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      烏頭驢和三粉驢微衛(wèi)星遺傳多態(tài)性分析

      2017-02-10 13:02:25劉艷艷譚晴晴范陽(yáng)陽(yáng)張全芳盛清凱董書(shū)光
      中國(guó)畜牧雜志 2017年1期
      關(guān)鍵詞:微衛(wèi)星烏頭雜合

      劉艷艷,譚晴晴,范陽(yáng)陽(yáng),張全芳,盛清凱,賈 濤,董書(shū)光,步 迅*

      (1. 山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究中心,山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院應(yīng)用生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室,膠類(lèi)中藥源性DNA分子鑒定實(shí)驗(yàn)室,山東濟(jì)南 250100;2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所,山東省畜禽疫病防治與繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東濟(jì)南 250100;3.山東禹城惠民農(nóng)業(yè)科技有限公司,山東省德州黑驢養(yǎng)殖繁育保種基地,山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院地方驢品種資源保護(hù)科研中心,山東禹城 251200;4.山東東阿國(guó)膠堂阿膠藥業(yè)有限公司,山東東阿 252201)

      烏頭驢和三粉驢微衛(wèi)星遺傳多態(tài)性分析

      劉艷艷1,譚晴晴1,范陽(yáng)陽(yáng)1,張全芳1,盛清凱2,賈 濤3,董書(shū)光4,步 迅1*

      (1. 山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究中心,山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院應(yīng)用生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室,膠類(lèi)中藥源性DNA分子鑒定實(shí)驗(yàn)室,山東濟(jì)南 250100;2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所,山東省畜禽疫病防治與繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東濟(jì)南 250100;3.山東禹城惠民農(nóng)業(yè)科技有限公司,山東省德州黑驢養(yǎng)殖繁育保種基地,山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院地方驢品種資源保護(hù)科研中心,山東禹城 251200;4.山東東阿國(guó)膠堂阿膠藥業(yè)有限公司,山東東阿 252201)

      實(shí)驗(yàn)旨在了解德州驢中烏頭驢和三粉驢2個(gè)品系的遺傳多態(tài)性。利用13個(gè)微衛(wèi)星位點(diǎn),通過(guò)建立多重多色毛細(xì)管電泳熒光檢測(cè)方法,對(duì)39頭三粉驢和16頭烏頭驢進(jìn)行遺傳多樣性分析,對(duì)等位基因數(shù)、多態(tài)信息含量(PIC)、遺傳雜合度和有效等位基因數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明:13對(duì)微衛(wèi)星位點(diǎn)三粉驢PIC指數(shù)平均值為0.47,烏頭驢PIC指數(shù)平均值為0.40,德州驢2個(gè)品系PIC總的平均值為0.47。其中烏頭驢品系平均等位基因數(shù)為3.31,平均觀測(cè)雜合度為0.27,有效等位基因數(shù)為2.11。三粉驢品系平均等位基因數(shù)為4.46,平均觀測(cè)雜合度為0.33,有效等位基因數(shù)為2.61。由此可見(jiàn),三粉驢比烏頭驢的遺傳多態(tài)性高,但2個(gè)驢品系的遺傳雜合度均偏低,遺傳變異程度較小。

      微衛(wèi)星;遺傳多樣性;烏頭驢;三粉驢

      德州驢是我國(guó)優(yōu)秀的地方品種,從表型可分為“三粉驢”和“烏頭驢”2個(gè)品系,具有適應(yīng)性強(qiáng)、耐粗飼、抗病力強(qiáng)等特點(diǎn)。由于社會(huì)的進(jìn)步和運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展,驢在我國(guó)大部分地方的役用地位明顯降低,主要驢品種面臨著種質(zhì)資源逐步退化,驢種群數(shù)量和質(zhì)量逐漸降低的嚴(yán)峻形勢(shì)[1]。

