鹿科動(dòng)物Y染色體概述及其基因研究進(jìn)展

●孫麗敏 邢秀梅（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所 吉林 長(zhǎng)春 130112）

目前，全世界約有鹿科動(dòng)物34 種，在非洲、亞歐大陸、菲律賓、日本及北美洲等地廣泛分布。其中我國(guó)鹿種約占世界鹿種總數(shù)量的 1/2。哺乳動(dòng)物中，鹿科動(dòng)物具有極高的藥用滋補(bǔ)價(jià)值及食用價(jià)值。目前，鹿科動(dòng)物研究主要側(cè)重于DNA母系起源，輔助Y染色體的遺傳性能研究。本文針對(duì)鹿科動(dòng)物Y染色體及其基因在結(jié)構(gòu)特征和多樣性遺傳方面的研究進(jìn)行分析闡述。

1 Y染色體概述

1.1 Y染色體的形成

Y chromosome，簡(jiǎn)稱Y染色體，是判定生物性別的重要因素。在異質(zhì)型性別決定生物中，雄性獨(dú)有的染色體即為Y染色體，而雌性則沒(méi)有。生物進(jìn)化過(guò)程中產(chǎn)生Y染色體，數(shù)目少，形態(tài)小，具有承載遺傳物質(zhì)的作用[1]。有研究證明，最初X、Y兩種染色體原本為一雙常染色體，經(jīng)過(guò)不斷的進(jìn)化、分化，最終生成X染色體，受選擇壓力的影響，其中一條基因的活性喪失，長(zhǎng)度逐漸縮短、退化。X染色體SXO3發(fā)生基因變異，X染色體退化中SRY基因生成，該基因可對(duì)性別進(jìn)行控制，凸顯雄性的特異性，X、Y兩種染色體被分化開(kāi)，Y染色體是由退化的那條染色體經(jīng)過(guò)系列的進(jìn)化、分化轉(zhuǎn)變而來(lái)。Y染色體關(guān)乎哺乳類生物的性別及精子的生成。

1.2 Y染色體的結(jié)構(gòu)

在高等生物體內(nèi)，只有Y染色體為單倍體形態(tài)，通過(guò)減數(shù)分裂，大部分Y染色體和X染色體不發(fā)生交換與重新組合，該區(qū)域是Y染色體的雄性特異區(qū)，3類常染色質(zhì)與異染色質(zhì)連接形成Y染色體的雄性特異區(qū)域。3 類常染色質(zhì)由X染色體的退化、專座以及擴(kuò)增等序列構(gòu)成。在結(jié)構(gòu)上，X染色體和1/2Y染色體相類似，也就是所謂的PAR擬常染色體的區(qū)域。該區(qū)域在Y染色體的斷臂末尾處，減數(shù)分裂中，X染色體與PAR重新組合。

1.3 遺傳特征

1.3.1 父系遺傳方式

在異配性別生物中，僅有雄性個(gè)體內(nèi)存有Y染色體，也就是說(shuō)父系是Y染色體的唯一來(lái)源，嚴(yán)格來(lái)講，在這種遺傳方式的限制下，Y染色體遵從的是父系遺傳模式。

1.3.2 單拷貝基因多

屬于單倍體的Y染色體，多數(shù)基因序列為單拷貝形式，缺失、插入突變的現(xiàn)象很容易發(fā)生，同常染色體相比，其有效群體較小，單倍型很容易發(fā)生特異突變，可對(duì)物種多樣性遺傳進(jìn)行研究[2]。

1.3.3 存在非重組區(qū)

Y染色體內(nèi)有95%的MSY基因，該物質(zhì)和X染色體不進(jìn)行重組，通過(guò)篩選，會(huì)在非重組區(qū)發(fā)現(xiàn)很多特異標(biāo)記，為物種多樣性遺傳研究提供幫助。

