基于Cytb基因序列的雙齒圍沙蠶分子鑒定

岑萬(wàn) 江鑫 周翊韜

摘 要：為構(gòu)建基于Cytb基因的雙齒圍沙蠶分子鑒定方法，以福建省沿海養(yǎng)殖的雙齒圍沙蠶（Perinereis aibuhitensis）為供試材料，采用DNA測(cè)序方法獲得雙齒圍沙蠶的線(xiàn)粒體Cytb基因序列，并對(duì)其進(jìn)行分子鑒定;進(jìn)一步采用Mega4軟件的鄰接法（NJ法）構(gòu)建沙蠶亞科Cytb基因的進(jìn)化樹(shù)。結(jié)果表明：雙齒圍沙蠶的PCR擴(kuò)增產(chǎn)物經(jīng)測(cè)序和Blast比對(duì)后，雙齒圍沙蠶的Cytb基因序列長(zhǎng)度為349 bp，與NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)雙齒圍沙蠶有97%～99%的相似度，并沒(méi)有與其他種沙蠶具有相似度;沙蠶亞科進(jìn)化樹(shù)中，雙齒圍沙蠶與多齒圍沙蠶相聚，兩者相聚后再與闊沙蠶屬相聚，沙蠶屬與環(huán)唇沙蠶屬相聚、擬突沙蠶屬與刺沙蠶屬相聚;研究結(jié)果初步證實(shí)了線(xiàn)粒體Cytb基因序列可用于雙齒圍沙蠶的分子鑒定。

關(guān)鍵詞：雙齒圍沙蠶; Cytb基因; PCR鑒定; 進(jìn)化樹(shù)

Abstract： In order to construct the molecular identification method of Perinereis aibuhitensis based on Cytb gene， by taking Perinereis aibuhitensis cultured in coastal Fujian as the test material， the mitochondrial Cytb gene sequences of Perinereis aibuhitensis were obtained by using DNA sequencing and its molecular identification was carried out. Furthermore， the neighbor-joining method （NJ method） in Mega4 software was used to construct the phylogenetic tree of Cytb genes in the subfamily. The results showed that after sequencing and Blast aligning of PCR amplified products of Perinereis aibuhitensis， the Cytb gene sequence length of Perinereis aibuhitensis was 349 bp， which was 97%-99% similar to Perinereis aibuhitensis in NCBI database， but was not similar to other species of nereid. In the phylogenetic tree of subfamily sericulaceae， Perinereis aibuhitensis and Perinereis nuntia came together first， and then they were together with Platynereis; Nereis and cheilonereis came together， and so did Paraleonnates and Neanthes Kinberg. The results preliminarily confirmed that the mitochondrial Cytb gene sequence could be used for the molecular identification of Perinereis aibuhitensis.

Key words： Perinereis aibuhitensis; Cytb gene; PCR identification; Phylogenetic tree

沙蠶Nereis succinea由頭部、尾部、軀干部構(gòu)成，整體為長(zhǎng)柱形蠕蟲(chóng)狀。著名分類(lèi)學(xué)家林奈將其隸屬蠕蟲(chóng)綱、軟體動(dòng)物目，后續(xù)的分類(lèi)學(xué)家又將其隸屬環(huán)節(jié)動(dòng)物門(mén)、多毛綱。在我國(guó)近海，沙蠶共有81種，其中雙齒圍沙蠶Perinereis aibuhitensis屬于沙蠶亞科的圍沙蠶屬，廣泛分布在中國(guó)近海、東南亞、印度洋流域[1]，屬于福建省沿海的主要經(jīng)濟(jì)沙蠶品種。雙齒圍沙蠶作為重要的無(wú)脊椎海洋經(jīng)濟(jì)物種，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、海洋藥物開(kāi)發(fā)、餌料利用、人工養(yǎng)殖等方面都有著重要的研究?jī)r(jià)值[2]。有研究表明，雙齒圍沙蠶對(duì)汞的污染有高敏感度，可用于監(jiān)測(cè)海洋重金屬的污染[3]。雙齒圍沙蠶制成的復(fù)合膠囊能夠保護(hù)膠囊免受胃酸的影響，且能夠提高體內(nèi)藥效[4]。雙齒圍沙蠶是魚(yú)類(lèi)優(yōu)良的餌料，甚至有“萬(wàn)能餌料”稱(chēng)號(hào)。隨著國(guó)內(nèi)外海釣業(yè)的不斷發(fā)展，沙蠶需求量劇增，作為優(yōu)質(zhì)餌料的雙齒圍沙蠶價(jià)格大幅升高，其人工養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展[5]。

