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分析IGF–IR基因在湘西黄牛群体中的遗传变异及分子遗传特征

来源:学术堂 作者:姚老师
发布于:2014-09-22 共3984字
论文摘要

  湘西黄牛是湖南省优秀的地方家畜品种,主产于湖南省湘西北地区,耐粗饲,耐热,其肉质富含蛋白质和必需氨基酸,脂肪含量适宜,营养全面。

  但是,湘西黄牛体型较小,生长发育缓慢,产肉率较低,严重制约了湘西黄牛产业的经济效益。为提高湘西黄牛生长发育速度和产肉率,同时保持其优良肉质,国内研究者已经对湘西黄牛的微卫星多态性和 MC3R、SST、H–FABP、LPL等功能基因的多态性与生长性能的关联进行了探索,结果表明,上述基因的部分多态性位点与湘西黄牛的生长性状相关。但是,这些位点还不足以进行分子育种,更多的标记位点有待于进一步挖掘。

  胰岛素样生长因子 I 受体(IGF–IR)是胰岛素样因子家族(IGFs)的重要受体,通过与 IGF–I 结合,共同介导生长激素(GH)的促生长信号通路,在哺乳动物细胞分化与增殖、胚胎发育、神经发育、骨骼肌和骨骼发育等过程中起着重要的调节作用。

  迄今为止,未见湘西黄牛 IGF–IR 基因分子遗传特征与生长性状相关的研究报道。本试验采用 PCR 扩增及 PCR–RFLP 技术,分析了 IGF–IR 基因在湘西黄牛群体中的遗传变异及分子遗传特征,并对多态位点与湘西黄牛的生长性状进行了关联分析,现将结果报道如下。

  1、 材料与方法

  1.1 材 料

  1.1.1 供试牛

  在湖南省常德地区随机选择 205 头湘西黄牛母牛,经颈静脉采集每头牛的血液,并对牛进行口齿年龄鉴定和生长性状指标(体重、体高、体斜长和胸围)的测定。

  1.1.2 试剂

  Taq DNA聚合酶、Taq I限制性内切酶购自宝生物工程(大连)有限公司; DNA快速纯化试剂盒、dNTP混合物、DNA Marker II购自天根生化科技(北京)有限公司;100 bp ladder plus Marker购自北京博凌科为生物科技有限公司。

  1.1.3 引物

  引物(F:CCCA ATGGATTGATCCTCATGT;R:GCTGTGTAGTTCCC TGGGTT),用于扩增IGF–IR基因序列,包括12号外显子(exon12)部分序列、12号内含子(intron12)全序列及13号外显子(exon13)部分序列预期扩增长度为616 bp。

  1.2 方 法

  1.2.1 基因组 DNA 提取

  颈静脉采集2 mL湘西黄牛血液,离心,收集细胞,加血样裂解液、SDS和蛋白酶K共计1 mL以裂解细胞,并采用等体积的酚/仿抽提牛基因组DNA,TE缓冲液溶解,0.8%琼脂糖凝胶电泳检测基因组DNA的纯度,–20 ℃保存,备用。

  1.2.2 PCR 扩增

  用205头湘西黄牛样本的DNA为模板分别进行PCR扩增。PCR反应体系(20 μL)为:10×Buffer(含Mg2+) 2.0 μL,10 μmol/L上、下游引物各0.5 μL,10μmol/L dNTPs 0.5 μL,2 U/μL Taq DNA聚合酶0.3μL,DNA1 μL,超纯水15.2 μL。PCR反应条件为:95 ℃预变性5 min;35个循环(94 ℃变性30 s,56 ℃退火30 s,72 ℃延伸40 s);终延伸10 min。产物经0.8%琼脂糖凝胶电泳检测后分别用DNA快速纯化试剂盒纯化。

  1.2.3 SNP 筛查

  随机挑选4头湘西黄牛的PCR产物纯化样品,送生工生物工程(上海)有限公司进行测序,其序列与已公布的安格斯牛IGF–IR基因序列(GenBank登录号为JQ924783)进行多序列比对,确定湘西黄牛SNP数目、突变类型及SNP的位置。将获得的SNP与现有文献资料和SNP数据库进行比较,以确定湘西黄牛IGF–IR基因的新SNP。

