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甘南州蕨麻猪mtDNA D-环序列的起源及遗传多样性分析



全 文 :甘南州蕨麻猪mtDNA D-环序列的起源及遗传多样性分析
   刘靖闻1,张 勇2,赵兴绪2* (1.甘肃农业大学 生命科学技术学院,甘肃 兰州730070;2.甘肃农业大学 动物医学
院,甘肃 兰州730070)
摘要:为了研究甘南州蕨麻猪mtDNA D-环序列起源与遗传多样性,利用文献报道的1对引物对蕨麻猪mtDNA D-环
序列进行PCR扩增及测序,对所得数据进行单倍型、遗传多样性、系统发育树和网络关系分析。分析结果显示,135
头蕨麻猪mtDNA D-环序列表现出3种长度变异,其中4个序列长度为1 199bp,3个序列长度是1 319bp,127个序
列长度为1 219bp。对127个长度为1 219bp的序列进行分析,发现83个单倍型。单倍型比例、单倍型多样度、核
苷酸多样度和平均核苷酸差异数在卡加曼蕨麻猪最高,而在夏河蕨麻猪为最低。系统发育树和网络关系分析均将
83个单倍型分为2个分支,说明蕨麻猪具有2个母系起源。与其他猪种 mtDNA D-环序列比较,蕨麻猪与东南沿海
野猪有较近的亲缘关系,没有发现东亚与东南亚野猪对蕨麻猪的起源有贡献的证据。
关键词:蕨麻猪;mtDNA D-环;遗传多样性;母系起源
中图分类号:S813.1   文献标志码:A   文章编号:1005-4545(2013)06-0933-06
Genetic diversity and origin of Gannan Juema pig by mitochondrial DNA D-loop
sequence
LIU Jing-wen1,ZHANG Yong2,ZHAO Xing-xu2* (1.College of Life Science and Technology,Gan-
su Agricultural University,Lanzhou730070,China;2.College of Veterinary Medicine,Gansu Agri-
cultural University,Lanzhou730070,China)
Abstract:One pair of primers was used to amplify the mtDNA D-loop sequence to explore the ge-
netic diversity and origin of Gannan Juema pig.By sequencing we got the basic sequence data.
Then the haplotype,genetic diversity,phylogenetics,and network analysis were carried out.The
results showed that 4sequences were 1 199bp length,127sequences were 1 219bp length,3se-
quences were 1 319bp.Eighty and three haplotypes were identified in 127sequences.Haplotype
proportion,haplotype diversity,nucleotide diversity and average number of nucleotide difference of
Juema pigs were high in Kajiaman area and low in Xiahe area.The phylogenetic and network anal-
ysis demonstrated that Juema pigs of 7areas were divided into 2clusters,which mean there were 2
maternal origins in Gannan Juema pigs.Juema pigs had the same origin with wild pigs of south-
eastern coast and no connection with wild pigs of East and Southeast Asia.
Key words:Juema pig;mitochondrial DNA D-loop;genetic diversity;origin
*Corresponding author,E-mail:zhaoxx@gsau.edu.cn
  线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)是
独立于细胞核染色体外的基因组,存在于细胞质线
粒体基质中,具有自我复制和转录等功能,但同时受
核DNA控制[1]。mtDNA是动物体内唯一发现的
收稿日期:2012-04-01
基金项目:农业部畜禽种质资源保护项目(农财发【2009】99
号)
作者简介:刘靖闻(1986-),男,硕士。
*通讯作者,E-mail:zhaoxx@gsau.edu.cn
核外遗传物质,脊椎动物的mtDNA大小在16.5kb
左右,为双链环状 DNA 分子,严格遵守母系遗
传[2]。其结构简单、稳定、世代间没有基因重组且具
有较快的进化速度,能直观保存群体发生的突变[3]。
线粒体 DNA D-环又称替代环区(displace-ment-
loop region),它是线粒体基因组中最主要的1段非
编码区,位于tRNA Pro和Phe基因之间,也是线粒
体中碱基序列和长度变异最大的区域,进化速率是
其他区段的5倍[4],具有碱基替换速率快、序列变异
