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牦牛与其他家牛属动物SRY基因多态性及其父系进化关系分析



全 文 :牦牛与其他家牛属动物SRY基因多态性
及其父系进化关系分析
蔡欣,赵芳芳,孙磊
(西南科技大学生命科学与工程学院,四川绵阳 621010)
摘要:为分析牦牛与其他家牛属动物SRY基因多态性及其父系进化关系,从5个麦洼牦牛个体基因组DNA扩增克隆
SRY基因,同时从GenBank检索家牛属物种及野牛的SRY基因序列,分析家牛属物种在SRY基因的多态性及其SRY蛋白
中 HMG-box区域基因序列的变异特征,并基于SRY基因序列构建家牛属物种间的父系系统进化树及其网络中介图,分析进
化关系。家牛属物种编码SRY蛋白N、C两端氨基酸(HMG-box侧翼)基因序列的错义突变率(0.57)显著低于编码 HMG-
box区域基因序列的错义突变率(0.69),推测家牛属物种间在SRY基因进化过程中的正选择同时作用于编码HMG-box及其
侧翼区的基因序列;相对水牛和牦牛,欧洲野牛与黄牛的亲缘关系更近,此结果从父系侧面支持现存的黄牛牛种由已经灭绝
的野牛或原牛驯化而来的观点;牦牛可能有2个或多个父系祖先;非洲水牛和江河水牛与其他牛种之间在SRY基因存在较多
变异导致明显的分歧进化,也支持可划分为沼泽型和江河型2个亚种的论断。所以,家牛属物种间在SRY基因具有特殊的变
异特征,物种间的父系进化关系分析结果支持前人论断。
关键词:牦牛;家牛属动物;SRY基因;变异特征;父系进化关系
中图分类号:Q23     文献标识码:A     文章编号:1671-7236(2014)05-0190-06
收稿日期:2013-10-08
作者简介:蔡欣(1972—),男,甘肃人,博士,副教授,硕士生导
师,研究方向:动物遗传学。
基金项目:中国博士后科学基金(20090461336);中国博士后科
学基金特别资助(201003703)。
  黄牛(Bos taurus)、牦牛(Bos grunniens)和水
牛(Bubalus bubalis)属于哺乳纲(Mammalia)偶蹄
目(Artiodactila)反刍亚目 (Ruminantia)洞角科
(Cavicornia)牛亚科(Bovidae)家牛属(Bos)。大量
研究以mtDNA变异为依据对以上家牛的母系起源
分类及其相互关系进行了深入探讨,黄牛可划分为
普通牛(Bos taurus)和瘤牛(Bos indicus)(Lei等,
2006;Cai等,2007;Ca等,2010),且牦牛、斑腾牛
(Bos banteng)和 牛(Bos gaurus)与黄牛可能有
过基因交流(蔡欣等,2007)。牦牛有2个母系来源
或有2个主要的驯化地点,与普通牛也有部分基因
交流(Lai等,2007;Qi等,2010)。水牛可划分为沼
泽型和江河型2个亚种,且有独立的母系起源(Ku-
mar等,2007;Lei等,2007)。但是,以上家牛属物种
之间的父系进化关系目前尚未阐明。SRY基因是
哺乳动物重要的性别决定基因,定位于Y染色体上
靠近拟常染色质区的非重组区域,具有较高的保守
性,涵盖完整的进化信息,因此成为研究动物父系起
源和系统分类的重要分子标记(Kikkawa等,2003;
张亮等,2004;白文林等,2009)。本研究通过克隆麦
洼牦牛SRY基因和GenBank检索的其他家牛属动
物SRY基因序列,分析黄牛、牦牛(Bos grunniens)、
水牛(Bubalus bubalis)、斑腾牛(Bos javanicus)、大
额牛(Bos frontalis)和欧洲野牛(Bison bonasus)在
SRY基因变异特征及相互间的父系进化关系。
1 材料与方法
1.1 样本来源 从四川省红原县麦洼牦牛原种群
场中随机抽出多头牦牛个体为研究对象,并采取每
个个体的静脉血、耳组织块或毛发样品,处理后低温
送回实验室。
1.2 方法
1.2.1 牦牛基因组DNA的提取 麦洼牦牛血液
基因组DNA的提取按照酚-氯仿抽提法提取,确
保高纯度、无蛋白和RNA污染,选择提取质量较好
的5个牦牛个体 DNA 样品用作SRY 基因扩增
模板。
1.2.2 引物设计 根据GenBank已发表牦牛SRY
基因序列(登录号:DQ336531)(Nijman等,2008)
设计引物扩增麦洼牦牛SRY基因序列,引物预扩增