  1.2.4 RFLP 与基因分型

  根据SNP酶切位点的分析结果,确定基因分型位点及RFLP分析用限制性内切酶,对纯化后的PCR产物进行酶切。酶切体系为:PCR纯化产物3 μL,10×限制性内切酶Buffer 1 μL,0.1% BSA 1 μL,限制性内切酶0.5 μL,灭菌双蒸水4.5 μL,65 ℃水浴8~10 h。酶切产物用4%琼脂糖凝胶电泳,凝胶成像系统拍照。根据条带初步判断基因型,并以初步判断的纯合子个体的基因组DNA为模板分别进行PCR(反应条件同上)。PCR产物纯化后送生工生物工程(上海)有限公司测序,验证基因分型的准确性。

  1.2.5 数据统计

  用POPGENE1.31软件对基因频率和基因型频率、多态信息含量、群体杂合度、有效等位基因数和Hardy–Weinberg平衡χ2检验进行统计。根据影响牛生长性状的因素,在对基因型与表型性状的关联分析时采用了固定模型:Trait(生长性状)=?(均值)+A(年龄)+G(基因型)+e(随机残差),运用SAS(Statistical analysis system) 8.2 软件GLM程序,分析标记基因型对生长性状的影响,并采用文献[21]的方法估计基因效应。

  2、 结果与分析

  2.1 IGF–IR 基因的扩增结果

  PCR产物的电泳结果如图1所示。结合测序结果可知,PCR扩增产物长度为616 bp,其在IGF–IR基因序列(GenBank登录号为JQ924783)中的位置为第95~710 bp。

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  2.2 IGF–IR 基因 SNP 分析结果

  多重比对结果表明,湘西黄牛IGF–IR基因部分序列中存在34个SNPs(表1),其中32个SNPs位于intron 12,2个SNPs位于exon 13;插入突变2个,缺失突变2个,转换突变23个,颠换突变7个;exon 13中的2个SNPs(g.659 C>T和g.668 T>C)均属于酪氨酸的同义突变。34个SNPs中,除了g.551G>T位点有文献报道外,其余33个SNPs均未见相关文献报道,也未有在SNP数据库中收录。

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  2.3 IGF–IR 基因 g.551G>T 位点的 RFLP 基因分型

  在上述34个SNPs中,仅有g.551G>T位点能被Taq I内切酶所识别,且在其他牛品种上有相关的文献报道。为了能够与其他牛品种群体遗传多态性进行比较,揭示湘西黄牛群体遗传特征,本研究选择g.551G>T位点进行群体遗传多态性分析。PCR产物的TaqI内切酶(识别T?CGA序列)酶切产物的结果(图2)显示,该位点在湘西黄牛群体中共出现3种基因型,分别为AA型(569、47 bp),AB型(569、408、161、47 bp)和BB型(408、161、47 bp)。

  纯合子基因型测序结果(图3)表明,3种基因型的PCR产物的47~50 bp处均存在Taq I限制性内切酶识别位点。

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  2.4 IGF–IR 基因 g.551G>T 位点的群体遗传特征

  IGF–IR 基因 g.551G>T 位点的群体遗传特征统计结果见表 2。3 种基因型分布频率的高低顺序为AB、AA、BB。A 为优势等位基因。多态信息含量为 0.363 7(介于 0.25~0.50)。从杂合度和有效等位基因数可看出,g.551G>T 位点在湘西黄牛群体中处于中度多态性,并且已经达到了 Hardy–Weinberg 平衡状态(P>0.05)。

  2.5 IGF–IR 基因 g.551G>T 位点多态性与生长性状的关联分析

  差异显著性检验结果(表 3)表明,湘西黄牛 3种基因型个体的体高、体长、胸围和体重差异均不显著(P>0.05)。等位基因效应结果(表 4)表明,A 等位基因对湘西黄牛的体高、体长、胸围和体重 4 个性状均为正效应,而 B 等位基因均为负效应。综上结果可知,A 等位基因虽然对生长性状均有正效应,但其影响均不显著,因此,从生物统计的角度判断,g.551G>T 位点不适合作为湘西黄牛生长性状的分子标记位点。

