巨线粒体DNAND6基因克隆及多态性分析.docx
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巨线粒体DNAND6基因克隆及多态性分析
巨线粒体DNAND6基因克隆及多态性分析
摘要:
利用GenBank数据库中科鱼线粒体ND6基因序列保守区设计引物,采用PCR技术克隆并测序,共得到12尾巨ND6基因全序列。
用DNAMAN5.0软件比对序列,MEGA5.0软件分析科不同鱼类的进化关系,结果表明:
巨ND6基因序列全长为516bp,碱基含量分别为14.20%、34.50%、40.20%、11.00%,其中“A+T”含量(54.40%)高于“G+C”含量(45.50%),存在4个单倍型,发生3次颠换;12个个体4个单倍型间的平均相对遗传距离为0.003;将巨与其他14种鱼类的ND6基因用Neighbore-Joining(NJ)法构建系统发育树,发现巨单独聚为1支。
研究将为今后鱼类线粒体基因组的研究提供科学依据。
关键词:
巨;线粒体;ND6基因;多态性;系统进化
中图分类号:
S917.4
文献标志码:
A
文章编号:
1002-1302(2016)04-0062-04
巨(BagariusyarrelliSykes)是云南省特有鱼类,主要分布于元江、澜沧江、怒江流域,属于鲇形目(Siluriforme)科(Sisoridae)属(Bagarius)。
巨个体很大,体质量约50kg,全身无鳞,皮肤表面布满细密的微小颗粒物,使其皮肤极为粗糙,此外其体表无黏液,身体背面颜色为灰黄色,腹面为白色,肌肉为黄色,所以又称“黄鱼”[1]。
巨为底栖肉食性鱼类,具有口宽、上下颌都有齿带、牙齿呈锥形且排列紧密、鳃耙粗短、胃大、肠短等特点,主要食物为鱼类、虾、泥鳅、水生昆虫[2]。
田树魁等通过比较巨、叉尾鲇、斑点叉尾3种鱼肌肉中常规营养成分和氨基酸含量,发现巨肌肉中蛋白质、粗脂肪和必需氨基酸的含量比常规鱼类高,是一种具有较高营养价值的有待驯养开发的野生鱼类[3]。
杜民等研究表明,野生巨具有较高的遗传多样性[4]。
但是由于地理环境的改变和人为因素的影响,野生可利用的巨资源越来越少。
为了保护该鱼类,薛晨江等开展了巨的人工驯养,并取得初步成功[5]。
鱼类线粒体DNA(mitochondrialDNA,mtDNA)是细胞核外(细胞质中)具有转录、自主复制和翻译能力的共价闭合环状双链DNA[6]。
鱼类的mtDNA主要包括37个基因(22个tRNA编码基因、13个疏水蛋白基因、2个rRNA基因);其中13个疏水蛋白基因编码的多肽中包含了7个氢化辅酶Ⅰ(nicotinamideadeninediuncleotidehydrogen,NADH)脱氢酶的亚单位(ND1、ND2、ND3、ND4、ND4L、ND5、ND6)。
ND6蛋白编码基因位于L链上,处于细胞色素b与ND4之间的连续区域,是线粒体内膜呼吸链的重要组成成分[7]。
在氢化辅酶中,由于ND6基因序列不易发生变异,进化速度一般,且基因片段不长,因此常用来研究物种的遗传多样性、种群之间的亲缘关系以及系统进化关系[8]。
方月琴等用复合扩增体系,选择线粒体ND6基因进行种属鉴定,结果表明,该方法可以将13种不同的动物区分开来[9]。
也有研究表明,ND6基因与人类疾病帕金森氏症等发生有关[10],ND6基因还被用于研究鸟类的亲缘关系[11],但是大多应用于鱼类群体和亚种间的遗传变异研究[12-13]。
对巨的线粒体ND6基因全序列进行检测分析,进而分析巨遗传结构、变异及与其他物种之间的同源差异,可为今后巨鱼种研究提供一定的试验数据与理论依据。
1材料与方法
1.1试验材料
本研究采用的12尾巨采自云南省河口县。
剪取肌肉组织放于1.5mLEP管中,贴上对应标签,再加入无水乙醇,于4℃保存备用。
1.2试验方法
1.2.1基因组DNA的提取及多态性引物筛选DNA的提取参考Sambrook等的酚/氯仿抽提法[14]。
用凝胶成像系统观察、照相记录后,将提取的DNA贮存在-20℃冰箱中备用。
根据GenBank数据库中已公布的科巨鱼线粒体基因组ND6基因序列(登录号:
NC_021606,JQ026260),用PrimerPremier5软件设计简并引物:
上游引物:
5′-GCACCTCAGAAKGATATTTGWCCYC-3′;下游引物:
3′-TYTAAACAGCCCGAAGCGCMC-5′,在PCR扩增仪上进行扩增,反应体系见表1。
PCR反应条件:
94℃4min;94℃30s,54℃50s,72℃90s,30个循环;72℃延伸6min;4℃保存。
PCR产物用1%琼脂糖凝胶在120V电压下电泳35min,最后通过凝胶成像系统得到PCR产物条带并照相。
检测后的PCR产物用1.5%琼脂糖凝胶电泳,在紫外分析仪下切下目的片段,用DNA凝胶回收试剂盒(天根生物科技有限公司)进行回收纯化,具体步骤参照回收试剂盒说明书进行。
