汪 琦,柴志欣,鐘金城 *
(1.西南民族大學 動物遺傳育種學國家民委-教育部重點實驗室,四川 成都 610041;2.西南民族大學 青藏高原研究院,四川 成都 610041)
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西藏牦牛IGF2基因內(nèi)含子8遺傳多態(tài)性及其遺傳效應(yīng)分析
汪 琦1,2,柴志欣1,2,鐘金城1,2 *
(1.西南民族大學 動物遺傳育種學國家民委-教育部重點實驗室,四川 成都 610041;2.西南民族大學 青藏高原研究院,四川 成都 610041)
以胰島素樣生長因子2(IGF2)基因內(nèi)含子8作為影響西藏牦牛生長性狀的候選基因,研究并分析其與生長性狀的相關(guān)性,以期利用分子標記輔助選擇等育種措施為我國西藏高山牦牛進行種質(zhì)資源保種選育提供理論根據(jù)。本研究采用PCR產(chǎn)物直接測序法對帕里牦牛、申扎牦牛、斯布牦牛和類烏齊牦牛4個品種(類群)共151個樣本的胰島素生長因子2(IGF2)基因內(nèi)含子8部分序列進行了單核苷酸多態(tài)性研究,并分析候選基因不同基因型與體重、體高、體斜長、胸圍和管圍等生長性狀的相關(guān)性。結(jié)果表明:①西藏牦牛IGF2基因內(nèi)含子8部分序列長度為412 bp,在帕里牦牛和申扎牦牛中發(fā)現(xiàn)AA、AB、BB 3種基因型,與AA型相比,BB型在307位發(fā)生G→C轉(zhuǎn)換,335位發(fā)生A→G突變;②對標記基因型生長發(fā)育指標(體高、體斜長、胸圍、管圍、體重)進行差異顯著性檢驗,帕里牦牛BB基因型個體的體重顯著高于AB、AA基因型個體(P<0.05),申扎牦牛BB基因型個體的體重極顯著高于AA基因型個體(P<0.01),顯著高于AB基因型個體,而在斯布牦牛和類烏齊牦牛中未發(fā)現(xiàn)有BB基因型個體。③4個牦牛品種(類群)的BB與AB、AA基因型個體在體高、體斜長、胸圍和管圍性狀上差異不顯著;④適合性檢驗表明3種基因型在西藏牦牛群體中均處于Hardy-Weinberg平衡狀態(tài)。由此可得,IGF2基因可能在不依靠骨骼增長的條件下而增加體重量,可作為輔助選擇來標記體重量的候選基因。
西藏牦牛;胰島素樣生長因子2(IGF2);多態(tài)性
西藏牦牛主要為高山牦牛,分布于我國西藏自治區(qū)東部、南部的山原地帶,平均海拔在3000 m以上,空氣含氧量低,日溫差大,牧草生長期短,其他家畜難以生存和充分利用牧草資源,而高山牦牛均能適應(yīng)。西藏高山牦牛數(shù)量多,分布范圍廣,適應(yīng)性強,是當?shù)啬撩裆a(chǎn)生活不可或缺的重要畜種。但在青藏高原惡劣的自然條件下,因草場品質(zhì)差異大、不均勻以及牧民粗放的管理方式使不同地區(qū)的牦牛生產(chǎn)性能產(chǎn)生較大的差異,這給育種帶來了一定困難[1]。因此有必要利用分子標記輔助選擇等育種措施對西藏高山牦牛進行種質(zhì)資源保護和保種選育研究。
胰島素生長因子2(insulin-like growth factor 2,IGF2)作為胰島素生長因子家族成員之一,最早由salmon等(1957)[2]在研究生長激素(growth hormone,GH)時發(fā)現(xiàn),是由一種硫化因子作為媒介從而刺激軟骨生長。1978年,Rinderknecht和Humbel2人從人的血液中分離出2種生長素,故將他們正式命名為胰島素生長因子1和2(insulin-like growth factor 1 and 2)。胰島素生長因子1,2在結(jié)構(gòu)上與胰島素相近,并且在功能上也有相似之處,它們都屬于多功能細胞分裂多肽,通過細胞膜上特異性跨膜受體介導調(diào)節(jié)細胞分裂、分化、程序性死亡、化學趨向性等活動[3]。
