斑点叉尾MSTN基因4个SNP位点及其与生长性状的相关性

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  摘要:采用DNA混池测序法筛选斑点叉尾肌肉生长抑制素(MSTN)基因SNP位点,同时使用SNaPshot法将筛选到的SNP多态性位点进行分型,最后与生长性状进行关联分析。共筛选到4个SNP位点,即g.3501 T>G、g.3844 T>A、g.4297 C>G、g.4355 G>C。其中,g.3501 T>G位于第一内含子;g.3844 T>A位于第二外显子,并造成密码子GUA变为GAA,氨基酸由缬氨酸(Val)变为谷氨酸(Glu);g.4297 C>G、g.4355 C>G位于第二内含子。关联分析结果表明,SNP位点g.4355 G>C与斑点叉尾的体质量和体长呈显著性负相关,具有GG基因型个体的体质量和体长显著性低于CC型和CG型(P<0.05),该位点可作为斑点叉尾分子育种的候选分子标记。
  关键词:斑点叉尾;MSTN;SNP;SNaPshot;生长性状;关联分析
  中图分类号: Q953;S917 文献标志码: A 文章编号:1002-1302(2017)01-0030-03
  肌肉生长抑制素(myostatin,MSTN)是骨形成蛋白家族(bone morphogenetic protein family)和TGF-β超家族成员之一,又被称为生长分化因子8(growth and differentiation factor 8,GDF-8)。MSTN基因是肌肉生长发育的关键基因,它编码的蛋白是骨骼肌生长的负性调控因子。McPherron等敲除小鼠的MSTN基因,发现小鼠骨骼肌生长加快[1];在斑马鱼中进行的MSTN基因敲除试验具有类似的试验结果[2]。脊椎动物中MSTN基因的结构和功能具有较高的保守性[3],因此可将MSTN基因作为哺乳动物及鱼类等物种的候选生长相关基因。
  斑点叉尾(Ictalures punctatus)别称美洲鲇、沟鲇,属于鲇形目(Siluriformes)科(Ictaluridae),原产于美国,是一种重要的水产经济类物种,具有肉质细腻、适温范围广、生长速度快、抗病能力强等特点,2013年全世界养殖产量为 419 215 t[4]。斑点叉尾自1984年引入国内后,养殖规模和产量逐年增加,2013年我国养殖产量占全世界的一半以上,产量达224 132 t[5]。随着我国斑点叉尾养殖产业的快速发展,已经出现明显的生长减慢、体色分化、规格不齐等种质衰退现象[6];因此,培育生长快、抗逆性强的斑点叉尾新品种(系)已成为当前斑点叉尾产业可持续发展亟待解决的重要问题。本研究将MSTN基因作为斑点叉尾生长发育性状的候选基因进行了SNP多态性检测,并将筛选到的SNP位点与生长性状进行关联分析,旨在为斑点叉尾分子标记辅助育种提供依据。
  1 材料与方法
  1.1 试验动物
  供试斑点叉尾样本均来自江苏省淡水水产研究所禄口试验基地。于2013年6月进行家系培育,为减小环境对斑点叉尾生长的影响,苗种培育按照同一标准进行,即均一的换水速率、投喂量、养殖密度、充氧量、水温。待稚鱼日龄为30 d时,每个家系随机选取300尾于室外水泥池进行培育。家系日龄达到120 d时,每个家系随机选取50尾鱼注射RFID电子标记,并记录每尾鱼的电子编号、家系编号、体质量、体长等信息。标记后将鱼移至土池培育,家系平均日龄为520 d时,扫描并记录存活个体编号,测量个体的体质量、体长等信息。同时采集每尾鱼的尾鳍组织,放入95%乙醇中,于 -20 ℃ 下保存。
  1.2 基因组DNA提取
  斑点叉尾尾鳍DNA的提取使用UNIQ-10型柱式动物基因组DNA抽提试剂盒(上海生工生物工程有限公司),按照试剂盒说明书进行操作。采用1%琼脂糖凝胶电泳检测DNA提取效果,采用紫外分光光度计测定DNA样品浓度。
  1.3 引物设计
  根据NCBI GenBank数据库公布的斑点叉尾MSTN基因序列(AF396747.1),采用Primer Premier 5软件设计2对引物(表1)。第1对引物(P1)主要用于扩增第一外显子及5′非编码区、第一内含子部分序列,第2对引物(P2)主要用于扩增第二外显子、第二内含子、第三外显子及第一内含子、3′非编码区部分序列。