      保護(hù)和開(kāi)發(fā)利用我國(guó)驢種資源已成為當(dāng)務(wù)之急。微衛(wèi)星標(biāo)記技術(shù)(Microsatellite DNA)具有豐富的多態(tài)性、數(shù)量多且在基因組中分布均勻、易于檢測(cè)、呈共顯性遺傳等特點(diǎn),因此作為對(duì)生物性狀進(jìn)行遺傳分析的主要工具已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。在動(dòng)物遺傳育種領(lǐng)域主要應(yīng)用于鑒定個(gè)體親緣關(guān)系或品系間的遺傳結(jié)構(gòu)、構(gòu)建遺傳圖譜等方向[2]。在國(guó)外,Aranguren-Méndez 等[3-4]利用15對(duì)微衛(wèi)星位點(diǎn)分析了5個(gè)西班牙驢品種的遺傳結(jié)構(gòu);Jordana 等[5]利用12對(duì)馬的微衛(wèi)星位點(diǎn)分析了加泰羅尼亞驢的遺傳多樣性;Matassino等[7-9]利用16對(duì)微衛(wèi)星位點(diǎn)對(duì)意大利維特貝塞驢和米亞塔驢進(jìn)行了遺傳多樣性分析。在國(guó)內(nèi),關(guān)于不同地方驢種遺傳多態(tài)性的微衛(wèi)星檢測(cè)已有很多相關(guān)報(bào)道 。而對(duì)于烏頭驢和三粉驢的遺傳多態(tài)性研究還未見(jiàn)報(bào)道。本研究采用微衛(wèi)星技術(shù),通過(guò)檢測(cè)13對(duì)微衛(wèi)星位點(diǎn),分析了烏頭驢和三粉驢的遺傳多態(tài)性,以此來(lái)豐富我國(guó)地方驢品種的微衛(wèi)星數(shù)據(jù)庫(kù),為我國(guó)家驢遺傳資源的保護(hù)利用以及下一步的育種雜交工作提供參考依據(jù)。

      1 材料與方法

      1.1 實(shí)驗(yàn)材料 為減少抽血給動(dòng)物帶來(lái)的應(yīng)激反應(yīng),本實(shí)驗(yàn)采集烏頭驢和三粉驢的驢毛(帶有毛囊)作為研究材料。驢的品種、數(shù)量和采集地見(jiàn)表1。所采集的樣本-20℃保存。

      1.2 方法

      1.2.1 基因組DNA提取 驢毛基因組DNA提取步驟:取風(fēng)干的毛發(fā)5~10根,分別用無(wú)水乙醇和滅菌去離子水各洗2遍,每遍浸泡約5 min,并在震蕩器上渦旋充分混勻。自然晾干后,剪成0.3 cm左右的片段,放入1.5 mL的EP管中。加入100 μL的 5% Chelex-100溶液,10 μL的蛋白酶K(20 mg/mL),10 μL的DTT(1 mol/L),震蕩混勻后置56℃水浴消化過(guò)夜。100℃沸水浴8 min,劇烈震蕩,使蛋白變性,DNA釋放。4 000 r/m離心3 min,吸取上清至新EP管中。加入等體積的氯仿充分混勻,13 000 r/min離心10 min,吸取上清,加入1/10體積的 3 mol/L乙酸鈉(pH 5.2),2倍體積的無(wú)水乙醇,充分混勻,4℃下13 000 r/min離心10 min,棄上清,70%酒精清洗2次,室溫干燥,加入50 μL TE緩沖液,室溫溶解DNA,利用分光光度計(jì)檢測(cè)DNA濃度及純度, -20℃保存?zhèn)溆谩?/p>

      表1 實(shí)驗(yàn)用驢種、數(shù)量、采集地

      1.2.2 微衛(wèi)星引物篩選 根據(jù)前人研究報(bào)道[7,10,12],篩選出13對(duì)微衛(wèi)星引物,由生工生物工程(上海)有限公司合成,微衛(wèi)星引物序列見(jiàn)表2。

      1.2.3 熒光多重PCR組合的建立 對(duì)多重PCR組合引物設(shè)計(jì)的具體要求:①要求標(biāo)記相同熒光的同組合引物的擴(kuò)增產(chǎn)物大小范圍沒(méi)有交叉;②不同組的引物標(biāo)記不同的熒光;③每套引物間的相互作用盡可能低,△ G<13;④對(duì)擬組合的引物使用Multiple primer design with primer 3在線軟件進(jìn)行評(píng)估,排除產(chǎn)生顯著的引物間相互作用的組合。經(jīng)過(guò)評(píng)估和篩選,將13對(duì)微衛(wèi)星引物分2套多重PCR組合(表3)。

