线粒体从头组装揭示欧亚猪遗传多样性及分子进化

摘要

家猪的驯化历史悠久，是人类文明的重要组成部分。研究其驯化历史和分子演化需要综合利用分子生物学和种群遗传学手段来分析现代和古代猪DNA。线粒体DNA作为经典的群体遗传学研究工具，对于揭示家猪的驯化起源具有重要意义。然而，公共数据库上现有的猪线粒体序列存在序列短、全序列少、野猪样品稀缺等问题，妨碍了我们对猪驯化前后母系遗传结构、多样性以及分子演化速率的深入了解。此外，由于目前猪古DNA提取、高通量测序和应用依然处于初级摸索阶段，阻碍了我们对早期驯化历史的探寻。本研究结合PCR扩增测序、二代高通量测序及芯片捕获测序等方法，对东西方猪的遗传结构、核苷酸多态性和选择效率进行了有效评估，得到的结果如下:
　　(1)与传统的PCR扩增和测序拼接的方式来获得全线粒体序列相比，利用二代高通量测序数据从头组装线粒体基因组更为省时省力，便于高效挖掘野猪和家猪的母系遗传信息。
　　(2)系统发育分析显示，欧亚家猪和野猪存在明显的母系遗传结构分化，相对于欧洲猪，亚洲猪的驯化历史更加复杂。同时，我们也检测到了一小部分个体存在母系渗入的现象（约5％），后续研究中需要警惕这类个体对分析结果产生的影响。
　　(3)欧亚家猪在驯化后的线粒体基因组遗传多样性显著降低，与线粒体上其他区域相比，D-loop区的核苷酸多态性值变化最为明显，可作为分子标记鉴别个体的来源。
　　(4)欧亚家猪和野猪线粒体基因组处于纯化选择（Ka/Ks小于1），分支模型检验结果说明欧亚家猪和野猪的线粒体基因组有着各自不同的进化模式。欧亚家猪线粒体的自然选择效率相对于野猪降低了200％，可能是由于驯化后自然选择的放松以及母系有效群体大小的变化所引起的。
　　(5)对于猪古DNA的初步研究，虽然受到提取DNA质量的限制，但芯片富集相对于传统的一代测序技术，可以将线粒体基因组的测序覆盖度提高至26-89倍，说明了利用芯片捕获测序的方式对于检测古代样品中隐含的遗传信息行之有效。
　　上述结果说明了欧亚家猪在驯化之后线粒体基因组遗传多样性和选择效率的重要变化，未来将会利用更全面的技术手段生产出丰富的线粒体全序列以及深入挖掘古DNA中的重要遗传信息，一方面加深我们对动物母系驯化遗传历史的理解，另一方面为我们更好的保护猪种质遗传资源奠定科学的基础。

目录

论文说明

声明

摘要

缩略词表(ABBREVIATIONS)

1 前言

1．1 研究问题的由来

1．2 文献综述

1．2．1 家猪的驯化历史

1．2．2 线粒体DNA与分子进化

1．2．3 古DNA研究概述

1．3 本研究的目的和意义

2 材料与方法

2．1 材料

2．1．1 样品

2．1．2 试剂与试剂盒

2．1．3 主要仪器

2．1．4 主要分子生物学软件、网站和数据库

2．2 方法

2．2．1 本研究的技术路线

2．2．2 DNA的提取

2．2．3 PCR扩增

2．2．4 全线粒体基因组组装

2．2．5 进化树的构建

2．2．6 核苷酸多态性计算

2．2．7 线粒体纯化选择分析

3 结果

3．1 全长线粒体序列组装

3．2 线粒体全序列进化树的推断

3．3 核苷酸多态性计算

3．4 线粒体的选择效率

3．5 现代与古代线粒体DNA对比

3．2 古DNA线粒体序列捕获测序

3．3 加入古DNA的进化分析

4 讨论

4．1 线粒体DNA组装

4．2 线粒体的母系渗入

4．3 东西方猪的遗传多样性

4．4 东西方猪的选择效率

4．5 古DNA序列捕获

5 小结

5．3 本研究的不足与进一步建议

参考文献

附录

在读期间发表论文题录

致谢