沙蠶由于形態(tài)相近，成體特別是幼體的沙蠶通過(guò)外觀更是難以區(qū)分。目前對(duì)雙齒圍沙蠶鑒定主要依靠形態(tài)學(xué)，但圍沙蠶屬的幾種沙蠶形態(tài)相似，且因環(huán)境與地點(diǎn)的不同時(shí)常會(huì)產(chǎn)生變種[1]。因此尋找一種準(zhǔn)確高效的鑒定方法對(duì)雙齒圍沙蠶的研究很有意義。此外，雙齒圍沙蠶與其他的圍沙蠶在形態(tài)上主要區(qū)別是口環(huán)部牙齒的數(shù)目與分布，但是由于沙蠶的口器包裹在體內(nèi)，一般的形態(tài)學(xué)不易觀察，因此急需一種除了形態(tài)學(xué)以外的鑒定方法。物種鑒定是研究生物多樣性的核心，除了傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)鑒定方法，近年來(lái)也有研究者利用DNA進(jìn)行分子鑒定[6]。線(xiàn)粒體DNA是DNA分子標(biāo)記的一種，其具有結(jié)構(gòu)單一、進(jìn)化速度快、分子較小的優(yōu)點(diǎn)，用于分子標(biāo)記鑒定有較好效果[7]。Cytb（細(xì)胞色素b）基因存在于線(xiàn)粒體DNA中，Cytb蛋白對(duì)呼吸鏈的電子轉(zhuǎn)移有重要影響[8]。不同區(qū)域的線(xiàn)粒體DNA進(jìn)化速度有差異，與12S rDNA和16S rDNA相比，線(xiàn)粒體蛋白編碼基因Cytb進(jìn)化得更快，更適宜利用于分子鑒定的研究[9]。目前Cytb基因已經(jīng)被廣泛用于海洋物種鑒定中，Madisha[10]利用部分Cytb基因鑒定兩種南非的水獺，

Cutarelli[11]利用Cytb基因?qū)σ獯罄袌?chǎng)常見(jiàn)魚(yú)類(lèi)進(jìn)行鑒定。但是同樣作為海洋動(dòng)物的雙齒圍沙蠶Cytb基因鑒定卻鮮見(jiàn)報(bào)道。因此，本研究根據(jù)已公布的雙齒圍沙蠶的線(xiàn)粒體序列，利用Cytb基因設(shè)計(jì)特異性引物，進(jìn)行雙齒圍沙蠶分子鑒定的研究，進(jìn)一步采用NJ法構(gòu)建沙蠶亞科Cytb基因的進(jìn)化樹(shù)，探究了沙蠶亞科間的親緣關(guān)系，旨在為沙蠶物種的鑒定和分類(lèi)研究提供理論指導(dǎo)和實(shí)際參考意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

雙齒圍沙蠶Perinereis aibuhitensis取自福清市融盛養(yǎng)殖場(chǎng)。

1.2 試驗(yàn)試劑與設(shè)備

1.2.1 試劑 蛋白酶K、Quick-DNA Universal Kit試劑盒（Zymo公司）、瓊脂糖（SIGMA公司）、引物（福州擎科生物技術(shù)有限公司合成）、PCR mixture（全式金公司）、DNA marker（Thermo公司）。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)備 主要試驗(yàn)設(shè)備有解剖鏡、體視熒光顯微鏡、PCR儀、電泳儀、凝膠成像分析系統(tǒng)、Nanodrop分光光度計(jì)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試劑盒法提取雙齒圍沙蠶的基因組DNA 采用Quick-DNA Universal Kit試劑盒提取基因組，取0.05 g的雙齒圍沙蠶肌肉組織放入EP管，剪碎后加入95 μL無(wú)菌水、95 μL Solid Tissue Buffer（blue）和10 μL蛋白酶K。將EP管放入55℃的水浴鍋中水浴1.5 h。當(dāng)組織溶解后，12000 r·min-1離心10 min，取上層液150 μL，移入新的EP管，加300 μL的Genomic Binding Buffer溶液混合均勻。混合液轉(zhuǎn)入Zymo-spin IIC-xl 小管中，12000 r·min-1離心1 min，棄掉下管的液體。再加400 μL的DNA pre-wash Buffer到小管，12000 r·min-1離心1 min。然后加700 μL的g-DNA wash Buffer液體到小管，12000 r·min-1速度下離心1 min，棄掉下管的液體。最后加入37 μL雙蒸水。12000 r·min-1離心1 min后得到DNA溶液，之后進(jìn)行電泳，并用Nanodrop測(cè)定DNA完整度和純度。