      經(jīng)過(guò)引物濃度、退火溫度、酶的用量等參數(shù)的優(yōu)化,最終確定PCR反應(yīng)體系25 μL,第1套多重PCR體系包括:10×Buffer 2.5 μL,dNTPs(2.5 mmol/L) 2.0 μL,德泰Taq熱啟動(dòng)酶0.2 μL,DNA模板2.0 μL,微衛(wèi)星引物對(duì)濃度均為1.0μmol/L,加樣量分別為HMS6 2.0 μL,VHl20 0.5 μL,HMS7 1.0 μL,HTG6 3.0 μL,COR092 1.5 μL,HT G7 1.0 μL,HMS5 3.0 μL,補(bǔ)水至25 μL。第2套PCR體系包括:10×Buffer 2.5 μL,dNTPs(2.5 mmol/L) 2.0 μL,德泰Taq熱啟動(dòng)酶0.2 μL,DNA模板2.0 μL,微衛(wèi)星引物對(duì)濃度均為1.0μmol/L,HT G10 2.0 μL,AHT4 1.0 μL,HT G4 1.0 μL,HT G9 1.0 μL,HT G15 0.8 μL,COR071 2.0 μL。兩套引物的反應(yīng)條件:95℃預(yù)變性15 min;95℃變性1 min,59℃退火45 s,72℃延伸45 s,15個(gè)循環(huán);95℃變性1 min,52℃退火45 s,72℃延伸45 s,20個(gè)循環(huán);最后60℃延伸45 min。

      表2 微衛(wèi)星引物序列、熒光修飾及擴(kuò)增片段大小

      取1 μL PCR產(chǎn)物和1 μL ROX500內(nèi)標(biāo)同時(shí)加入HiDi去離子甲酰胺,95℃變性,立即放置冰上,冰浴5 min,3 700 r/min離心5 min,在毛細(xì)管熒光電泳系統(tǒng)ABI 3 730Xl DNA 分析儀(APPlied Biosystems,USA)上機(jī)檢測(cè)。采用多重多色熒光電泳檢測(cè)的方法,即按照擴(kuò)增片段大小和熒光染料的種類(lèi)可將13對(duì)引物分2套多重PCR體系,在96孔板上同時(shí)上機(jī)檢測(cè)SSR標(biāo)記等位基因。

      表3 2套多重PCR體系微衛(wèi)星引物分組

      1.2.4 數(shù)據(jù)分析 利用 GeneMapper ID v3.2軟件進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和校正,獲得不同樣品13對(duì)引物的原始數(shù)據(jù)表。根據(jù)PowerMarker v3.25軟件,對(duì)等位基因數(shù)(Na)、等位基因頻率(Allele Frequency)、多態(tài)信息含量(PIC)、期望雜合度(He)、觀測(cè)雜合度(Hobs)和有效等位基因數(shù)(Ne)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,利用Pop Gene32軟件進(jìn)行哈迪-溫伯格平衡檢驗(yàn)。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 三粉驢和烏頭驢微衛(wèi)星位點(diǎn)多態(tài)性分析 本實(shí)驗(yàn)所用的13個(gè)微衛(wèi)星位點(diǎn),在三粉驢和烏頭驢樣品中均擴(kuò)增出良好的帶型,峰型特異。其中HT G7、HT G6、COR092、HT G10、AHT4、HT G15和COR071為高度多態(tài)性(PIC >0.5),HMS6和HT G9為中度多態(tài)性,而HMS7、HMS5和HT G4為低度多態(tài)性,其中烏頭驢在HT G4位點(diǎn)表現(xiàn)為單態(tài)性,三粉驢在所研究的位點(diǎn)中均表現(xiàn)出多態(tài)性。微衛(wèi)星位點(diǎn)多重組合毛細(xì)管電泳的代表性圖譜見(jiàn)圖1,微衛(wèi)星引物擴(kuò)增峰型清晰,多態(tài)性豐富。

      2.2 13對(duì)微衛(wèi)星位點(diǎn)等位基因遺傳變異分析 本實(shí)驗(yàn)中烏頭驢和三粉驢在13對(duì)微衛(wèi)星位點(diǎn)共檢測(cè)到61個(gè)等位基因,其中烏頭驢中檢測(cè)到43個(gè),三粉驢中檢測(cè)到等位基因58個(gè)。另外,烏頭驢中等位基因數(shù)范圍在2~7之間,三粉驢中為2~12之間。烏頭驢中有效等位基因的平均值為2.11,三粉驢為2.61,兩種驢品系中等位基因數(shù)平均值為4.69,有效等位基因數(shù)平均值為2.64(表4)。

