中国牛亚科家畜4个结构基因的遗传分化研究

摘要

牛亚科是一个巨大的分类学群体，动物学上分类有不同观点。属的划分影响我国牛亚科家畜遗传资源评价、保护和利用实践的问题之一。一种观点认为牛亚科家畜包括家牛属(Bos)、牦牛属(Poephagus)、野牛属(Bison)、准野牛属(Bibos)、水牛属(Bubalus)、非洲野水牛属(Syncerina)。牛属主要包括普通牛(Bos taurus)和瘤牛(Bos indicus)，牦牛属仅包含牦牛(Poephagus grunniens)一个种，准野牛属(Bibos)主要包括大额牛(Bibos frontalis)、爪哇牛(Bibos javanicus)和印度野牛(Bibosgaurus)。野牛属(Bison)包括美洲野牛(Bison bison)和欧洲野牛(Bison bonasus)。水牛属包括亚洲水牛(Bubalus bulalus)、菲律宾水牛(Bubalus mindorensis)和印尼水牛(Bubalus depressicornis)等，亚洲水牛又包括沼泽型(Swamp)和河流型(River)两种。非洲野水牛属(Syncerus)包括克鲁斯水牛(Syncerus caffer)和非洲野水牛(Syncerus nanus)两个种。另一种观点认为牦牛、大额牛列为牛属(Bos)。众多专家学者对牛亚科内不同物种的起源及分化也存在各种观点。一般认为中国水牛品种完全属于沼泽型，有专家学者认为沼泽型水牛应划分为两个支系，另有专家学者认为沼泽型水牛和江河型水牛相互独立地分别在中国和印度次大陆进化和驯化，两者在驯化后分别传播至东南亚地区；一般认为雷琼牛可能起源于与印度瘤牛(Bos indicus)，另有专家学者认为雷琼牛可能起源于与印度瘤牛不同的其他肩峰牛的祖先，同时混有一定的爪哇牛(Bos javanicus)血缘，并推断海南可能是世界的一个牛属的发源地之一；还有专家学者认为中国牦牛在母缘遗传上分为两大支系；等等。这些不同观点反映了国内学术界对牛亚科内家畜物种的起源及分化问题认识不够透彻，因此在牛亚科物种的遗传资源保护工作中缺乏足够理论指导，不利于遗传资源保护工作的及时有效的开展。为了解牛亚科家畜的遗传变异信息，进一步解决我国牛亚科家畜的宏观进化与分类问题，开展了本项研究工作。 本研究以中心产区典型群内随机抽样方法，采集6个中国牛亚科物种的代表性群体，蒙古牛(MG,Bos taurus)，雷琼牛(LQ，Bos indicus)，巴音郭楞州牦牛(MN，Bos grunniens)，独龙牛(DL，Bos frontalis)，海子水牛(HZ，Swamp Bubalus bubalis)和尼里-拉菲水牛(NR，Pdver Bubalus bubalis)，的血液样本共计103份，提取各样本基因组DNA；以各样本基因组DNA为模板，采用PCR分段扩增和测序方法，测定该6个牛种群体的4个结构基因(MSTN、GH、ADH和Cyt b)的编码基因序列，采用相关软件比较分析了6个牛亚科物种的代表性群体的4个结构基因的碱基组成上的差异以及核苷酸序列上的差异，并分别以4个结构基因座上核苷酸序列差异为基础，进行群体间基因分化和基因流分析，并重建中国牛亚科种群的系统发生树，以探讨中国牛亚科种群的遗传分化和系统起源。结果显示： 1.各基因碱基组成上，Cyt b基因的G含量远低于其它3个基因(低约8.3％-13.6％)；GH基因的G+C含量约为60％，远远高于其它3个基因；6个牛种群体内核基因的核苷酸歧异度较小，表示多样性水平低；6个牛种群体内Cyt b基因分化水平不一，以独龙大额牛最高(0.03807)，蒙古牛最低(0-0.00019)，蒙古牛和雷琼牛群体各自具有比较单一的母缘血统。从基因多样性上看，综合6个牛种群体，以Cytb基因多样性水平最高，其它3个核基因的多样性水平均较低。研究结果符合公认的关于核基因和线粒体基因进化速率的认识。 2.水牛属和传统的牛属各物种群体间基因分化水平普遍较高，基因交流水平很低，或无基因交流，例外的是，独龙大额牛和水牛群体间存在中等水平的基因分化和微弱的基因流，总体研究结果符合两者传统的属分类地位；蒙古牛群体未受其它母缘血统的混杂：独龙大额牛和雷琼牛群体间在Cyt b、GH和ADH基因上的基因流水平较高；独龙大额牛和蒙古牛群体间仅在Cyt b基因上有较高的基因流水平；独龙大额牛和巴音郭楞州牦牛在MSTN基因上有较高的基因流水平；牦牛和其它牛属物种群体间存在中等水平的基因分化和微弱的基因流；本研究中基因流对不同基因的影响力存在差异，其中MSTN基因可能对基因流的影响不敏感。 3.牦牛在母缘遗传上分为野生牦牛与家养牦牛两大支；牦牛在母缘遗传上与美洲野牛的关系近于欧洲野牛；传统的牛属各物种与欧洲野牛亲缘关系近于水牛属或其它牛亚科属分类群体；单一的瘤牛母缘血统不支持雷琼牛群体中含有爪哇牛或者巴厘牛血缘的观点，支持雷琼牛与印度瘤牛亲缘关系较近的观点；独龙大额牛群体与普通牛或瘤牛群体在母系血缘上关系很近；海子水牛分为两支的结果支持了沼泽型水牛划分为两个支系的论点，也同时支持了沼泽型水牛独立驯化的观点；所有海子水牛与菲律宾水牛亲源关系近于印尼水牛的结果部分支持了沼泽型水牛通过两条路线传播的推测。 4.依据进化速率适中的基因座位上分离位点在群体间的差异，可以采用PCR技术对不同牛种产品进行鉴别，且所采用的基因座位无特别要求。 研究结果一方面获得了所检测群体的遗传多样性水平，为认识种间分化提供有价值的信息，为保护及其开发利用牛种资源提供了部分遗传学依据；另一方面探讨了所检6个牛种群体以及与近缘物种之间的遗传分化关系，为中国牛亚科家畜的起源和进化的宏观研究提供了客观的参考资料。