1.3.2 雙齒圍沙蠶Cytb基因片段的克隆和序列測(cè)定 在NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)上查找雙齒圍沙蠶（Perinereis aibuhitensis）的線(xiàn)粒體基因組序列，NCBI登錄號(hào)為NC_023943.1。根據(jù)線(xiàn)粒體基因組的注釋信息找到沙蠶的Cytb基因信息，并用fasta格式導(dǎo)出。設(shè)計(jì)引物：上游引物的位置為6100～6200，下游引物的位置為6250～6530。正反向引物序列如下：

據(jù)梯度PCR確定最適溫度57℃，在此溫度下進(jìn)行PCR產(chǎn)物的大體系擴(kuò)增。PCR 100 μL體系如下：2 μL模板DNA、1 μL上下游引物、2×PCR mixture 50 μL和無(wú)菌水46 μL。分別以供試4種沙蠶的基因組DNA作模板，放入PCR儀擴(kuò)增。擴(kuò)增程序?yàn)椋侯A(yù)變性94℃ 7 min，變性94℃ 1 min，復(fù)性57℃ 45 s，72℃延伸2 min，擴(kuò)增35個(gè)循環(huán)結(jié)束后，72℃再延伸7 min。預(yù)期擴(kuò)增片段大小349 bp，將PCR產(chǎn)物進(jìn)行1%的凝膠電泳，選擇亮度完好、有特異性條帶的PCR產(chǎn)物送到公司測(cè)序。

1.3.3 進(jìn)化樹(shù)分析 用Mega4軟件的NJ法構(gòu)建基于Cytb基因和氨基酸序列的沙蠶亞科的進(jìn)化樹(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 雙齒圍沙蠶的基因組DNA提取

在解剖鏡下分別取4種沙蠶肌肉組織0.05 g，用試劑盒法提取。結(jié)果如圖1所示，獲得的基因組DNA片段大小都在10000 bp以上。所提取的基因組DNA大小完整，有清晰的條帶，說(shuō)明該試劑盒能有效地提取雙齒圍沙蠶基因組DNA。進(jìn)一步對(duì)DNA的純度進(jìn)行檢測(cè)，濃度均在20 ng·μL-1左右，A260/280均在1.80左右。說(shuō)明提取的DNA純度高，無(wú)RNA、蛋白質(zhì)污染，可以進(jìn)行下一步PCR擴(kuò)增反應(yīng)。

2.2 雙齒圍沙蠶的Cytb基因片段擴(kuò)增

將4個(gè)沙蠶的DNA樣品作為模板，用所設(shè)計(jì)的引物在57℃的退火溫度下進(jìn)行PCR擴(kuò)增，PCR產(chǎn)物的電泳結(jié)果如圖2所示。結(jié)果表明，所擴(kuò)增的4種沙蠶的片段都在350 bp左右，與引物設(shè)計(jì)目標(biāo)產(chǎn)物349 bp相符，條帶單一，沒(méi)有雜帶。說(shuō)明可以成功擴(kuò)增出雙齒圍沙蠶的Cytb基因部分片段。為了進(jìn)一步獲取PCR產(chǎn)物的序列，將4個(gè)PCR擴(kuò)增產(chǎn)物送去公司測(cè)序。

2.3 雙齒圍沙蠶的Cytb基因的比對(duì)分析

將4個(gè)雙齒圍沙蠶樣品的PCR擴(kuò)增產(chǎn)物經(jīng)過(guò)膠回收后，送測(cè)序公司進(jìn)行序列測(cè)定。測(cè)定的序列峰圖完整，沒(méi)有重疊峰的出現(xiàn)，表明所得到的PCR產(chǎn)物均為單一條帶。將測(cè)序得到的雙齒圍沙蠶的Cytb部分序列在NCBI上Blast比對(duì)鑒定，比對(duì)結(jié)果如圖3所示。從圖3A可以看出，Graphic Summary只有1條代表高分的線(xiàn)條（相似度98%，即最長(zhǎng)的線(xiàn)條），該線(xiàn)條的比對(duì)結(jié)果是雙齒圍沙蠶的線(xiàn)粒體DNA序列（Perinereis aibuhitensis mitochondrion，complete genome），其余的線(xiàn)條代表的物種是紅獵蝽蟲(chóng)（Rhodnius robustus isolate roBR6o cytochrome b gene， partial cds）和粗糙外刺猛蟻（Ectatomma ruidum isolate 2098_SG_B cytochrome b gene， partial cds）等，比對(duì)率均在23%以下，說(shuō)明擴(kuò)增出的Cytb部分基因能特異性地比對(duì)到雙齒圍沙蠶的Cytb基因。從圖3B可以看出，PCR產(chǎn)物的序列與雙齒圍沙蠶的線(xiàn)粒體基因組（KF611806.1）上的Cytb基因一致度達(dá)到99%，只有2個(gè)序列Gaps出現(xiàn)。其余3種雙齒圍沙蠶PCR產(chǎn)物序列的Blast結(jié)果與圖3基本一致，不再