的目的片段在该SRY 基因序列603-1867bp之
间,包含5′-端序列和ORF序列,预计扩增片段大小
为1265bp。引物序列为:SRY-P1:5′-TGGAGAA-
GCAGGGATAGT-3′;SRY-P1:5′-AAATTAAGT-
CGCAGGTGA-3′。引物由北京梓熙生物技术公司
合成。
·091· 遗传繁育 中国畜牧兽医  2014年第41卷第5期
1.2.3 PCR扩增 PCR反应总体系50μL:10×
Buffer 5μL,Mg
2+ (25 mmol/L)3μL,dNTPs
(10mmol/L)4μL,模板DNA (20ng/μL)2μL,
上、下游引物 (10pmol/μL)各1μL,Taq DNA 聚
合酶 (5U/μL)0.25μL,超纯灭菌水33.75μL。
PCR反应条件:94℃预变性3min;94℃变性30s,
56℃退火30s,72℃延伸30s,共30个循环;72℃
延伸7min,12℃终止反应。
1.2.4 克隆测序 5个牦牛个体SRY 基因序列
PCR产物与pMD19-T载体连接后转化JM109感
受态菌株并鉴定阳性克隆,每个牦牛个体挑取阳性
至少2个已鉴定阳性克隆扩大培养后进行正反向
测序。
1.2.5 家牛属动物SRY基因变异特征和及其父系
进化关系分析 在 GenBank检索黄牛、牦牛(Bos
grunniens)、水牛(Bubalus bubalis)、斑腾牛(Bos
javanicus)、大额牛(Bos frontalis)和欧洲野牛(Bi-
son bonasus)SRY基因序列,通过应用Clustal W2
软件进行多序列比对。用 Mega 5.2分析不同牛种
SRY基因单倍型及其DNA序列和氨基酸序列变异
位点,用UPGMA法构建不同牛种的分子系统树。
通过NETWORK 4.6.1.1软件基于不同单倍型之
间变异位点构建网络中介图。
2 结果与分析
2.1 麦洼牦牛SRY基因的克隆测序 从5个麦洼
牦牛个体血液样品提取的基因组 DNA 比较完整
(图1A),以其为模板通过PCR扩增到SRY基因序
列1265bp(图1B),筛选阳性克隆后提取重组质粒
进行PCR扩增鉴定(图1C),并对多克隆测序序列
进行分析,获得5个牦牛个体SRY基因序列,长度
为1265bp,包含了该基因ORF序列690bp及其上
游序列505bp和下游序列70bp。
图1 5个麦洼牦牛体基因组DNA提取、SRY基因扩增及pMD19-T-SRY重组质粒PCR鉴定结果
注:①A:牦牛基因组DNA提取结果,其中1~5为不同牦牛个体,M 为DL2000DNA Marker;②B:牦牛个体SRY基因PCR扩增结
果,其中1~5为不同牦牛个体,6为阴性对照,M为DL2000DNA Marker;③C:pMD19-T-SRY重组质粒PCR鉴定结果,其中1~5
为不同牦牛个体,M为DL2000DNA Marker。
 
2.2 家牛属动物SRY基因变异特征 麦洼牦牛及
其从GenBank获得的22条SRY基因序列共有51
个核苷酸替换突变位点,共定义出13个单倍型(表
1),本研究测序克隆的5个麦洼牦牛个体SRY基因
序列分属于 H1和 H2单倍型。以普通牛SRY基
因序列 (GenBank登录号:DQ336526)为参考,不同
单倍型之间变异位点及其类型见图2。由图2可
知,51个替换突变中有34个分布在SRY 基因的
ORF序列中,其余的突变位点分布在 ORF上游序
列中;SRY基因的ORF序列34个替换突变中有13
个分布在编码 HMG-box区域的序列中。SRY 基
因51个替换突变中,29个为转换突变,22个为替换
突变。
以普通牛SRY序列(登录号:DQ336526)为参
考,通过变异分析发现13个单倍型间氨基酸变异位
点有21个(图3),因此可以推断,分布在SRY基因
ORF序列中的34个替换突变中有21个为错义突
变,导致SRY蛋白中氨基酸序列改变,而其余13个
为同义突变。13个单倍型在SRY蛋白21个氨基
酸变异位点中,有9个分布于SRY蛋白的 HMG-
box区域。因此,分布于 SRY 蛋白 N、C 两端
(HMG-box侧翼)的错义突变率12/21=0.57,显著
低于SRY蛋白中 HMG-box区域的错义突变率9/
13=0.69。
·191·中国畜牧兽医  2014年第41卷第5期 遗传繁育
表1 家牛属动物SRY基因单倍型及其包含动物个体信息
单倍型 包含的动物个体及其GenBank登录号 所属物种
