,结果显示h12可能来自一个新的遗传背景,结合中介网络分析的结果推断部分稀有单倍型可能是由重组产生。 DSG4基因具有8个不同的单倍型类群,暗示家养绵羊可能还含有不同于母系遗传背景的父系来源。测定了9个中国品种和2个伊朗品种、共计152只公绵羊的性别决定基因(Sex determining region Y, SRY)部分序列,继而采用PCR-RFLP方法筛查了2个SNPs(其中460GT为新发现)在另外226只国内外绵羊中的多态性,结果显示:152条SRY序列与GenBank中已有的盘羊(Ovis ammon)和羱羊(Ovis vignei)等野生近缘种的都不相同;88AG的G等位基因在我国绵羊(n = 322)只出现2例,在无角道赛特(n = 10)、萨福克(n = 5)和特克赛尔(n = 10)中已被固定;而460GT的T等位基因在新疆和田羊(n = 20)和滩羊(n = 45)中的频率分别为0.10和0.16,在其它22个国内外品种中都没有出现。鉴于我国西北地区分布着多个盘羊亚种,我们推断新疆和田羊和滩羊具有独特的父系来源,并且可能是来自于野生盘羊的基因渗入。


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1 张戈;绵羊DSG4基因的结构、遗传多样性、系统发育及重组特性[D];中国农业科学院;2011年
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