IGF2是目前所知功能最復(fù)雜多樣的生長調(diào)控因子,它可以促進細胞的有絲分裂活動并參與出生后基因組的重建,主要作用可能是通過自分泌和旁分泌機制促進局部組織生長發(fā)育[4]。IGF2是一種父本表達印記基因,其對個體肌肉生長和分化有重要作用[5]。牛的IGF2基因是由10個外顯子和9個內(nèi)含子組成,其中第一外顯子到第七外顯子為非編碼前導外顯子[6]。牛的IGF2基因有4個啟動子,分別是P1、P2、P3、P4,在牛不同的生長階段翻譯出不同組成的蛋白質(zhì)[7]。已有研究表明IGF2基因?qū)ωi的瘦肉率、生長速率、背最長肌面積和背膘有重要作用,可將其作為提高豬瘦肉率的候選基因[8-10]。IGF2有促進生長作用,同時也有促進脂肪沉積的作用。Lamberson W R等[11]對9周齡和21周齡豬的測定研究發(fā)現(xiàn),IGF2基因濃度與生長期所測定的體重呈正相關(guān),提高血漿中的IGF2濃度,能提高豬的背膘厚。另有報道稱,IGF2基因在人[12]和雞[13]上也分別發(fā)現(xiàn)了與肥度性狀相關(guān)的多態(tài)性位點,并且可以用來作為雞腹脂率性狀的候選基因[14]。Vykoukalova等[15]在IGF2第七內(nèi)含子上檢測到2個多態(tài)性位點,結(jié)果表明基因型間的背膘厚及瘦肉率差異顯著。韓瑞華等[16]對24月齡的秦川牛IGF2基因進行多態(tài)性檢測,發(fā)現(xiàn)基因型間對宰前活重、胴體重、胴體長、胴體胸深、眼肌面積差異顯著,其中背部皮下脂肪厚達差異極顯著。劉桂蘭等[17]在第8內(nèi)含子中發(fā)現(xiàn)了2個NciⅠ酶切位點且兩位點在資源家系中均具有多態(tài)性,基因型間脂肪沉積和瘦肉率差異顯著。
本研究首次以西藏牦牛作為研究對象,以IGF2基因作為影響西藏牦牛體重量、體高、體斜長、胸圍和管圍性狀的候選基因,并分析其與這些性狀的相關(guān)性,以期利用分子標記輔助選擇等育種措施為我國西藏高山牦牛進行種質(zhì)資源保護和保種選育提供理論根據(jù)。
1.1 材料
1.1.1 實驗動物 本研究隨機選取了西藏帕里、申扎、斯布和類烏齊4個品種(類群)共151頭健康牦牛(帕里牦牛31頭;申扎牦牛40頭;斯布牦牛40頭;類烏齊牦牛40頭),分別剪取耳組織,置于75 %乙醇中帶回實驗室,-20 ℃保存?zhèn)溆?。在樣品采集過程中,同時測定生長性狀(包括體重量、體高、體斜長、胸圍和管圍)。
1.1.2 主要試劑及分析軟件 DNA提取試劑盒;DL2000Marker、瓊脂糖、ExTaqDNA聚合酶(250 U,5 U/μl);蛋白酶K;乙醇、EDTA、飽和酚、NaOH、甘油等。
Primer premier5.0;DNAMAN5.0、Clustalx1.83;BioEdit7.0.5;PIC_CALC、Popgen32、Excel2010、SPSS18.0;
1.2 實驗方法
1.2.1 基因組DNA的提取與引物設(shè)計合成 基因組DNA提取方法采用天根生物化學公司提供的試劑盒,按照其中的說明步驟進行。
取通過上述方法提取的基因組5 μl DNA和1 μl Loading Buffer混勻,再用1 %瓊脂糖凝膠電泳檢測其濃度,置于-20 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>
利用引物設(shè)計軟件Primer premier 5.0,根據(jù)GenBank中公布的牛種屬IGF2基因序列(NO:AC000186.1),針對第8內(nèi)含子部分序列設(shè)計特異性引物,引物:F:5′-AGGT GGCTGGGCTTAGGGT-3′,R:5′-GCGAGTCATGTGGCTGGAA-3′,由上海生工生物工程公司合成。
1.2.2 PCR擴增體系和程序 PCR反應(yīng)體系(50 μl體系):上、下游引物各2 μl,DNA模板2 μl,ddH2O 19 μl,2×longTaqDNA 預(yù)混酶25 μl。
PCR反應(yīng)程序為:95 ℃預(yù)變性5 min,94 ℃變性45 s,57.7 ℃退火35 s,72 ℃延伸45 s,35個循環(huán);72 ℃延伸10 min,4 ℃保存。PCR產(chǎn)物用1 %瓊脂糖凝膠電泳檢測,用凝膠成像系統(tǒng)分析擴增結(jié)果。
1.2.3IGF2基因SNP位點的篩查和檢測 將151頭牦牛的DNA擴增產(chǎn)物送由上海生物工程技術(shù)有限公司純化和測序。利用DNAMAN 5.0生物軟件對擴增序列進行校正、比對,確保準確性;利用BioEdit7.0.5生物軟件打開測序圖譜,查找雙峰位點(突變位點),判定基因型。
