MC4R基因在绵羊和山羊群体中的变异研究

摘要

本研究基于MC4R在调控动物棕色脂肪组织产热中的重要作用，将MC4R基因作为与绵羊温度适应性相关的候选基因，探讨了绵羊MC4R基因多态性及其突变效应，阐释温度对绵羊MC4R基因遗传变异的影响，另外探讨了宜昌白山羊MC4R基因CDS区的遗传变异。本研究首先通过一代测序测定了5个绵羊品种（乌珠穆沁羊、苏尼特羊、广灵大尾羊、小尾寒羊、湖羊）共274个个体和53个宜昌白山羊个体的MC4R基因型，再通过卡方检验检测了环境温度和MC4R基因等位基因频率间的关系，计算了绵羊和山羊群体的杂合度、有效等位基因数、香农指数等群体遗传参数，分析了绵羊群体间MC4R基因的进化情况。另外，构建了142个物种的系统发生树，并检验了物种间MC4R基因受到的选择压力。用生物信息学的方法预测了绵羊和山羊MC4R蛋白的三维结构、氨基酸保守性，并分析了本研究中检测到的非同义突变对蛋白三维结构的影响。主要研究结果如下:
　　1.在绵羊MC4R基因目的片段共检测到了3个同义突变位点，分别为C9T、C12G和G93A;还检测到2个非同义突变位点，C519G和G682C，且这2个位点为还未报道的位点;在MC4R基因3'UTR区发现1个突变位点G1016A。
　　2.在山羊MC4R基因目的片段共发现了9个SNP位点，其中3个为同义突变位点，分别为C144T、T360C和T363C;6个为非同义突变位点，分别为C26T、C110A、G334A、A359G、A612G和C906A。
　　3.卡方检验结果显示绵羊MC4R基因中的C9T、C12G、G93A、C519G、G1016A在高温群体和低温群体中等位基因频率差异极其显著(P＜0.0001)，C9T、C12G、G93A、C519G、G1016A与绵羊温度适应性有关。
　　4.这5个绵羊群体的香农指数（I)在0.5153到0.5831之间，湖羊香农指数最低(I=0.5153±0.1833)，乌珠穆沁羊最高(I=0.5831±0.2548);群体间平均基因流动Nm值为2.9502。宜昌白山羊香农指数为0.3037±0.1561，表明其遗传多样性较低。
　　5.绵羊群体间Fst逃逸分析结果表明绵羊MC4R基因中的6个SNP位点C9T、C12G、G93A、C519G、G682C、G1016A在这5个绵羊品种分化中皆受到中性选择。物种间MC4R基因选择检验结果表明MC4R基因在物种进化过程中受到强烈的纯化选择作用。
　　综上所述，MC4R基因在物种进化过程中受到强烈的纯化选择作用，维持着MC4R基因结构和功能;C9T、C12G、G93A、C519G、G1016A突变位点与绵羊的温度适应性有关;本研究在宜昌白山羊群体MC4R基因CDS区检测到9个SNP位点，通过这9个SNP位点计算得到的群体遗传学参数表明宜昌白山羊群体的遗传多样性较低。

目录

论文说明

声明

摘要

中英文缩略词表(Abbreviation)

1 文献综述

1．1 MC4R研究进展

1．1．1 MC4R表达部位和蛋白结构

1．1．2 MC4R的拮抗剂和激动剂

1．1．3 MC4R细胞内信号通路

1．1．4 MC4R的功能

1．2 MC4R与温度适应性的关系

1．2．1 BAT的脂肪分解产热活动

1．2．2 MC4R系统对BAT脂肪分解产热活动的影响

1．2．3 MC4R系统调控BAT脂肪分解的通路

1．2．4 MC4R系统可能调控米色脂肪组织的脂肪分解代谢活动

1．2．5 BAT产热对哺乳动物温度适应能力的影响

1．2．6 MC4R可能对动物温度适应能力的影响

1．3 SNP与蛋白结构和功能的关系

1．4 SNP与生物对环境的适应性

1．5 分子进化研究进展

1．5．1 物种间分子进化分析

1．5．2 物种内分子进化分析

1．6 目的与意义

1．7 技术路线

2 材料与方法

2．1 实验材料

2．1．1 进化分析所用物种序列

2．1．2 绵羊山羊血液样品采集

2．2 实验仪器及试剂

2．2．1 主要试剂

2．2．2 主要仪器

2．2．3 缓冲液的配置

2．3 实验方法

2．3．1 血样DNA的提取及质量检测

2．3．2 测序及分型

2．4 数据分析

2．4．1 等位基因频率计算、哈代温伯格平衡检验及连锁不平衡检验

2．4．2 温度数据收集处理

2．4．3 卡方检验

2．4．4 群体遗传距离

2．4．5 Mantel检验

2．4．6 蛋白三维结构预测分析

2．4．7 氨基酸保守性分析

2．4．8 密码子偏好性分析

2．4．9 分子进化分析

3 结果与分析

3．1 绵羊MC4R基因变异情况及分析

3．1．1 SNP分布

3．1．2 等位基因频率及哈代温伯格平衡检验

3．1．3 卡方检验

3．1．4 连锁不平衡分析

3．1．5 群体遗传学分析

3．1．6 突变效应分析

3．2 选择压力分析

3．2．2 进化树构建

3．2．3 选择检验

3．3 宜昌白山羊MC4R基因变异情况及分析

3．3．1 SNP分布

3．3．2 等位基因频率及哈代温伯格平衡检验

3．3．3 连锁不平衡分析

3．3．4 群体遗传学分析

3．3．5 突变效应分析

3．3．6 绵羊和山羊MC4R基因和蛋白比对

4 讨论

4．1 MC4R基因影响绵羊的气温适应性

4．2 绵羊MC4R基因突变影响蛋白功能可能的机制

4．3 迁徙对绵羊群体间遗传距离的影响

4．4 纯化选择维持物种间MC4R结构和功能的保守性

4．5 绵羊群体间MC4R基因受到中性选择的原因

4．5．1 强烈的纯化选择清扫掉纯化选择位点

4．5．2 家养改善绵羊生活条件

4．5．3 迁徙改善了绵羊群体生活气温环境

4．6 严峻的全球气温变暖对生物的影响

4．7 检测到的SNP在动物育种中的应用

5 结语

5．1 结论

5．2 进一步研究计划

参考文献

附录

致谢