2 多樣性遺傳研究

相比于DNA線粒體，在Y染色體的非重組區(qū)，其遺傳因子DNA的遺傳方式為父系遺傳，具有較強(qiáng)的特異性和較高的多態(tài)性，對(duì)起源及遷徙路線的研究非常有幫助。目前，對(duì)Y染色體多樣性分子遺傳的研究主要集中在Y-SNP單核苷酸的多樣性、Y-STR微衛(wèi)星的多態(tài)性及CNV基因拷貝變異等方面的研究。

2.1 核苷酸的多樣性研究

SNP單核苷酸的多樣性作為一種分子標(biāo)記普遍存在于動(dòng)物及人類基因組中。在基因組水平上，單核苷酸發(fā)生變異后，造成DNA序列出現(xiàn)多態(tài)性。發(fā)展至今，SNP已經(jīng)是第三代分子遺傳標(biāo)記，分布比較廣泛，具有豐富的形態(tài)，遺傳性能比較穩(wěn)定，自動(dòng)化分析比較容易實(shí)施[3]。

針對(duì)Y-SNP標(biāo)記方面的研究，Ludwig A等[4]利用Y染色體及線粒體等基因，結(jié)合有關(guān)研究資料，研究白牛起源，Y2 單倍基因被發(fā)現(xiàn)，而Y1 單倍基因則未被發(fā)現(xiàn)。XiangpengYue等[5]通過(guò)Y-SNP標(biāo)記 25 個(gè)及D-loop線粒體序列研究蒙古牛種和4 個(gè)瘤牛種，從中發(fā)現(xiàn)2 個(gè)單倍型。常振華等[6]通過(guò)Y-SNP4 個(gè)位點(diǎn)對(duì)中國(guó)黃牛的Y染色體中父系起源及SNPs多樣性遺傳進(jìn)行研究，Y1、Y2 兩種類型的父系起源被發(fā)現(xiàn)。Li R等[7]通過(guò)?？苿?dòng)物Y染色體內(nèi)的6 個(gè)基因，經(jīng)過(guò)篩選，取其中的16 個(gè)片段，研究分析牦牛多樣性的Y染色體單倍型，有3 種單倍型被發(fā)現(xiàn)，其中YH1 單倍型比較古老。Ginja等[8]通過(guò)對(duì)Y染色體及mtDNA產(chǎn)生的變異種伊比利亞的瘤牛牛種和本地牛種研究對(duì)比發(fā)現(xiàn)，Y1 及Y2 單倍型均在本地牛種內(nèi)發(fā)現(xiàn)。Meadows JRS等[9]著重研究全球馴養(yǎng)及野生的綿羊Y染色體的多態(tài)性，發(fā)現(xiàn)SRY基因有一個(gè)SNP，通過(guò)計(jì)算得出綿羊的Y染色體的核苷酸具有多樣性。當(dāng)前，很少有專門(mén)研究鹿科動(dòng)物體內(nèi)Y-SNP的，以羊和牛為參考對(duì)象，針對(duì)鹿科動(dòng)物體內(nèi)的Y染色體的多樣性遺傳進(jìn)行研究的空間很大。

2.2 拷貝變異研究

除了1kb DNA的片段會(huì)發(fā)生拷貝數(shù)的變異以外，還有許多片段也存在這樣的突變，拷貝變異是指刪除、復(fù)制、插入拷貝數(shù)所產(chǎn)生的變異。一般而言，基因表型和表達(dá)多數(shù)會(huì)對(duì)拷貝變異產(chǎn)生影響。CNVs在基因組中普遍存在，較寬區(qū)域基因組的序列受拷貝變化的影響。針對(duì)拷貝變異方面主要是研究Y染色體的HSFY、ZNF280BY、TSPY等基因。李浩天等[10]研究蒙古馬2 匹、純種馬1 匹，通過(guò)qPCR檢測(cè)馬匹的CNV基因，最終發(fā)現(xiàn)其中有基因結(jié)構(gòu)發(fā)生變異，這種差異比較常見(jiàn)。目前，研究鹿科動(dòng)物Y染色體的拷貝變異比較少，研究家畜的CNV為其研究奠定了基礎(chǔ)，其經(jīng)驗(yàn)和方法值得參考。

