牦牛與犏牛線粒體基因組比較分析.pdf

1、中國(guó)是目前世界上擁有牦牛數(shù)量最多的國(guó)家，牦牛資源十分豐富，僅《中國(guó)牛品種志》中收錄的優(yōu)良品種就有5個(gè)，而有代表性的優(yōu)良類(lèi)群就達(dá)11個(gè)之多，因此中國(guó)牦牛群體遺傳多樣性一直是人們研究的熱點(diǎn)，并采用血液蛋白多態(tài)、微衛(wèi)星標(biāo)記、線粒體D-loop區(qū)序列、細(xì)胞色素b基因序列和核基因序列進(jìn)行了分析，但基于線粒體基因組全序列探討中國(guó)主要牦牛品種遺傳多樣性的研究還未見(jiàn)報(bào)道。牦牛是青藏高原及其周邊地區(qū)畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可或缺的畜種，為當(dāng)?shù)啬撩裉峁┤?、奶、毛?/p>

2、役力、燃料等生產(chǎn)和生活必需品，但其生產(chǎn)性能較低，通過(guò)與黃牛雜交可大幅度提高其乳、肉等生產(chǎn)性能，然而F1代公犏牛雄性不育，因此闡明犏牛雄性不育的機(jī)制對(duì)牦牛雜交改良和雜種優(yōu)勢(shì)利用，以及提高牧民生活水平等具有重要意義。目前關(guān)于犏牛雄性不育機(jī)制的研究主要集中在精子發(fā)生減數(shù)分裂相關(guān)的核基因上，關(guān)于線粒體與犏牛雄性不育關(guān)系的研究還未見(jiàn)報(bào)道。
　　 為了進(jìn)一步研究中國(guó)牦牛品種遺傳多樣性以及線粒體基因組與犏牛雄性不育的關(guān)系，本文擬采用克隆測(cè)序和

3、文獻(xiàn)追蹤等方法獲得中國(guó)5個(gè)主要牦牛品種(西藏高山牦牛、九龍牦牛、麥洼牦牛、青海高原牦牛和天祝白牦牛)36個(gè)個(gè)體和4個(gè)犏牛個(gè)體的線粒體基因組全序列，分析中國(guó)牦牛線粒體基因組的基因組成和序列特征、中國(guó)牦牛品種遺傳多樣性和遺傳分化，比較牦牛和犏牛線粒體基因組之間的差異，為揭示中國(guó)牦牛種質(zhì)特性和雄性不育分子機(jī)制提供依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:
　　 1.中國(guó)牦牛線粒體基因組全序列分析
　　 通過(guò)克隆測(cè)序獲得了西藏高山牦牛線粒體基因組

4、全序列，發(fā)現(xiàn)牦牛線粒體基因組全長(zhǎng)16324bp，由13個(gè)編碼蛋白基因、22個(gè)tRNA基因、2個(gè)rRNA基因和1個(gè)非編碼區(qū)組成，基因組成、排列方式和位置均與牛亞科其它物種基本一致。牦牛線粒體13個(gè)編碼蛋白基因序列長(zhǎng)度為11400bp，發(fā)現(xiàn)4種起始密碼子，大多數(shù)編碼蛋白基因(9個(gè))均以ATG為起始密碼子，ND2、ND3和ND5基因以ATA為起始密碼子，ND6基因以AAT為起始密碼子。牦牛線粒體非編碼區(qū)序列全長(zhǎng)為893bp，定位在tRNA-P

5、ro與tRNA-Phe之間，與牛亞科其它物種一樣由終止序列區(qū)(ETAS)、中央保守區(qū)(CD)和保守序列區(qū)(CSB)組成，但牛亞科不同物種間非編碼區(qū)序列長(zhǎng)度具有物種特異性。牦牛線粒體22個(gè)tRNA基因序列長(zhǎng)度在66-75bp之間，總長(zhǎng)度為1511bp。牦牛線粒體基因組包括2個(gè)rRNA基因，即12s rRNA和16s rRNA基因，長(zhǎng)度分別為957bp和1571bp。
　　 2.中國(guó)牦牛品種線粒體基因組遺傳多樣性與遺傳分化
　