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DOI:10.16303/j.cnki.1005-4545.2013.06.028
丰富等特点,是一种非常有用的遗传标记,广泛应用
于哺乳动物群体种内、种间亲缘关系和遗传多样性
等方面的研究 [5-6]。
利用mtDNA D-环序列测定遗传多样性在猪的
研究上已有大量文献,但对甘南州蕨麻猪的研究还
未见报道。本研究就甘南州蕨麻猪mtDNA D-环序
列的测定分析蕨麻猪的遗传多样性及母系起源,为
蕨麻猪的保种及其在甘肃乃至中国地方猪种中遗传
分化地位的确认奠定分子基础。
1 材料与方法
1.1 材料 试验共采集甘肃省甘南州合作市卡加
道乡和卡加曼乡蕨麻猪群体135份样品,其中卡加
道(D)2份,卡加曼(M)17份,卓尼(Z)7份,夏河
(X)8份,若尔盖(R)36份,达拉(B)11份,岷县(A)
44份。根据采样点条件,采用了血液和耳缘组织2
种采样方式。
1.2 基因组DNA的提取 使用东盛血液基因组
DNA提取试剂盒提取高质量基因组DNA,用1%
琼脂糖凝胶120V,80mA电泳45min检测。
1.3 PCR扩增及序列测定 采用文献报道的引物
扩增mtDNA D-环基因片段[7-8],引物序列为:F:5′-
AGACTAACTCCGCCATCAG-3′;R:5′-CGCG-
GATACTTGCATGTGT-3′,引物由上海生工生物
工程技术服务有限公司合成。
PCR采用Takara Premix EX Taq Version,扩
增体系为50μL,其中模板DNA 2μL,上下游引物
各2μL(10mM),Takara Premix EX Taq Version
25μL,加灭菌双蒸水至50μL。反应程序为:94℃
预变性4min;94℃预变性1min,53℃退火1min,
72℃延伸2min,共进行35个循环;72℃延伸7min,
4℃终止反应。
1.4 PCR产物纯化及测序 扩增所得PCR产物经
1%琼脂糖凝胶电泳检测,条带清晰明亮的进行纯化,
送至上海生工生物工程技术服务有限公司测序。
1.5 序列分析 用ClustalX2.0软件进行同源序
列比对。用DNAsp 4.20软件统计单倍型及核苷酸
多态性指标,并估计序列的变异程度。利用 MEGA
3.1软件以Kimura两参数法和邻接法(NJ)构建系
统发育树[9]。
2 结果
  分析了7个地区135个蕨麻猪个体的 mtDNA
D-环序列。135个D-环扩增序列中有4个序列长度
是1 199bp,127个序列长度是1 219bp,3个长度
是1 319bp,这种长度差异主要是由于10bp重复
序列的重复次数不同及插入、缺失等情况造成的。
2.1 不同碱基含量、变异位点及其分布 对127个
1 219bp的序列进行分析,结果显示 A、T、C、G含
量分别为33.39%、25.04%、26.41%、15.16%。
127个序列共发现75个多态位点,其中25个位点
只出现1次变异(即只有1个序列在该位点出现变
异),占变异位点的33.33%,24个位点出现了2次
变异(即有2个序列在该位点出现了变异),占变异
位点总数的32%,1个位点出现了3次变异(即有3
个序列在该位点出现变异)占变异位点的1.33%。
由图1可以看出,在位点1 000至位点1 100之
间的变异位点数最少,均为1个,多变异区域则主要
集中在位点1到位点100,及位点700至位点900之
间,在这2个区域的变异位点数占总变异位点数的
62.67%,但在位点700与900之间最高,为29个。
图1 127个蕨麻猪D-环变异位点分布及频率
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2.2 单倍型、单倍型特征及遗传多样性 127个
1 219bp蕨麻猪 mtDNA D-环序列共发现了83个
单倍型,单倍型比例在卡加曼蕨麻猪与夏河蕨麻猪
最低,均为62.50%,而在单倍型多样度,夏河蕨麻
猪为最低,为0.786±0.113,在其他群体中都较高。
核酸多样度在夏河蕨麻猪中最低,为0.001 90,在卡
加曼蕨麻猪最高,为0.009 25。样本中所有单倍型
对两两间的平均核苷酸差异数(K)在卡加曼蕨麻猪
群体中最高,为11.158,在夏河蕨麻猪群体中最低,
为2.286。可以看出,夏河蕨麻猪群体在单倍型比
例、单倍型多样度、核酸多样度和所有单倍型对两两
间的平均核苷酸差异数都是最低的。
表1 单倍型及群体统计参数
群体 群体含量/头 单倍型数 单倍型比例/% H±SD  Pi  K
D  2  2  100  1.000±0.500  0.00581  7.000
M  16  10  62.50  0.971±0.049  0.00925  11.158
Z  7  6  85.71  0.905±0.103  0.00435  5.238
X  8  5  62.50  0.786±0.113  0.00190  2.286
R  36  25  69.44  0.963±0.015  0.00633  7.605
B  11  10  90.91  0.982±0.046  0.00892  10.727
A  44  34  77.27  0.982±0.009  0.00611  7.339
2.3 系统发育分析 用83个单倍型序列和邻接法
(NJ)构建系统发育树(Kimura两参数法),见图2。
邻接法构树显示83个单倍型明显分为2支,因此可
以认定所研究的蕨麻猪群体有2个母系起源。
图2 83个单倍型序列的NJ树
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2.4 网络关系分析 用计算机软件NETWORK4.