  1.4 PCR扩增及测序
  随机抽取40尾斑点叉尾的DNA样品,将每个样品的质量浓度调整至100 ng/μL ,各取1 μL 混合构建DNA池。以DNA池和20尾个体基因组DNA为模板,利用所设计的2对引物进行PCR扩增。采用即用型UtraTaq酶PCR试剂盒(上海捷瑞生物工程有限公司)进行PCR扩增。40 μL PCR反应体系为:2×UltraTaq Master Mix试剂20 μL、基因組DNA 2 μL、上游及下游引物(质量浓度为10 pmol/μL)各2 μL、ddH2O 14 μL 。采用BIOMETRA T1型PCR扩增仪进行扩增,PCR扩增条件为:94 ℃预变性5 min;94 ℃变性30 s,退火30 s,72 ℃延伸60 s,30个循环;72 ℃延伸10 min。采用1%琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物,利用凝胶成像仪观察电泳结果。PCR产物纯化后送至生工生物工程(上海)股份有限公司,直接采用ABI 3730XL型测序仪测序。所得结果使用Chromas软件观察测序峰图,并结合使用ClustalX软件进行DNA序列比对,判断SNP位点的碱基类型。
  1.5 SNaPshot法SNP分型
  采用SNaPshot法对4个家系共176尾鱼进行SNP位点分型。根据SNP位点侧翼序列设计扩增引物,使扩增片段长度为200~500 bp。延伸引物3′端第1个碱基紧邻待测SNP位点,Tm值为50 ℃以上,并且在引物的5′末端加上不同长度的Poly C或Poly T。   采用Touchdown PCR程序进行多重PCR扩增,20 μL 反应体系为:0.8 μL MgCl2(50 mmol/L)、2 μL 10×PCR buffer(Mg2 free)、0.5 μL dNTP(10 mmol/L)、0.5 μL混合引物、1 μL 模板DNA、0.5 μL Platinum Taq(5 U),其余用ddH2O补足。PCR反应程序为:95 ℃预变性5 min;94 ℃变性15 s,60 ℃ 退火15 s,72 ℃延伸30 s,30个循环;共11个循环,每个循环退火温度降低0.5 ℃;94 ℃变性15 s,54 ℃退火15 s,72 ℃延伸30 s,共24个循环;72 ℃延伸5 min。反应完成后进行PCR产物纯化,10 μL 反应体系为:FastAP(Thermosensitive Alkaline Phosphatase,Fermentas)0.8 μL、ExoⅠ 0.2 μL、ExoⅠ buffer 0.7 μL、PCR产物3 μL、H2O 5.3 μL 。反应条件为37 ℃ 15 min,80 ℃ 15 min,纯化后进行延伸反应,并预先混匀延伸引物。
  SNP分型采用ABI SNaPshot Multiplex PCR试剂盒(美国应用生物系统公司),6 μL 反应体系为:Snapshot Mix 1 μL、延伸引物0.1 μL、多重PCR产物2 μL、ddH2O 2.9 μL 。反应条件为:96 ℃预变性1 min;96 ℃变性10 s,52 ℃退火5 s,60 ℃延伸30 s,共30个循环。反应结束后加入1 U FastAP,并以37 ℃ 60 min、85 ℃ 15 min条件进行纯化。以GeneScan-120Liz Size Standard(ABI)为内标,取1 μL 产物与9 μL 含有Liz的Hi-Di(GS-120Liz ∶Hi-Di=1 ∶200)混合,95 ℃变性3 min,立即冰浴3 min后上测序仪。采用ABI PRISM 3730 XI型自动遗传分析系统进行检测及分析,并利用Genemapper v4.1软件进行分型。
  1.6 数据统计
  利用R(3.0.1)软件对试验斑点叉尾SNP位点的各基因型体质量、体长进行方差齐性分析(homogeneity of variance test)和单因素ANOVA(one-way ANOVA)分析。采用均值多重比较(multiple comparisons of means)方法分析SNP位点各基因型与生长性状的关联程度。统计分析模型为:
  Yij=μ Gi eij。
  式中:Yij为某个性状第i个标记第j个个体观测值,μ为试验观测所有个体的平均值(即总体平均值),Gi为第i个标记的效应值,eij为对应于观察值的随机残差效应。
  2 结果与分析
  2.1 MSTN基因SNP位点筛选
  利用所设计的2对引物对40尾斑点叉尾构建的DNA池及20尾个体进行PCR扩增和测序分析。共筛选出4个SNP位点,即g.3501 T>G、g.3844 T>A、g.4297 C>G、g.4355 G>C,且所有位点均由第2对引物扩增得到。其中,g.3501 T>G位于第一内含子;g.3844 T>A位于第二外显子,密码子GUA变为GAA,氨基酸由缬氨酸(Val)变为谷氨酸(Glu);g.4297 C>G、g.4355 C>G位于第二内含子(图1)。
  2.2 SNP位点的关联分析
  对斑点叉尾4个家系176尾鱼的体质量和体长进行统计分析,数据以“平均值±标准误”表示。体质量、体长分别为(280.63±13.21) g、(31.26±0.56) cm。采用R软件将筛选得到的4个SNP位点与测量的斑点叉尾体质量、体长进行单因素ANOVA分析,并结合均值多重比较分析得出,4个SNPs中的1个(g.4355 G>C)与斑点叉尾体质量、体长呈显著性负相关(表2)。在SNP位点g.4355 G>C,具有GG基因型個体的体质量、体长显著性低于CC型和CG型(P<005)。
  3 结论与讨论
  MSTN基因具有多种重要功能,它在哺乳动物中的主要功能为调节胚胎发育过程中肌纤维的数量,以及抑制肌纤维的生长[1]。MSTN基因多态性及其与生长性状的关联分析研究最早于哺乳动物中进行,绵羊、猪、中国肉牛等[7-11]均已发现突变位点与生长性状之间存在相关性。近年来,在鲤鱼、罗非鱼、黄颡鱼、圆斑星鲽、鲈鱼、鳙鱼等[3,12-18]重要的水产动物中也开展了相关研究。唐永凯等在吉富罗非鱼中筛选到1个与增质量显著相关的SNP位点[13]。朱媛媛等、陈校辉等先后对黄颡鱼MSTN基因进行研究,均发现了造成不同个体间生长性状显著性差异的SNP位点[14-15]。
  本研究在斑点叉尾MSTN基因中共筛选到4个SNP位点,其中1个SNP位点位于第二外显子,其余3个均位于内含子区域。将筛选到的SNP位点与生长性状进行关联分析,结果表明SNP g.4355 C>G与生长性状显著相关。具有GG型个体的体质量、体长显著低于CC型和CG型, GG型个体的平均体质量、平均体长分别比4个家系所有个体体质量、体长的平均值小30%、10%。4个家系中的个体以CC型和CG型为主,具有GG型的个体较少。综合推测该位点GG型属于隐性突变,由于该位点碱基突变造成MSTN基因的表达量升高,进而抑制了斑点叉尾的生长。这种现象也存在于猪[9]、牛[11]、红鳍东方鲀[3]的研究中。
  本研究获得的与生长性状显著关联的SNP位点位于内含子区域。尽管内含子不具有编码蛋白质的能力,但其发生单核苷酸突变能够显著影响基因的表达效率。已有研究表明,内含子的功能主要为转录调控,即在转录阶段对相应的基因进行调控进而影响生长性状[19]。越来越多的试验结果证明,内含子在调控mRNA剪切、转录、基因表达方面起着重要作用[20-21],例如内含子长链非编码RNA(intronic lncRNA)发生单核苷酸突变将使其调控的转录本表达水平发生改变。然而,本研究中该SNP位点参与调控MSTN基因功能的具体机制有待进一步研究。   MSTN基因g.4355 C>G位点的多态性与斑点叉尾的生长性状显著相关。在斑点叉尾的育种过程中,可尝试淘汰该位点具有CG型和GG型的亲本或进行相应配组,从而避免出现小规格的后代。该位点可作为斑点叉尾分子育种的候选分子标记,该位点的发现为斑点叉尾分子标记辅助育种提供了重要依据。
  参考文献:
  [1]McPherron A C,Lawler A M,Lee S J. Regulation of skeletal muscle mass in mice by a new TGF- β superfamily member[J]. Nature,1997,387(6628):83-90.