H1  Maiwa-yak-1、Maiwa-yak-3、Maiwa-yak-5、DQ336531、AY079144 牦牛
H2  Maiwa-yak-2、Maiwa-yak-4 牦牛
H3  FJ373272、EU547257 牦牛
H4  AF148463 牦牛
H5  DQ336528 斑腾牛
H6  DQ336530 大额牛
H7  DQ336533 欧洲野牛
H8  DQ336532 欧洲野牛
H9  DQ336534 非洲水牛
H10 GQ259332、DQ336535 江河水牛
H11 DQ336527 瘤牛
H12 DQ336526、BTU15569、E11537 普通牛
H13 AF148462 普通牛
  注:本研究测序获得的牦牛SRY基因序列及其GenBank登录号用下划线标示;未用下划线标示的其他牛种SRY基因序列从GenBank中
获得。
图2 家牛属动物SRY基因13个单倍型的序列变异
注:将SRY基因序列 (GenBank登录号:DQ336526)定义变异类型,图顶部的数字表示参考序列DQ336526中核苷酸的位点;点 (·)
表示与参考序列一致的核苷酸;方框中的序列为SRY基因ORF序列;阴影部分表示编码SRY蛋白中 HMG-box区域的序列。
 
图3 家牛属动物13个单倍型的SRY蛋白
氨基酸序列变异
注:图顶部的数字表示参考序列 DQ336526中氨基酸的位
点;点 (·)表示与参考序列一致的氨基酸;方框中的序
列为SRY蛋白中 HMG-box氨基酸序列。
2.3 家牛属动物间父系进化关系分析 基于SRY
基因序列以山羊(EU581862)为外群、欧洲野牛(Bi-
son bonasus)为参考,构建的家牛属动物父系分子系
统树见图4。由图4可知,相对水牛和牦牛,欧洲野
牛(Bison bonasus)与黄牛的亲缘关系更近,且普通
牛(Bos taurus)、瘤牛(Bos indicus)、斑腾牛(Bos
javanicus)和大额牛(Bos frontalis)之间具有更近
的亲缘关系。牦牛可能分化为2个以上类群/品种,
而江河水牛(Bubalus bubalis)和非洲水牛(Syn-
cerus caffer)明显分化为不同亚种。
从家牛属动物及其野牛SRY基因13个单倍型
的网络中截图更简洁地显示各单倍型的变异与不同
牛种的分类,结果见图5。由图5可知,非洲水牛
(Syncerus caffer)(H9)和江河水牛(Bubalus bu-
balis)(H10)与其他牛种之间在SRY基因存在更
多的变异位点而在父系进化路途中与其他家牛属物
·291· 遗传繁育 中国畜牧兽医  2014年第41卷第5期
图4 基于SRY基因序列构建的家牛属动物UPGMA分子系统树
注:以山羊SRY基因(GenBank登录号:EU581862)为外群;树分支上的数字表示1000次自举检验后高于50%的置信值。
 
图5 家牛属动物SRY基因13个单倍型的网络中介图
注:内部具有不同修饰的圆圈表示不同牛种具有的单倍型,而圆圈的大小与不同单倍型所包含个体的数目成正比;不同单倍型间连线
上的数字表示变异位点,中介连接点用小圆圈表示;H1-H13表示不同的单倍型。
 
种分歧更早,且彼此由于变异导致明显的分歧进化。
普通牛(Bos taurus)(H12、H13)、瘤牛(Bos indi-
cus)(H11)、斑腾牛(Bos javanicus)(H5)和大额牛
(Bos frontalis)(H6)之间在SRY基因存在较少的
变异。
3 讨论
本研究克隆了5个麦洼牦牛个体SRY基因序
列(1265bp),并分析了牦牛与其他家牛属动物在该
基因序列的变异特征及父系进化关系。SRY基因
由单一外显子构成,所编码蛋白的不同区域性质和
·391·中国畜牧兽医  2014年第41卷第5期 遗传繁育
功能各有差异,一般认为中部的 HMG-box区域是
SRY蛋白发挥功能的关键区域,在进化中比较保守
(王晓霞等,2000)。有研究对几种人猿超科物种之
间的比较分析显示 SRY 基因编码 N、C 两端
(HMG-box侧翼)氨基酸的序列错义突变率高于同
义突变率,认为存在微弱的正选择(适应性选择);而
在啮齿类物种间没有此现象(Pamilo等,1997)。本
研究发现在包括普通牛(Bos taurus)、瘤牛(Bos in-
dicus)、斑腾牛(Bos javanicus)、大额牛(Bos fron-