目录

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摘要

第一章文献综述

1牛亚科的演化史及中国牛亚科各物种的起源与遗传多样性

1.1牛亚科的演化史

1.2牛亚科动物的分类与分布

1.3中国牛亚科家畜物种的起源驯化与遗传多样性

2牛亚科物种遗传分化研究实验技术与理论工具

2.1牛亚科物种遗传分化研究实验技术

2.2物种遗传分化研究理论分析工具

第二章牛亚科6个家畜群体4个基因的序列分析

1材料与方法

1.1动物群体与样本采集

1.2试剂配制

1.3基因组DNA提取和检测

1.4引物设计与PCR扩增

1.5 PCR产物检测

1.6 PCR产物测序

1.7序列统计分析

2结果与分析

2.1牛基因组DNA提取结果检测

2.2 PCR扩增结果

2.3 4个结构基因核苷酸组成及分析

2.4基因编码区序列的核苷酸变异

3讨论

第三章4个结构基因多样性及基因流分析

1材料与方法

1.1试验材料

1.2序列比对与多样性分析

2结果

2.1 6个牛种群体MSTN基因的多样性水平

2.2 6个牛种群体GH基因的多样性水平

2.3 6个牛种群体ADH基因的多样性水平

2.4 6个牛种群体Cyt b基因的多样性水平

3讨论与小结

第四章基于4个基因探讨6个牛种群体的起源分化

1材料与方法

1.1基因序列

1.2系统树构建

2结果

2.1基于Cyt b基因的系统树

2.2基于核基因的分子系统树

2.3合并3个核基因数据构建系统树

2.4基于Cyt b和核基因系统树间的比较

3讨论

第五章基于分化位点的牛亚科物种间遗传学鉴定技术

1材料与方法

1.1序列分析与统计

1.2种属特异性引物设计

1.3 PCR扩增与条带检测

2结果

2.1序列分析

2.2水牛属和牛属特异性鉴定

3讨论

3.1群体多样性水平的影响

3.2牛亚科物种产(制)品的鉴定

结论

参考文献

致谢

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