1.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 根據(jù)西藏4個牦牛品種IGF2基因SNP位點的檢測結(jié)果,統(tǒng)計不同基因型個體數(shù)量。利用Excel 2010、PIC_CALC、Popgen 32、SPSS 18.0等軟件分析基因頻率、基因型頻率、SNP位點的多態(tài)信息含量、有效等位基因數(shù)、基因純合度、基因雜合度、Hardy-Weinberg平衡檢測及與生長性狀的關(guān)聯(lián)性。
2.1 IGF2基因的PCR擴增產(chǎn)物
以西藏牦牛DNA為模板,用所設(shè)計的引物進行PCR特異性擴增,獲得了IGF2基因第8內(nèi)含子的特異性片段,所獲產(chǎn)物片段長度為412 bp,經(jīng)瓊脂糖電泳檢測(圖2),為清晰的特異性條帶,與預(yù)期結(jié)果相一致,表明目的片段擴增成功。
2.2 IGF2基因SNPs位點的篩查和檢測
將擴增得到的PCR產(chǎn)物進行直接測序,分析測序峰圖,共篩查到2個SNP位點(圖3),均位于特異性片段上。進一步通過與牦牛IGF2基因結(jié)構(gòu)進行對比,發(fā)現(xiàn)2個SNP位點均位于第8內(nèi)含子內(nèi),且2個位點突變情況一致(G307C、A335G),故將其命名為AA、AB和BB基因型。
圖1 西藏牦牛IGF2基因的PCR擴增產(chǎn)物瓊脂糖凝膠電泳圖Fig.1 Agarose gel electrophpresis of PCR amplification of IGF2 gene in Tibet yak
2.3 西藏牦牛IGF2基因的遺傳多態(tài)性
2.3.1 基因頻率與基因型頻率及χ2適合性檢驗 根據(jù)測序譜圖和序列比對結(jié)果,用Excel2010軟件分別統(tǒng)計分析了IGF2片段中AA,AB,BB3種基因型及等位基因(2個SNP位點,即G307C位點和A335G位點)在帕里牦牛,申扎牦牛,斯布牦牛和類烏齊牦牛4個類群中的分布頻率(表1)。結(jié)果表明,2個SNP位點均為二等位基因,符合單核苷酸多態(tài)性的特點,IGF2 基因內(nèi)含子8基因的3種基因型在不同牦牛品種(類型)的分布比較一致, 且均以A等位基因為優(yōu)勢等位基因,帕里牦牛、申扎牦牛、斯布牦牛和類烏齊牦牛A等位基因頻率分別為0.74、0.79、0.9和0.98。
圖2 西藏牦牛IGF2片段2個SNP位點測序圖譜Fig.2 Sequencing of 2 SNP sites in IGF2 fragment of Tibet yak
基因和基因型Geneandgenotype帕里牦牛Paliyak申扎牦牛Shenzhayak斯布牦牛Sibuyak類烏齊牦牛Leiwuqiyak數(shù)量Quantity頻率Frequency數(shù)量Quantity頻率Frequency數(shù)量Quantity頻率Frequency數(shù)量Quantity頻率FrequencyAA190.61250.63320.8380.95AB80.26130.3380.220.05BB40.1320.050000A﹨0.74﹨0.79﹨0.9﹨0.98B﹨0.26﹨0.21﹨0.1﹨0.03
表2 西藏牦牛IGF2內(nèi)含子8 突變位點的Hardy-Weinberg平衡性檢測
對IGF2基因的突變位點進行卡方適合性檢驗(表2)。結(jié)果表明西藏牦牛4個品種的χ2值均未達到顯著水平,并且2個位點處于平衡狀態(tài)(P>0.05),推測可能是經(jīng)過長期的進化,在適應(yīng)性方面具有明顯的遺傳優(yōu)勢,使其達到了遺傳平衡狀態(tài)。