talis)、牦牛(Bos grunniens)、江河水牛(Bubalus
bubalis)和非洲水牛(Syncerus caffer)的家牛属物
种中,编码SRY蛋白 N、C两端氨基酸(HMG-box
侧翼)基因序列的错义突变率(0.57)显著低于编码
HMG-box区域基因序列的错义突变率(0.69),此
结果与啮齿类物种间 SRY 基因变异现象相似
(Pamilo等,1997)。因此,家牛属物种间在SRY基
因进化过程中的正选择不仅作用于编码 HMG-box
的基因序列,同样也作用于编码 HMG-box侧翼的
基因序列,此结果也部分支持了Pamilo等(1997)和
王晓霞等(2000)的观点。
家牛属物种间的父系分子系统树显示,相对江
河水牛(Bubalus bubalis)、非洲水牛(Syncerus caf-
fer)及牦牛(Bos grunniens),欧洲野牛(Bison bona-
sus)与黄牛的亲缘关系更近,此结果从父系起源侧
面支持现存的黄牛牛种由已经灭绝的野牛(auroch)
或原牛(Bos primigenius)驯化而来的观点(Epstein
等,1984;Payne,1991),而且普通牛(Bos taurus)、
瘤牛(Bos indicus)、斑腾牛(Bos javanicus)和大额
牛(Bos frontalis)之间具有更近的亲缘关系,由此
也从父系进化侧面印证了斑腾牛和大额牛与黄牛可
能有过基因交流的观点(蔡欣等,2007;苟潇等,
2009)。多名学者从 mtDNA变异分析牦牛有2个
或2个以上母系来源或有2个主要的驯化地点,与
普通牛也有部分基因交流(Lai等,2007;Qi等,
2010;Guo等,2006;Wang等,2010),比较而言,本
研究基于10条SRY基因序列发现牦牛有2个或多
个父系祖先,但需要进一步扩大牦牛类群及其样本
含量进行深入研究。非洲水牛(Syncerus caffer)
和江河水牛(Bubalus bubalis)与其他牛种之间在
SRY基因存在较多变异导致明显的分歧进化,此结
果也印证了母系起源进化分析将水牛可划分为沼泽
型和江河型2个亚种且有独立母系起源的论断
(Kumar等,2007;Lei等,2007)。
参 考 文 献
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Analysis of SRY Gene Polymorphisms and Patrilineal Phylogenetic
Relationships for Bos grunniens and other Bos species
CAI Xin,ZHAO Fang-fang,SUN Lei
(School of Life Science and Engineering,Southwest University of Science and
Technology,Mianyang 621010,China)
Abstract:In order to analyze SRYgene polymorphisms and patrilineal phylogenetic relationships for Bos grunniens and oth-
er Bos species,SRYgene were amplified and cloned from genomic DNA of five Maiwa yaks,and SRYgene sequences of other
Bos species and Bison bonasus were retrieved from GenBank.Polymorphism analyses were performed to examine the variations
of SRYgene and the sequences encoding HMG-box among Bos species.The phylogenetic tree and Median-Joining network of
Bos species were constructed based on SRYgene sequences,exhibiting the patrilineal phylogenetic relationships for Bos species.