      2.3 烏頭驢和三粉驢的遺傳多樣性分析 通過(guò)對(duì)13對(duì)微衛(wèi)星位點(diǎn)的PIC、Na及雜合度值大小進(jìn)行比較看出,HT G7 位點(diǎn)的值最大,依次為0.78、5.07、0.73,而位點(diǎn) HT G4的值最小分別為0.05、1.06、0.05。根據(jù) Botstein確定的位點(diǎn)多態(tài)性標(biāo)準(zhǔn):PIC>0.5 為高度多態(tài)性,0.5>PIC>0.25 時(shí)為中度多態(tài)性,PIC<0.25為低度多態(tài)位點(diǎn)[10]。從表4可以看出,三粉驢PIC指數(shù)平均值為0.47,烏頭驢PIC指數(shù)平均值為0.40 ,德州驢兩大品系PIC總的平均值為0.47,因此均屬中度多態(tài)性。其中VHl20、HTG7、HTG6、COR092、HTG10、AHT4、HTG15和COR071為高度多態(tài)性,HMS6和HTG9為中度多態(tài)性,而HMS7、HMS5和HTG4為低度多態(tài)性。本實(shí)驗(yàn)中13對(duì)微衛(wèi)星位點(diǎn)的平均觀測(cè)雜合度為0.31,其中烏頭驢中位點(diǎn)HMS7、HMS5、HTG10、HTG4的觀測(cè)雜合度均為0,表明4對(duì)位點(diǎn)在樣本中均為純合子。總的觀測(cè)雜合度為0.02~0.73,平均觀測(cè)雜合度為0.31。通過(guò)哈迪-溫伯格平衡檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn),除了HMS6、HTG4和HTG9外,其余微衛(wèi)星位點(diǎn)均處于哈迪-溫伯格不平衡(表4)。

      表4 三粉驢和烏頭驢各個(gè)位點(diǎn)的等位基因數(shù)、遺傳雜合度、多態(tài)信息含量和有效等位基因數(shù)

      圖1 13對(duì)微衛(wèi)星位點(diǎn)多重組合毛細(xì)管電泳的代表性圖譜

      圖2 烏頭驢和三粉驢中單個(gè)微衛(wèi)星引物的等位基因頻率和等位基因關(guān)系圖

      通過(guò)對(duì)比烏頭驢和三粉驢中單個(gè)微衛(wèi)星位點(diǎn)引物的等位基因頻率和等位基因的關(guān)系發(fā)現(xiàn),在三粉驢中位點(diǎn)片段較多為HMS6、HTG7、HTG10、HTG4和COR071,而烏頭驢中位點(diǎn)片段較多為VHl20。所研究的13個(gè)微衛(wèi)星位點(diǎn)中特有等位基因有21個(gè),其中VHl20中126 bp,HMS5 167 bp,COR071中226 bp為烏頭驢所特有的3個(gè)等位基因;三粉驢18個(gè)特有等位基因?yàn)镠MS6 208 bp,HMS7 215 bp, HTG7中 165 、171 、175 、177 、189bp ,HTG10中 128 、140 、142 、154 bp,HMS5中 143 bp,HTG4中 200 bp,COR071中 224 、230 、232 、236、240 bp(圖2)。

      3 討 論

      本實(shí)驗(yàn)中烏頭驢和三粉驢的等位基因之間存在差異性。在所研究的13對(duì)微衛(wèi)星位點(diǎn)引物中共有21個(gè)等基因位點(diǎn)是2種驢所特有的。其中烏頭驢有3個(gè)特有等位基因,三粉驢具有18個(gè)特有等位基因,本研究為德州驢的遺傳多樣性檢測(cè)和資源保存提供一定的參考。