呈現(xiàn)結(jié)果。因此，擴(kuò)增得到的PCR產(chǎn)物經(jīng)過(guò)Blast比對(duì)，證明了本研究設(shè)計(jì)的引物能正確擴(kuò)增出雙齒圍沙蠶的Cytb基因的部分序列，可以成功用于雙齒圍沙蠶的分子鑒定。

2.4 沙蠶亞科的Cytb基因進(jìn)化樹(shù)分析

從NCBI下載沙蠶亞科中7種沙蠶Cytb基因，種屬名與NCBI登錄號(hào)列于表1。以磯沙蠶科的巖蟲(chóng)為外群，構(gòu)建自展數(shù)為1000的NJ法沙蠶亞科進(jìn)化樹(shù)。利用沙蠶亞科Cytb基因的進(jìn)化樹(shù)如圖4所示，從圖4可以看出雙齒圍沙蠶與多齒圍沙蠶相聚，說(shuō)明兩者均為圍沙蠶屬;兩者相聚后再與闊沙蠶屬相聚，說(shuō)明闊沙蠶屬在進(jìn)化位置更靠近圍沙蠶屬;沙蠶屬與環(huán)唇沙蠶屬相聚、擬突沙蠶屬與刺沙蠶屬相聚。將進(jìn)化樹(shù)與《中國(guó)近海沙蠶科研究》中利用形態(tài)與功能建立的形態(tài)學(xué)分類(lèi)樹(shù)進(jìn)行比較，對(duì)于雙齒圍沙蠶的分類(lèi)地位相一致，都是將雙齒圍沙蠶與多齒圍沙蠶劃分為圍沙蠶屬，不同的地方是刺

3 討論

雙齒圍沙蠶的研究?jī)r(jià)值較高，可作為良好的海洋模式動(dòng)物和經(jīng)濟(jì)餌料生物進(jìn)行各類(lèi)研究，利用形態(tài)學(xué)對(duì)其分類(lèi)，存在易形成誤差、樣本量多、不能分析基因?qū)哟蔚奈⒂^變化情況等缺點(diǎn)[12]。因此，進(jìn)行雙齒圍沙蠶分子鑒定研究極為重要。利用Cytb基因進(jìn)行分子鑒定，是因?yàn)镃ytb基因作為分子標(biāo)記基因能有效鑒定物種。鄧園等[13]研究結(jié)果表明對(duì)于雙齒圍沙蠶Cytb基因片段可能更適合用于群體遺傳分化研究，因其比COI基因片段更敏感。線(xiàn)粒體全基因組測(cè)序技術(shù)發(fā)展迅速，已經(jīng)有較多的沙蠶都已經(jīng)明確線(xiàn)粒體全基因組，這為本研究創(chuàng)造了外部條件。本研究自行設(shè)計(jì)的引物能擴(kuò)增出349 bp的序列長(zhǎng)度，4種雙齒圍沙蠶在Blast上的相似率達(dá)97%～99%，無(wú)其他沙蠶的干擾項(xiàng)，說(shuō)明Blast比對(duì)結(jié)果良好，對(duì)于雙齒圍沙蠶的區(qū)分度非常大。本研究構(gòu)建了基于Cytb基因鑒定雙齒圍沙蠶的分子鑒定方法，為雙齒圍沙蠶這一海洋經(jīng)濟(jì)物種的科學(xué)鑒定提供了理論指導(dǎo)，有利于未來(lái)種質(zhì)保護(hù)、養(yǎng)殖業(yè)的純種鑒定等，更為未來(lái)難以用形態(tài)學(xué)鑒定的物種提供了分子鑒定的借鑒。隨著測(cè)序技術(shù)發(fā)展及研究的深入，越來(lái)越多的沙蠶亞科的Cytb基因?qū)⒈粶y(cè)出，沙蠶亞科各物種之間的親緣關(guān)系將進(jìn)一步得到完善，今后將有望徹底理清沙蠶亞科的系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系。

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（責(zé)任編輯：林玲娜）