2.3 微衛(wèi)星的多態(tài)性研究

人體內(nèi)核心單位為串聯(lián)2～6 個(gè)堿基并重復(fù)形成多態(tài)性長(zhǎng)度的DNA序列，為Y-STR短串聯(lián)的重復(fù)序列，屬于第二代的遺傳標(biāo)記，以孟德?tīng)栠z傳規(guī)律為依據(jù)，呈現(xiàn)出顯性遺傳特征[11]。對(duì)于父系重構(gòu)進(jìn)化歷史的重構(gòu)而言，Y-STR 基因產(chǎn)生的價(jià)值尤為重要。張?zhí)K云等[12]通過(guò)微衛(wèi)星的先進(jìn)技術(shù)研究新疆塔里木馬鹿多樣性遺傳時(shí)發(fā)現(xiàn)，該類鹿科動(dòng)物具有較高的遺傳變異程度，并且遺傳形式多樣。尹君[13]在研究Y-STR標(biāo)記方面，通過(guò)衛(wèi)星技術(shù)探索研究完達(dá)山馬鹿群體的多樣性遺傳，成功識(shí)別個(gè)體31 只，并識(shí)別野生東北馬鹿個(gè)體中的STR基因。王洪亮[14]等人通過(guò)微衛(wèi)星標(biāo)記技術(shù)及Cytb的基因序列研究分析阿爾泰、塔里木、天山等地3 種馬鹿亞種群體、多樣性遺傳及系統(tǒng)發(fā)育等發(fā)現(xiàn)，這3 種群體為中等的多樣性遺傳性能，其中最高的是阿爾泰馬鹿，最低的是塔里木馬鹿。熊建杰等[15]利用設(shè)計(jì)的微衛(wèi)星引物20 對(duì)，研究分析西北地區(qū)特有鹿種多樣性遺傳時(shí)發(fā)現(xiàn)，各個(gè)群體的雜交或者近交現(xiàn)象比較明顯。席繼峰等[16]通過(guò)微衛(wèi)星的先進(jìn)技術(shù)研究分析塔里木馬鹿產(chǎn)茸量及其多樣性遺傳時(shí)發(fā)現(xiàn)，BM4028 位點(diǎn)166bp/185bp的基因型與BM888 微衛(wèi)星位點(diǎn)的208bp/208bp的基因型可標(biāo)記塔里木馬鹿生產(chǎn)鹿茸性狀。雷云天[17]選擇DNA微衛(wèi)星研究分析甘肅馬鹿多樣性遺傳，并驗(yàn)證青海馬鹿與甘肅馬鹿之間存在親緣關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，二者之間的血緣關(guān)系比較接近。而研究鹿科動(dòng)物的Y-STR標(biāo)記尚處于起始階段，多數(shù)學(xué)者嘗試通過(guò)Y-STR研究Y染色體多樣性遺傳。

3 結(jié)果分析

隨著生物學(xué)科的不斷發(fā)展，研究鹿科動(dòng)物的人員逐漸增多，研究的重點(diǎn)主要是DNA方面，多數(shù)研究是在D-loop區(qū)以及16sRNA、Cytb等基因方面。涂劍鋒等[18]測(cè)定鹿亞科動(dòng)物D-loop區(qū)的全序列13 種，并根據(jù)CenBanK的數(shù)據(jù)庫(kù)分析10 多種鹿科動(dòng)物的同源序列對(duì)系統(tǒng)進(jìn)化、動(dòng)物分類進(jìn)行研究。

4 結(jié)論

當(dāng)代研究生物學(xué)保護(hù)方面主要是針對(duì)生物的多樣性進(jìn)行研究。鹿科動(dòng)物體內(nèi)的Y染色體多樣性遺傳及其組學(xué)之間的研究空間巨大，前景美好，為保護(hù)鹿科動(dòng)物遺傳資源、改良鹿科動(dòng)物育種以及日后的開(kāi)發(fā)利用等方面研究奠定理論基礎(chǔ)，對(duì)我國(guó)鹿業(yè)養(yǎng)殖健康發(fā)展起到很好的促進(jìn)作用。