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本研究首先通过主要相容性复合体(Majorhistocopatibilitycomplex,MHC)Ⅰ类α2结构域基因序列,对我国团头鲂自然分布区的4个野生群体、3个选育良种后世代群体(“浦江1号”选育系F7、F8、F9)、1个选育奠基群体(F0)及1个代表性驯养群体(天津换新,HX)的遗传变异进行了比较分析,探讨不同生境及人工选育条件下,团头鲂遗传多样性从野生群体到选育群体到驯养群体的变化趋势及所受到的选择压力。接着,采用快速扩增cDNA末端(RACE)技术,获得团头鲂MHCⅠ类cDNA的全长序列,然后分析了团头鲂选育群体与野生群体间MHCⅠ类基因的多态性。
主要结果如下:
1、选育群体间MHCⅠ类α2结构域基因的序列分析
①从F0、F7、F8及F9群体的128尾个体中(各群体有效样本数为15~20)共得到长度为225bp(或222bp)的不同核苷酸序列145条(GeneBank序列号为:GU232861-GU233005),可分为99个等位基因,编码99条不同的氨基酸序列。群体间的核苷酸、氨基酸序列的同源性分别为52.8%~99.5%、34.6%~98.6%;而群体内平均核苷酸/氨基酸序列同源性的值,F9群体(68.8%/59.0%)要低于另外3群体(73.9%~74.4%、66.4%~63.6%)。说明MHCⅠα2结构域基因在团头鲂选育后世代群体中具有较高的多态性,但呈现出随选育代数累进而逐渐降低的趋势。②各群体α2结构域总的非同义碱基/同义碱基替换值ω<1(ω=dN/ds),表明该区域整体处于净化选择(purifyingselection)的压力之下。在抗原结合区(PBR)的ω值,从F0(1.406)到选育群体(F7、F8、F9)逐渐降低(分别为1.168、1.156、1.025),但均大于1,表明各群体的PBR区正经受正向选择的压力,这一点在用CODEML软件进行MHCⅠ类基因选择压力的检测中得到进一步的证实(P<0.01)。③AMOVA分析表明,在遗传变异的总方差中(以核苷酸序列为例),有91.13%的差异来自各群体内部,仅8.87%的差异来自群体间。三群体团头鲂总的遗传分化指数(FST)为0.0887(P<0.001)。除F0与F7群体间分化不显著外(P>0.05),其余群体间有显著的遗传分化(P<0.05或P<0.01)。氨基酸序列的分析结果与此一致。在以群体间的遗传距离(K-2P)所构建的NJ树中,F0与F7先聚为一支,再与F8群体聚类,而F9群体则单独为一支,显示它F0于群体的分化越来越明显。④总之,经过20多年的连续选育,团头鲂“浦江1号”后世代群体依然保持了较高的MHC基因多态性,但PBR的ω值从奠基群体向选育群体逐渐降低并于F9代接近1的事实表明,随着选育的持续进行,团头鲂选育后世代群体因遗传漂变作用的逐代增强而渐渐掩盖了主动选择作用,并越来越表现出中性选择作用的倾向
2、野生及驯养群体间MHOⅠ类α2结构域基因的序列分析
①以团头鲂4个野生群体[梁子湖(LZ)、淤泥湖(YN)、石首(SS)、监利(JK)]和1个驯养群体(天津换新,HX)为对象,从95尾样本中(各群体有效样本数17~22),共得到220条长度为225bp或222bp的不同核苷酸序列,可鉴别为123条等位基因(GeneBank序列号为:JF920973~JF921086),各群体拥有的等位基因数为29~34。核苷酸、氨基酸序列间同源性的变异范围较大,分别为50.2%~99.5%、44.0%~98.6%。②各群体内的平均核苷酸同源性都很高,在74.65%~76.6%间;而LZ群体的氨基酸序列的平均同源性值最高(75.15%),其余4群体的值略低(70%~70.65%)。JL和LZ群体的氨基酸多态位点(Sαα)数(20~21)比其他3群体的值(14~15)高。氨基酸多态性(παα)在5群体中的大小顺序为:LZ>YN>JL>HX>SS。显然,在氨基酸变异水平上,HX驯养群体要明显低于LZ、JL野生群体。⑨各群体MHCⅠ类基因α2结构域的ω值都小于1,表明该区域总体上处于净化选择的压力之下。