1.0.9对83个单倍型序列进行网络关系分析(图
3),网络关系分析也分为2支,这与系统发育树显示
的结果一致。由此可以认定所研究蕨麻猪群体具有
2个母系起源。
图3 83个单倍型序列网络关系分析图
2.5 蕨麻猪与中国地方猪种及野猪D-环序列分析
 为了进一步研究蕨麻猪种的母系起源,从 Gen-
bank获取已提交的中国猪种 mtDNA D-环序列13
个[1],中国及外国野猪 mtDNA D-环序列15个[10],
共28个序列(表2)与研究群体做母系起源分析。
表2 序列信息
品种 登录号 品种 登录号 品种 登录号
福建野猪1 EF545571 黑龙江野猪 EU333163 藏猪Ⅰ AY486116
福建野猪2 EF545570 江西野猪 EF545579 赣中南猪 AY486115
福建野猪3 EF545569 吉林野猪 EF545580 赣中南猪 AY463061
云南野猪1 EF545568 肯尼亚疣猪 DQ409327 赣中黑猪 AF276928
云南野猪2 EF545585 马来西亚野猪 EF545592 皖南花猪 AF276925
云南野猪3 EF545586 可乐猪 EF536857 京华猪 AF276930
韩国野猪1 DQ268530 藏猪Ⅱ AY463062 万安猪 AF276924
韩国野猪2 DQ207755 Mocai  AB041480 桐城猪 AF276923
台湾野猪 DQ534707 贵州香猪 AY486118
越南野猪 EF545584 二花脸猪 AY230825
  在7个蕨麻猪群体中发现的83个单倍型序列
和Genebank中获取的28个序列中共发现112个
单倍型,用112个单倍型做系统发育树(图4),其中
13个中国猪种全部分布在蕨麻猪的2支中。福建
野猪1,福建野猪2和台湾野猪也与蕨麻猪聚为一
类,其他野猪聚为一类。蕨麻猪与云南野猪在地理
分布上较近却并没有聚为一类,说明蕨麻猪与东南
沿海的野猪具有较近的亲缘关系。
3 讨论
  衡量一个群体mtDNA变异程度的2个重要指
标是单倍型多样度和核苷酸多样度[1]。127个
1 219bp蕨麻猪 mtDNA D-环序列共发现了83个
单倍型,单倍型比例在卡加曼蕨麻猪与夏河蕨麻猪
最低。而在单倍型多样度、核酸多样度和所有单倍
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图4 112个单倍型序列的NJ树
型对两两间的平均核苷酸差异数,卡加曼蕨麻猪最
高,夏河蕨麻猪最低,说明夏河蕨麻猪在7个群体中
的遗传多样性最低,其他6个地区蕨麻猪群体的遗
传多样性较高。
NJ系统发育树显示研究的蕨麻猪群体具有2
个母系起源。利用83个单倍型生成的网络关系分
析图中也显示出2部分,与系统发育树的结果一致。
利用 mtDNA D-环序列研究猪起源进化的报道很
多,多数学者认为现代家猪起源于欧亚两大母系,即
传统的二元论观点[11-12]。然而Larson等[13]通过分
析世界范围内的686个家猪和野猪个体的D-loop
序列后认为家猪的起源在欧亚大陆具有多个独立的
驯化中心。
在7个蕨麻猪群体的83个单倍型与GenBank
中获取的28个序列做系统发育树显示13个中国猪
种全部分布在蕨麻猪的两支中,福建野猪1,福建野
猪2和台湾野猪与蕨麻猪聚为一类,说明蕨麻猪与
东南沿海的野猪种有较近的亲缘关系。蕨麻猪与云
南野猪在地理分布上较近却并没有聚为一类。韩国
野猪、越南野猪、马来西亚野猪也没有与蕨麻猪聚为
一类,没有发现东亚与东南亚野猪对蕨麻猪的起源
有贡献的证据。
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本研究利用mtDNA D-环序列研究甘南州蕨麻
猪遗传多样性及母系起源的结果表明,蕨麻猪单倍
型多样度和核苷酸多样度均比较丰富,具有2个母
系起源且与东南沿海的野生猪种有较近的亲缘关
系。初步明确了蕨麻猪的起源,但其具体的遗传背
景及遗传分化地位还需进一步研究确认。
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