6、　 在36個(gè)中國(guó)牦牛線粒體基因組全序列中共發(fā)現(xiàn)222個(gè)變異位點(diǎn)，多態(tài)位點(diǎn)百分率為1.36％。中國(guó)牦牛線粒體基因組全序列中發(fā)生轉(zhuǎn)換44次，顛換2次，轉(zhuǎn)換/顛換(Ts/Tv)比值為18.11，大于轉(zhuǎn)換/顛換比臨界值(2.0)，說(shuō)明中國(guó)牦牛線粒體基因組的突變未達(dá)到飽和狀態(tài)。36個(gè)牦牛線粒體基因組全序列可定義為30個(gè)單倍型，單倍型多樣度(Hd)為0.984，核苷酸多樣性(Pi)為0.284％，平均核苷酸差異數(shù)目(k)為46.3，可見(jiàn)中國(guó)牦牛的

7、遺傳多樣性較豐富。在5個(gè)牦牛品種中，多態(tài)位點(diǎn)在4-170個(gè)之間，單倍型多樣度(Hd)在0.833-1.000之間，核苷酸多樣性(Pi)在0.025-0.486之間，平均核苷酸差異數(shù)目(k)在4-76.4之間，其中麥洼牦牛的多態(tài)位點(diǎn)數(shù)、單倍型多樣度、核苷酸多樣性、平均核苷酸差異數(shù)目均最高，說(shuō)明在中國(guó)5個(gè)牦牛品種中麥洼牦牛的遺傳多樣性較豐富。中性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)中國(guó)牦牛群體和5個(gè)牦牛品種線粒體基因組全序列符合中性突變，種群的群體大小基本保持穩(wěn)定，沒(méi)

8、有出現(xiàn)過(guò)種群擴(kuò)張和持續(xù)增長(zhǎng)模式。中國(guó)牦牛5個(gè)牦牛品種間的遺傳距離在0.002-0.088之間，平均為0.031，其中麥洼牦牛與其它3個(gè)品種間的遺傳距離最大。中國(guó)牦牛群體的遺傳分化系數(shù)(Gst)為0.0242，基因流為10.08，說(shuō)明中國(guó)牦牛品種間遺傳分化不明顯，但麥洼牦牛與中國(guó)其它牦牛品種間的分化最明顯。
　　 3.牦牛與犏牛線粒體基因組比較分析
　　 通過(guò)克隆測(cè)序技術(shù)獲得了4個(gè)犏牛線粒體基因組全序列，長(zhǎng)度在16339b

9、p-16443bp，與牦牛之間存在明顯差異。在牦牛和犏牛間線粒體基因組全序列中共發(fā)現(xiàn)784個(gè)差異位點(diǎn)，其中非編碼區(qū)47個(gè)，編碼蛋白基因中619個(gè)，tRNA基因中39個(gè)，rRNA基因中79個(gè)。在非編碼區(qū)中， ETAS2的差異最大，而CSB2、OH、LSP和HSP等在牦牛和犏牛間均高度保守。與牦牛線粒體非編碼區(qū)相比，犏牛非編碼區(qū)有2個(gè)較長(zhǎng)的堿基插入，分別位于ETAS1前以及ETAS2和CD之間。在編碼蛋白基因619個(gè)差異位點(diǎn)中，非同義突變位

10、點(diǎn)92個(gè)，引起81個(gè)氨基酸殘基發(fā)生改變;92個(gè)非同義突變位點(diǎn)中35個(gè)引起牦牛和犏牛間氨基酸殘基的類(lèi)型發(fā)現(xiàn)改變，其中ATP6蛋白中氨基酸殘基類(lèi)型改變比例最大，為1.76％，而COI、ND3和ND6蛋白未發(fā)生氨基酸殘基類(lèi)型的改變。在tRNA基因中，tRNA-Asn基因中的差異位點(diǎn)最多，而tRNA-Val等6個(gè)基因則完全一致;二級(jí)結(jié)構(gòu)分析差異位點(diǎn)在D環(huán)、TΨC環(huán)、中央環(huán)、受體臂及反密碼子臂等處均有分析;在tRNA-Asn基因nt60處和tRN