1.2.2目的DNA片段的连接与转化用pMD18-T载体与目的DNA进行连接、转化,具体步骤参照载体连接试剂盒说明书进行,用LB培养基进行扩大养后用M13进行阳性克隆筛选,送交南京金斯瑞科技生物公司测序。
1.3数据分析
利用DNAMAN5.0软件将测得的巨线粒体ND6基因部分序列与参照物种ND6基因部分序列进行比对。
利用MEGA5.0软件中的Kimura2-parameter方法计算遗传距离,采用邻接法(Neighbore-Joining,NJ)中的MaximumCompositeLikelihood法构建系统发育树,通过自举检验(Bootstrap)获得系统分支的置信度(重复1000次)。
2结果与分析
2.1DNA提取
从巨鱼鳍条或肌肉提取DNA,结果见图1。
可以看出,DNA条带清晰。
2.2引物退火温度的优化
用设计的Bayam18引物退火温度的±10℃范围进行梯度PCR(图2),所用marker为BM2000,Bayam18引物的退火温度梯度见表2。
由图2可知,Bayam18号引物能扩增出条带的温度为55、55.6、56.4、57.5、59.2、60.7、61.9℃,根据条带明亮度,初步确定Bayam18引物最适的退火温度。
2.3扩增产物与DNA回收
利用凝胶回收试剂盒对PCR产物(图3)进行回收,回收产物(图4)于-20℃保存。
2.4菌液退火温度优化
通过梯度PCR优化M13通用引物的退火温度(图5)。
M13通用引物序列见表3,退火温度梯度见表4。
由图5可知,M13通用引物在每个泳道都扩增出了明亮条带。
2.5巨鱼ND6基因序列的碱基含量
本试验中,利用下载序列通过DNAMAN5.0软件对比排位,得到ND6基因片段长度516bp,12条序列中发现4个单倍型,其中6号、7号、11号个体序列相同,为1#单倍型;1号、3号、4号、5号、8号、9号、12号个体序列相同,为2#单倍型;10号个体为3#单倍型;2号个体为4#单倍型。
采用MEGA5.0软件计算它们的碱基组成(表5),可以得出T、C、A、G4种碱基含量分别为14.10%、34.80%、40.10%、11.00%,其中“A+T”含量(54.20%)高于“G+C”含量(45.80%)。
2.6巨鱼ND6基因12个个体的相对遗传距离
用MEGA5.0软件中的双参数法,通过转换加颠换、转换比颠换分别计算12个个体之间的相对遗传距离[15],详见表6。
由表6可知,12个个体的4个单倍型之间的差异(转换加颠换)为0.002~0.004。
2.7基于ND6基因构建系统发育树
将巨鱼ND6基因与其他14物种(表7)进行比对,用MEGA5.0软件构建系统发育树[16-17],从图6可以看出,系统发育树分为两大支,巨单独聚为1支。
3讨论与分析
本试验通过从GenBank数据库中查询已公布的科巨线粒体基因组中ND6基因序列保守区设计引物,采用PCR反应扩增、克隆及测序巨ND6基因,共得到12条ND6基因全序列。
对巨线粒体ND6基因序列进行研究,得到ND6基因全序列长516bp。
利用MEGA5.0软件分析对巨鱼线粒体ND6基因12个个体进行分析,得到T、C、A、G这4种碱基含量分别为14.10%、34.80%、40.10%、11.00%,其中“A+T”含量(54.20%)高于“G+C”含量(45.80%),说明ND6基因序列中富含碱基A、T。
共发现4个单倍型,3个变异位点,都为单突变位点,表明ND6基因序列多态性贫乏,序列之间差异不大,这与赖瑞芳等比较鲂属鱼类线粒体基因组,研究鲂属鱼类系统发育的结果[18]是一致的。
ND6基因序列共发生3次颠换,表明本研究的4个单倍型的ND6基因核苷酸变异类型以
颠换为主。
12个个体的4个单倍型之间平均相对遗传距离为0.003,转换和颠换的比值为0.667,表明这12个个体之间亲缘性近,ND6基因序列变异并不显著,这与于美玲等对科鱼类系统发育关系的研究结果[19]一致。
此外,由系统发育树可知,系统发育树分为两大支,其中巨单独聚成1支,置信值为100%,表明与其他14种科鱼亲缘性远。
另一支又分为2支,分别是细尾、长丝黑先聚为1支,黄石爬、黑斑原先聚为1支后,这4个种类进而聚为一个大的分支后与本研究的4个巨聚在一起。
大鳍异齿和中华先聚为1支,二者与三线纹胸聚在一起后与中华纹胸聚为1支,再与藏聚在一起,然后与黄斑褶聚为较大的分支。
巨单独聚成1支,这与形态学分类结果与基于细胞色素b(Cytochromeb)、rpS7基因研究的遗传进化是一致的[20-21]。
本研究通过研究巨鱼ND6基因序列多态性,可为以后研究巨与其他鱼类的亲缘性、系统进化等研究提供科学依据。
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