牦牛與犏牛線粒體基因組比較分析.pdf

1、中國是目前世界上擁有牦牛數(shù)量最多的國家，牦牛資源十分豐富，僅《中國牛品種志》中收錄的優(yōu)良品種就有5個，而有代表性的優(yōu)良類群就達11個之多，因此中國牦牛群體遺傳多樣性一直是人們研究的熱點，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、細胞色素b基因序列和核基因序列進行了分析，但基于線粒體基因組全序列探討中國主要牦牛品種遺傳多樣性的研究還未見報道。牦牛是青藏高原及其周邊地區(qū)畜牧業(yè)經(jīng)濟發(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制對牦牛雜交改良和雜種優(yōu)勢利用，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)系的研究還未見報道。
　　 為了進一步研究中國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，本文擬采用克隆測序和

3、文獻追蹤等方法獲得中國5個主要牦牛品種(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個個體和4個犏牛個體的線粒體基因組全序列，分析中國牦牛線粒體基因組的基因組成和序列特征、中國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，為揭示中國牦牛種質(zhì)特性和雄性不育分子機制提供依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:
　　 1.中國牦牛線粒體基因組全序列分析
　　 通過克隆測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16324bp，由13個編碼蛋白基因、22個tRNA基因、2個rRNA基因和1個非編碼區(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個編碼蛋白基因序列長度為11400bp，發(fā)現(xiàn)4種起始密碼子，大多數(shù)編碼蛋白基因(9個)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)序列長度具有物種特異性。牦牛線粒體22個tRNA基因序列長度在66-75bp之間，總長度為1511bp。牦牛線粒體基因組包括2個rRNA基因，即12s rRNA和16s rRNA基因，長度分別為957bp和1571bp。
　　 2.中國牦牛品種線粒體基因組遺傳多樣性與遺傳分化
　

6、　 在36個中國牦牛線粒體基因組全序列中共發(fā)現(xiàn)222個變異位點，多態(tài)位點百分率為1.36％。中國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)，說明中國牦牛線粒體基因組的突變未達到飽和狀態(tài)。36個牦牛線粒體基因組全序列可定義為30個單倍型，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，可見中國牦牛的

7、遺傳多樣性較豐富。在5個牦牛品種中，多態(tài)位點在4-170個之間，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，說明在中國5個牦牛品種中麥洼牦牛的遺傳多樣性較豐富。中性檢驗發(fā)現(xiàn)中國牦牛群體和5個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

8、有出現(xiàn)過種群擴張和持續(xù)增長模式。中國牦牛5個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個品種間的遺傳距離最大。中國牦牛群體的遺傳分化系數(shù)(Gst)為0.0242，基因流為10.08，說明中國牦牛品種間遺傳分化不明顯，但麥洼牦牛與中國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
　　 通過克隆測序技術(shù)獲得了4個犏牛線粒體基因組全序列，長度在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個差異位點，其中非編碼區(qū)47個，編碼蛋白基因中619個，tRNA基因中39個，rRNA基因中79個。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個較長的堿基插入，分別位于ETAS1前以及ETAS2和CD之間。在編碼蛋白基因619個差異位點中，非同義突變位

10、點92個，引起81個氨基酸殘基發(fā)生改變;92個非同義突變位點中35個引起牦牛和犏牛間氨基酸殘基的類型發(fā)現(xiàn)改變，其中ATP6蛋白中氨基酸殘基類型改變比例最大，為1.76％，而COI、ND3和ND6蛋白未發(fā)生氨基酸殘基類型的改變。在tRNA基因中，tRNA-Asn基因中的差異位點最多，而tRNA-Val等6個基因則完全一致;二級結(jié)構(gòu)分析差異位點在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