2.3.2 群體遺傳多態(tài)性 西藏牦牛IGF2基因的SNPs位點的群體遺傳多態(tài)性(表3)。 突變位點在帕里牦牛和申扎牦牛2個品種中均處于中度多態(tài)(0.25 2.4 IGF2基因的多態(tài)性與西藏牦牛生長性狀的關(guān)聯(lián)性 根據(jù)SPSS中比較均值單因素ANOVA分析方法的模型,采用SPSS18.0生物軟件分析了IGF2基因AA、AB和BB3種不同基因型與151頭西藏牦牛體重量、體高、體斜長、胸圍以及管圍等生長性狀的相關(guān)性(表4)。結(jié)果表明,帕里牦牛BB基因型個體的體重量顯著高于AB、AA基因型個體(P<0.05),申扎牦牛BB基因型個體的體重量極顯著高于AA基因型個體(P<0.01),顯著高于AB基因型個體(P<0.05)。而在斯布牦牛和類烏齊牦牛中未發(fā)現(xiàn)有BB基因型個體。4個品種(類群)牦牛的BB與AB、AA基因型個體在體高、體斜長、胸圍和管圍性狀上差異不顯著。 牦牛是唯一能夠充分利用青藏高原草地資源進行動物性生產(chǎn)的優(yōu)勢牛種,也是我國的特有生物資源。尤其是西藏高山牦牛,為藏民族牧民們提供生產(chǎn)生活資料,是不可或缺的高原家養(yǎng)牲畜和不可替代的生產(chǎn)生活資料。牦牛對中國畜牧業(yè)發(fā)展有不可忽視的社會及經(jīng)濟意義。本研究首次以西藏高山牦牛為試驗動物,對IGF2基因內(nèi)含子8的多態(tài)性及遺傳效應(yīng)進行了研究分析,在IGF2基因內(nèi)含子8中發(fā)現(xiàn)307位G→C和335位A→G發(fā)生了轉(zhuǎn)換,在4個品種牦牛群體中均檢測到2種等位基因(A和B),帕里牦牛和申扎牦牛檢測到3種基因型(AA、AB、BB);斯布牦牛和類烏齊檢測到2種基因型(AA、AB),各群體均以A等位基因為優(yōu)勢等位基因。4個牦牛品種均處于Hardy-Weinberg平衡狀態(tài)。牦牛一般為自然交配,沒有人工干擾,大多數(shù)基因在各種群的分布都處于平衡狀態(tài)。反應(yīng)動物群體遺傳多樣性的另外兩個指標還有群體多態(tài)信息含量(PIC)以及雜合度(He)。這2個指標的數(shù)值越大,說明群體遺傳多樣性就豐富,群體就具有較高的選擇潛力,反之亦然。在4種牦牛品種中,帕里和申扎牦牛的群體多態(tài)信息含量呈現(xiàn)中度多態(tài),而斯布和類烏齊牦牛呈現(xiàn)低度多態(tài)。這說明帕里和申扎牦??蛇x擇空間較大,群體多態(tài)性較高,群體遺傳變異大。在今后的育種培養(yǎng)中應(yīng)加大人工選擇強度。 表3 西藏牦牛IGF2基因SNPs位點的遺傳多態(tài)性 注:PIC>0.5為高度多態(tài),0.25 表4 西藏牦牛IGF2基因第8內(nèi)含子不同基因型與生長性狀的相關(guān)性 注:表中的數(shù)值為均值±標準誤,同列上標為不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01),標不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。 Note: The value in table is mean±standard error, the different capital letters in the same column indicates extremely significant differences (P<0.01);Values with different small letters in the same line at the same population mean significant difference(P< 0.05). 在斯布牦牛和類烏齊牦牛中未發(fā)現(xiàn)IGF2基因內(nèi)含子8的3種基因型(AA、AB、BB)中的BB型個體。雖然有B等位基因的出現(xiàn),但是B的等位基因頻率在這2種牦牛中分布僅為0.1和0.03。并且可以肯定該位點的多態(tài)信息含量與帕里牦牛和申扎牦牛相比要較低,B等位基因頻率遠低于A等位基因頻率。而對于為什么在斯布牦牛和類烏齊牦牛中沒有發(fā)現(xiàn)BB型基因型的個體,現(xiàn)在這個問題還無法做出合理的解釋和說法。推測一有可能是這2個牦牛品種采集的樣品還不夠多,不足以說明;推測二可能是帕里牦牛、申扎牦牛更地處西藏西邊,而斯布牦牛、類烏齊牦牛更地處西藏東邊,有可能是牦牛所處的不同地方有人為選育因素在其中的作用,才導致帕里牦牛和申扎牦牛出現(xiàn)BB型基因型個體;推測三有可能是帕里牦牛和申扎牦牛在分類群上是屬于一個群,斯布牦牛和類烏齊在分類群上是屬于另一個群。關(guān)于這個問題今后還有待進一步研究。 