  [2]Acosta J,Carpio Y,Borroto I,et al. Myostatin gene silenced by RNAi show a zebrafish giant phenotype[J]. Journal of Biotechnology,2005,119(4):324-331.
  [3]Wang Y,Wang X L,Meng X Y,et al. Identification of two SNPs in myostatin(MSTN) gene of Takifugu rubripes and their association with growth traits[J]. Molecular and Cellular Probes,2014,28(4):200-203.
  [4]Food and Agriculture Organization(FAO). FAO Yearbook-fishery and aquaculture statistics:summary tables[EB/OL]. [2015-11-20]. ftp://ftp.fao.org/fi/stat/summary/default.htm.
  [5]农业部渔业局. 中国渔业统计年鉴:2013[M]. 北京:中国农业出版社,2013:31.
  [6]栾 生,边文冀,邓 伟,等. 斑点叉尾基础群体生长和存活性状遗传参数估计[J]. 水产学报,2012,36(9):1313-1321.
  [7]Sjakste T,Paramonova N,Grislis Z A,et al. Analysis of the Single-Nucleotide polymorphism in the 5′UTR and part of intron Ⅰ of the sheep MSTN gene[J]. DNA and Cell Biology,2011,30(7):433-444.
  [8]Stinckens A,Luyten T,Bijttebier J,et al. Characterization of the complete porcine MSTN gene and expression levels in pig breeds differing in muscularity[J]. Animal Genetics,2008,39(6):586-596.
  [9]Klosowska D,Kuryl J,Elminowska W G,et al. An association between genotypes at the porcine loci MSTN (GDF8) and CAST and microstructural characteristics of m. longissimus lumborum:a preliminary study[J]. Archives of Animal Breeding,2005,48(1):50-59.
  [10]Zhang R F,Chen H,Lei C Z,et al. Association between polymorphisms of MSTN and MYF5 genes and growth traits in three Chinese cattle breeds[J]. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences,2007,20(12):1798-1804.
  [11]Esmailizadeh A K,Bottema C,Sellick G,et al. Effects of the myostatin F94L substitution on beef traits[J]. Journal of Animal Science,2008,86(5):1038-1046.
  [12]Sun Y H,Yu X M,Tong J O. Polymorphisms in myostatin gene and associations with growth traits in the common carp(Cyprinus carpio L.)[J]. International Journal of Molecular Sciences,2012,13(11):14956-14961.
  [13]唐永凱,李建林,俞菊华,等. 吉富罗非鱼MSTN基因结构及其多态性与生长性状的相关性[J]. 中国水产科学,2010(1):44-51.
  [14]朱媛媛,梁宏伟,李 忠,等. 黄颡鱼MSTN基因多态性及其与生长性状的相关性分析[J]. 遗传,2012,34(1):72-78.
  [15]陈校辉,刘朋朋,王明华,等. 黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco)MSTN基因SNP位点与体重的相关性分析[J]. 海洋与湖沼,2013,44(6):1566-1569.   [16]Li H J,Fan J F,Liu S X,et al. Characterization of a myostatin gene (MSTN1) from spotted halibut (Verasper variegatus) and association between its promoter polymorphism and individual growth performance[J]. Comparative Biochemistry and Physiology B-Biochemistry
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