      多態(tài)信息含量是衡量群體基因多態(tài)性的重要指標(biāo),最早由Botstein等[11]提出,一般PIC值越高,位點(diǎn)的基因多態(tài)性越高。PIC>0.5 為高度多態(tài)位點(diǎn),當(dāng)0.5>PIC>0.25 時(shí)為中度多態(tài)位點(diǎn), PIC<0.25為低度多態(tài)位點(diǎn) 。本研究中,烏頭驢和三粉驢中最高的多態(tài)位點(diǎn)均為HT G7,其PIC值分別為0.71、0.80;最低的位點(diǎn)分別為HT G4、HMS5,其PIC分別為0.00、0.03。13對(duì)位點(diǎn)引物中有8對(duì)為多態(tài)性,2對(duì)為中態(tài)性,3對(duì)為低態(tài)性。本研究中德州驢2個(gè)品系13對(duì)位點(diǎn)的PIC值在0.05~0.78之間,平均值為0.47。遺傳多樣性PIC值均低于朱進(jìn)文等[12]利用24對(duì)微衛(wèi)星位點(diǎn)對(duì)德州驢遺傳多樣性研究結(jié)果PIC平均值0.7219,李建國(guó)[13]發(fā)現(xiàn)德州驢6個(gè)微衛(wèi)星位點(diǎn)PIC平均值0.5633。這可能與檢測(cè)的品系群體及選擇的微衛(wèi)星位點(diǎn)不同有關(guān)。但通過(guò)對(duì)德州驢2個(gè)品系的分別檢測(cè)發(fā)現(xiàn),在烏頭驢中,除HT G4為單態(tài)外,其余12對(duì)微衛(wèi)星位點(diǎn)引物的基因遺傳多態(tài)性較高。三粉驢中13對(duì)微衛(wèi)星位點(diǎn)均表現(xiàn)出較高的遺傳多樣性。這說(shuō)明,德州驢品種在多數(shù)的微衛(wèi)星位點(diǎn)遺傳多態(tài)性較高,可作為有效的遺傳分子標(biāo)記用于烏頭驢和三粉驢遺傳多樣性的分析。

      遺傳雜合度又稱(chēng)基因多樣性,表示群體在某微衛(wèi)星位點(diǎn)雜合子的比例,它反映群體在微衛(wèi)星座位上的遺傳變異,一般認(rèn)為它是度量群體遺傳變異的一個(gè)最適參數(shù)[14]。一般認(rèn)為一個(gè)群體的雜合度大于0.5,則意味著它沒(méi)有受到高強(qiáng)度的選擇,遺傳多樣性比較豐富[15]。本研究中,樣本烏頭驢中觀測(cè)雜合度大于0.5的微衛(wèi)星位點(diǎn)有VHl20、HT G7、HT G9;三粉驢中為VHl20、COR092、HT G7、AHT4。以上位點(diǎn)雜合度較高,說(shuō)明該位點(diǎn)可以為檢測(cè)品種提供較大的遺傳多樣性信息,利于對(duì)烏頭驢和三粉驢品種進(jìn)行研究分析。而13個(gè)微衛(wèi)星位點(diǎn)中烏頭驢平均觀測(cè)雜合度為0.27,三粉驢為0.33,品種的純合度較高,因此反映出德州黑驢品種的雜合度較低,遺傳變異程度較小。因此,為了保護(hù)這一重要的地方驢種,在繁殖雜交的過(guò)程中應(yīng)盡量避免近親繁殖或者自然選擇,以便保護(hù)德州黑驢品種的優(yōu)良基因,防止品種退化。

      4 結(jié) 論

      本研究結(jié)果顯示,三粉驢的遺傳多態(tài)性高于烏頭驢,但是2個(gè)品系的遺傳雜合度均較低,遺傳變異程度較小。

      本研究初步揭示了烏頭驢和三粉驢的遺傳多樣性、遺傳變異程度等信息,為了更好地保護(hù)我國(guó)地方驢種的品種資源和選擇育種,還需要更進(jìn)一步了解各地方驢群體的遺傳信息。

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      S822.2

      A

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      2016-06-07;

      2016-07-18

      山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新課題(魯財(cái)農(nóng)指[2014] 38號(hào));2015山東省高效特色畜牧養(yǎng)殖項(xiàng)目;2015年度禹城市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展基金高效特色畜牧業(yè)示范縣項(xiàng)目;濟(jì)南市高校院所自主創(chuàng)新項(xiàng)目(201401264)

      劉艷艷(1982-),女,山東泰安人,研究實(shí)習(xí)員,碩士,研究方向?yàn)榉肿由飳W(xué),E-mail: 307982070@qq.com

      *通訊作者:步訊(1964-),上海人,副研究員,研究方向?yàn)榉肿由飳W(xué),E-mail: sherrv423@126.com

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