本實驗將IGF2基因作為影響牦牛生長發(fā)育性狀的候選基因,結(jié)果發(fā)現(xiàn),BB型個體的體重量較AA型的個體要大,但在體高、體斜長、胸圍和管圍上AA與BB基因型差異均不顯著,表明BB型個體可能有不依靠自身骨骼增長而增加體重量的機制,這與王丁科等[5]對牦牛研究的實驗結(jié)果基本一致,也與劉桂蘭等[17]在豬上做的實驗結(jié)果相一致,即在內(nèi)含子8檢測到一個NciⅠ多肽位點,且基因型間脂肪沉積和瘦肉率差異顯著。由于對IGF2基因內(nèi)含子8所做的研究至今還不多,所以今后在育種的過程中提示可以嘗試將IGF2 基因作為牦牛體重量性狀的候選基因用于標記輔助選擇,從而選擇BB型個體以期提高后代的平均體重量,加速西藏牦牛的育種進程,增加選種準確率,提高經(jīng)濟效益。 由于IGF2在生長發(fā)育、基因印記和腫瘤生長過程中有很重要的作用,近年來,關(guān)于IGF2的研究報道是越來越多。目前己經(jīng)有資料證明IGF2與瘦肉率、脂肪沉積等許多經(jīng)濟性狀有關(guān)[17],且被確定為候選基因。韓瑞華等[16]曾發(fā)現(xiàn)IGF2基因120處和279處的堿基發(fā)生突變,導致BB、DD2個位點與秦川牛宰前活重、胴體重、胴體長、胴體胸深、眼肌面積顯著相關(guān)(P<0.05)并且含有B、D等位基因個體的胴體和肉質(zhì)性狀優(yōu)于其他個體。Knoll等[18]對豬進行連鎖分析,確定IGF2基因內(nèi)含子2中一個單核苷酸多態(tài)性,導致了NciⅠ限制性酶切位點的改變。薛慧良等[19]研究了IGF2基因第4外顯子的多態(tài)性位點,發(fā)現(xiàn)了不同基因型間對背膘厚的差異顯著的特點。另外Magri 等[20]和Grrard 等[21]人的研究表明,IGF2是一種胎兒生長激素, 其在胚胎的正常發(fā)育過程中起著至關(guān)重要的作用, 如果該基因失活, 會導致胎兒出生時體重僅為野生型胎兒的60 %。因此,筆者認為IGF2基因適合作為此類功能特征的候選標記基因進一步在西藏牦牛上研究分析。IGF2基因目前在西藏牦牛中的研究還不夠全面,并且本文中關(guān)于不同基因型間如何對牦牛體重產(chǎn)生有差異的影響,其具體途徑今后還有待于進一步研究。 [1]閻 萍. 牦牛養(yǎng)殖實用技術(shù)問答[M].蘭州:甘肅民族出版社,2007. 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(責任編輯 李 潔) Genetic Polymorphisms and Genetic Effects ofIGF2 Gene Intron 8 in Tibet Yak WANG Qi1,2, CHAI Zhi-xin1,2, ZHONG Jin-cheng1,2 * (1.Key Laboratory of Animal Genetics and Breeding of State Ethnic Affair Commission and Ministry of Education, Sichuan Chengdu 610041, China; 2.Qinghai-Tibet Plateau College,Southwest University for Nationalities, Sichuan Chengdu 610041, China) The insulin-like growth factor 2 (IGF2) gene intron 8 as candidate genes influence Tibet yak growth traits used to study and analyze its correlation with growth traits, in order to use the molecular marker assisted selection breeding measures for our country mountain in Tibet yak breeding germplasm resource storage were provided according to the theory.This experiment adopts the method of PCR