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  3、 讨 论

  本试验用文献[12, 17–19]中的引物扩增了湘西黄牛的IGF–IR基因部分序列,长度为616 bp,与GenBank 中收录的安格斯牛的序列长度相同(JQ92478)。但是用同样的引物从郏县红牛、秦川牛、南阳牛、安格斯、荷斯坦牛、西门塔尔杂交牛、安格斯杂交牛和Najdi牛中扩增出的PCR产物长度均为625 bp。

  迄今为止,SNP数据库收录了2 233个牛IGF–IR基因的SNPs,可见牛IGF–IR基因具有丰富的遗传多态性。本试验所检测到的34个SNPs均未包含在该数据库中,而仅有g.551G>T有相关文献报道。说明除了g.551G>T之外的33个SNPs均为笔者新发现的SNPs,该结果也说明湘西黄牛群体中IGF–IR基因具有丰富的遗传多态性,可作为揭示湘西黄牛群体遗传特征的候选基因。

  本试验PCR–RFLP的结果表明,湘西黄牛与其他牛IGF–IR基因g.551G>T位点的群体遗传多态性有以下差异:酶切片段长度有差异。湘西黄牛在该位点存在3种基因型:AA型(569、47 bp),AB型(569、408、161、47 bp)和BB型(410、170、47 bp),而郏县红牛、秦川牛和南阳牛等品种中的3种基因型则分别为AA型(580、45 bp),AB型(580、410、170、45 bp)和BB型(410、170、45 bp),这种差异是由IGF–IR基因序列长度差异所造成的。

  基因型分布频率与部分牛品种有差异。湘西黄牛3种基因型分布频率的高低顺序为AB、AA、BB,与Curi等报道的基因型分布的趋势相同,而Zhang等报道郏县红牛、秦川牛和南阳牛群体中3种基因型分布频率的高低顺序为AA、AB、BB,其中BB型个体数量很少。经分析发现,湘西黄牛AA和AB的基因型频率与上述牛基因型频率分布存在显著差异(P<0.05),而BB基因型频率分布差异不显著(P>0.05)。等位基因频率分布有差异。湘西黄牛A和B等位基因的频率分别为0.609和0.3902。经分析发现,湘西黄牛与Nellore、Canchim牛群体的A和B基因频率分布没有显著差异(P>0.05),而与西门塔尔杂交牛和安格斯杂交牛、郏县红牛、秦川牛和南阳牛、荷斯坦牛和Najdi牛群体的A和B基因频率分布存在显著差异(P<0.05)。群体遗传特征表明,湘西黄牛群体的IGF–IR基因g.551G>T位点处于中度多态,且在群体中达到了Hardy–Weinberg平衡状态(P>0.05),说明该位点不适合用于分子标记辅助育种。

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  研究表明,1周岁牦牛IGF–IR基因exon 1的SSCP多态位点的EE型个体的胸围、体斜长、体重等显著高于EF和FF型个体(P<0.05),而对于成年牦牛没有影响。Szewczuk等研究表明,牛IGF–IR基因rs41640706/MspI位点(A/G)的GG型个体的断奶重显著高于AG型个体(+5.06 kg)。对于IGF–IR基因g.551G>T位点而言,该位点的RFLP/TaqI不同基因型对南阳牛生长性状影响不显著。上述文献结果显示,IGF–IR基因多态性对不同牛品种(或在同一品种的不同发育阶段)生长性状的影响效果不同。

  为了进一步确定IGF–IR基因多态性对湘西黄牛生长性状的关系,笔者进行了g.551G>T位点的关联分析,结果表明,g.551G>T位点的多态性对湘西黄牛群体的体高、体长、胸围和体重均无显著影响(P>0.05),表明g.551G>T位点可能与湘西黄牛的生长性状QTL没有连锁关系,不适合作为湘西黄牛生长性状的分子标记位点。

  参考文献:
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