各群体PBR区的ω值在(7.41~1.619)间,都大于1,大小顺序为:SS>JL>YN>LZ;而HX驯养群体的ω值(0.6144)却小于1。说明野生群体受到更强烈的正向选择作用,从而保持较高的遗传多态性;而驯养群体可能受到基因漂变、瓶颈效应等的影响,正向选择作用越来越弱。用CODEML软件进行选择压力检测,再次证实各群体的MCHⅠ类基因受到显著的正向选择作用(P<0.01)。④AMOVA分析表明,从氨基酸序列看,在遗传变异的总方差中,有85.33%的差异来自各群体内部,仅14.67%的差异来自群体间。HX群体与YN群体分化不显著(P>0.05),而其余群体间存在显著的遗传分化(P<0.01或P<0.05)。在以群体间的K-2P遗传距离所构建的NJ树中,4个野生群体先聚为一支后再与HX群体聚为一支。
3.团头鲂MI-ICⅠ类基因的克隆与多态性分析
(1)全长cDNA的克隆与组织表达分析
为了解团头鲂MHCⅠ类基因的结构及表达特性,本研究采用快速扩增cDNA末端(RACE)技术,首次成功克隆了团头鲂MHCⅠ类cDNA的全长序列。①序列全长为2079bp,含有3’-UTR区,α1、α2和α3三个结构域,跨膜区和胞质区(TM/CY)及5’-UTR区。编码序列长度为1044bp,编码347个氨基酸。②氨基酸序列预测表明其具有功能性MHCⅠ分子的典型结构,包括具有N-糖基化位点的α1区和各含有一对半胱氨酸残基的α2和α3区。另外,在α3区还含有一个极保守的组织相容性复合体蛋白信号(F/Y-X-C-X-V/A-X-H)。③团头鲂具有典型的MHCⅠ类蛋白分子的空间结构,即由α螺旋和4个反向平行β片层组成的α1、α2区,二者结合于分子的顶部构成槽状抗原肽结合区域。④在Neighbor-joining(NJ)法构建的分子进化树中,团头鲂与草鱼的亲缘关系最近,与鲑鳟鱼类、爬行类、鸟类、哺乳类及人类的亲缘关系则越来越远。⑤RT-PCR组织表达分析表明,团头鲂MHCⅠ类基因在所检测的的8个组织中均有表达,在鳃、头肾和血液中有较强的转录本,中等强度表达于肝脏和脾脏,在肾、肠和肌肉中表达较弱
(2)野生群体、选育群体间MHCⅠ类基因多态性分析
①从野生监利群体(JL)及“浦江1号”F8选育群体(PJ)的13尾和9尾个体中,共测序96个阳性克隆,得到46条不同的核苷酸序列,长度为987bp~1044bp,编码329~348个氨基酸。序列包括MHCⅠ类基因的信号肽区、α1、α2、α3结构域及胞质区和跨膜区。46条核苷酸序列编码40条不同的氨基酸序列,可归为18个等位基因主型、40个等位基因亚型,表现出丰富的多态性。②核苷酸序列中,共存在536个多态性位点(51.14%)、62个单突变位点、474个简约突变位点。其中有181个、170个和120个多态位点分别位于α1区、α2区、α3区。推测的氨基酸序列中,含233个变异位点(68.8%),单突变位点24个,简约突变位点199个,其中68个、70个、58个分别位于α1区、α2区和α3区。③等位基因间的平均核苷酸/氨基酸同源性为64.4%175.15%,而α1、α2和α3结构域的核苷酸/氨基酸同源性的变异范围较大,分别为52.8%~100%/36.7%~100%、52.6%~100%/41.9%~100%和83.3%~100%/71.20~100%。显然,α1、α2结构域的变异要明显大于α3结构域。④MHCⅠ类基因编码区整体的ω值(0.6016)小于1,表明该基因整体上处于净化选择压力之下。而α2结构域中的PBR区,JL、PJ群体的ω值分别为2.7875、1.4543,都大于1,且为非PBR区的ω值的3~10倍,表明团头鲂几野生群体的MHCⅠ类α2结构域比PJ群体的分子受到更大的正向选择压力。用CODEML软件进行MHCⅠ类基因选择压力检测,同样证实这两个群体受到正向选择压力的作用(P<0.01)。⑤用RDP(Recombinationdetectionprogramme)软件对各等位基因进行基因重组检测,发现团头鲂MHCⅠ类基因中至少有7个重组事件发生,重组水平较高,而且在各个功能结构域中均有发生。说明基因重组是产生MHCⅠ类分子多态性的重要机制。