product direct sequencing on yak in four varieties(Pali yak,Shenzha yak,Sibu yak and Leiwuqi yak) of a total of 151 samples of insulin growth factor 2 (IGF2) gene intron 8 partial sequence on the single nucleotide polymorphisms research, and analysis on body weight, body height, body length, chest circumference and genetic effect of tube is surrounded. Results showed that:(i)Tibet yakIGF2 gene intron 8 partial sequence length of 412 bp, and found in the Pali yak and Shenzha yak to AA, AB, and BB three genotypes, thereinto BB is composed 307 G→C and 335 A→G mutual transformation.(ii)Type of marker gene growth index (body height, body length, chest circumference, pipe circumference, body weight) for difference significance test and Pali yak BB genotype individual weight significantly higher amount of AB, AA genotype individuals (P<0.05), Shenzha yak BB genotype individual weight significantly higher than that of AA genotype individuals (P<0.01), significantly higher than AB genotype individuals, and in Sibu yak and Leiwuqi yak groups, the BB genotype individual has not been found. Four varieties of yak (groups) BB and AB, AA genotype individuals in body height, body length, chest circumference and tube around the character difference was not significant. (iii)Fitness tests three genotypes in Tibet yak populations are in Hardy-Weinberg equilibrium state. It can be concluded thatIGF2 gene may not rely on bone growth and increase the weight of mechanism, the future can be as a marker assisted selection to the weight of candidate genes. Tibet yak; Insulin-like growth factor 2; Polymorphism 1001-4829(2016)08-1998-06 10.16213/j.cnki.scjas.2016.08.045 2015-10-08 西南民族大學碩士研究生創(chuàng)新課題重點項目(CX2015SZ097) 汪 琦(1991-),男,陜西渭南人,在讀碩士研究生,研究方向為分子生態(tài)學,E-mail:506073443@qq.com,*為通訊作者:鐘金城(1963-),男,教授,博士,研究方向為動物遺傳學,E-mail:zhongjincheng518@126.com。 S823 A3 討 論