The nonsynonymous mutation rate of gene sequences encoding N and C terminals of SRY(flanking HMG-box)(0.57)was sig-
nificantly lower than that encoding HMG-box(0.69).We deduced that positive selection might have imposed both on gene se-
quences encoding HMG-box and their flanking regions.Compared with Bubalus bubalis and Bos grunniens,Bison bonasus were
more closely related to Bos taurus,which supported the view from a pateilineal aspect that extant cattle species originated from
extinct auroch and Bos primigenius.Bos grunnies might have two or more patrilineal origins.Syncerus caffer and Bubalus bu-
balis showed distinct variations in SRYgene which led to divergent evolution,and phylogenetic analyses supported the sub-spe-
cies classification of these buffaloes.Therefore,Bos species exhibited specific variation features in SRYgene and the patrilineal
phylogenetic analysis supported the viewpoints from previous studies.
Key words:Bos grunniens;Bos species;SRYgene;features of variations;patrilineal phylogenetic relationship
櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅

营养物质消化率与能量摄入量的变化是仔猪断奶后
生长性能差异的主要原因
Jones C K等著 武江利摘译 张养东校
  摘要:本试验旨在研究断奶体重(WW)与断奶后能量
的表观总肠道消化率(ATTD)、营养物质消化率及能量利用
率上的差异。选用96只断奶18~22d的阉公猪,按断奶体
重分为最轻(LWW)、中等(MWW)和最重(HWW)3组,每
组32只猪。试验前先在代谢笼内预饲5d,正试期27d,试
验期间自由采食,日粮中添加二氧化钛作为外源标记物,在
试验开始和结束时连续3d采集粪便和尿样。试验结束时,
采用套式设计方案,将每个 WW 组进一步划分为33%慢、
中、快日增重(ADG)组,试验数据采用SAS中GLIMMIX程
序进行统计分析。结果表明,根据 WW,试验开始和结束时
或在试验开始前当ADG嵌套在 WW 中时ATTD均无显著
差异,中ADG组干物质(DM)、总能(GE)、氮(N)、粗灰分
(Ash)、消化能(DE)、代谢能(ME)和尿能(NE)的 ATTD最
高,差异极显著,能量的摄入量随 WW增加而增加,LWW组
实际 ME摄入量低于 HWW 组。当 ADG嵌套在 WW 组中
时,WW和ADG组能量摄入量、利用率及组织能量、GE的
存留量均极显著增加,但实际 ME摄入比例不同,推测原因
可能是由于机体热中和性不同导致维持需要不同。因此,低
营养物质消化率、能量摄入量不足及冷应激均可降低断奶
后ADG。
关键词:消化率;能量;营养;猪;变化
(原载:Journal of Animal Science,2014,Epub ahead of
print)
·591·中国畜牧兽医  2014年第41卷第5期 遗传繁育