水牛-β-LG基因3,4外显子遗传特征分析

云南农业大学学报 JournalofYunnanAgriculturalUniversity,2011,26(1):34-40http://xb ynau edu cnISSN1004-390X;CODENYNDXAXE mail:xb@ynau edu cn
DOI:10 3969/j issn 1004-390X(n) 2011 01 007
震撼一条龙
水牛β-LG基因3,4外显子遗传特征分析
祁 宏1,李卫真1,袁 峰1,李大林2,刘丽仙3,钱 坤4,苗永旺1  (1.云南农业大学动物科学技术学院,云南昆明650201;2.云南省家畜改良工作站,云南昆明650021;
3.云南农业职业技术学院畜牧兽医系,云南昆明650212;4.湖州师范学院生命科学学院,浙江湖州313000)
摘要:本文通过PCR产物直接测序法得到水牛β-LG基因第3,4外显子及其旁侧序列后,采用PCR-RFLP和PCR-SSCP方法对属于10个体的224头水牛该基因第4外显子进行了多态性检测,又从中随机抽取属于9个体的69头水牛采用PCR-SSCP结合测序的方法检测了其第3外显子的遗传多态性。结果显示:河流型水牛和沼泽型水牛β-LG基因的第3外显子均为74bp;它们的第4外显子均为111bp;在所研究体中,两类水牛第3,4外显子序列完全相同,并未发
现具有多态现象。与牛科物种同源序列比较显示:水牛β-LG基因3,4外显子在进化上比较保守,相应于普通牛的B等位基因。由于产奶量有明显差异的河流型水牛与沼泽型水牛的β-LG基因第3,4外显子序列间无差异,提示它们对水牛产奶量无直接影响。
关键词:河流型水牛;沼泽型水牛;β-LG基因;PCR-RFLP;PCR-SSCP
中图分类号:S823 83  文献标识码:A  文章编号:1004-390X(2011)01-0034-07
GeneticCharacteristicsoftheExon3and4ofβ-LGinBuffalo
QIHong1,LIWei zhen1,YUANFeng1,LIDa lin2,
LIULi xian3,QIANKun4,MIAOYong wang1
(1.CollegeofAnimalScienceandTechnology,YunnanAgriculturalUniversity,Kunming650201,China;
2.DomesticAnimalBreedingandCrossbreed improve
mentStationofYunnanProvince,Kunming650021,China;引物设计
3.DepartmentofAnimalHusbandry&Veterinarymedicine,YunnanAgriculturalCollegeofVocationalEducation,Kunming650212,China;4.SchoolofLifeScience,HuzhouNormalCollege,Huzhou313000,China)
Abstract:Inthisstudy,exon3andexon4plustheirflankingsegmentsofβ-LGwereamplifiedandsequencedinbuffalofirstly.Thepolymorphismsofexon4ofβ-LGin224buffaloesbelongingto10populationswereinvestigatedbymeansofPCR-RFLPandPCR-SSCP.Thenweselectedrandomly69individualsfromthe224buffaloestodetecttheirpolymorphismsofexon3ofβ-LGbyPCR-SSCPandsequencing.Theresultsshowedthatexon3andexon4ofβ-LGinbothriverandswampbu
ffalowere74bpand111bplong,respectively.Thesequencesofexon3andexon4ofβ-LGhad100%identityandmonomorphismwereobservedforthebuffalopopulationsstudied.Comparedwithhomolo goussequenceofbovinespecies,thesequencesofexon3andexon4ofβ-LGareconservative,andtheproteinsequencesinbuffaloisthesamewiththosecodingbyBalleleinBostaurus.Therewasnodifferenceinthesequencesofexon3andexon4ofβ-LGbetweenbothkindofbuffalo,buttheyhavesignificantdifferenceinmilkingperformance,thisindicatesthattheexon3andexon4ofβ-LGhave
 收稿日期:2010-07-12   修回日期:2010-09-01
基金项目:云南省应用基础研究重点项目(2007C0003Z);国家自然科学基金项目(30660024);云南省应用基础研究计划面上项目(2006C0034M,2007C057M,2010ZC243);国家高技术研究发展计划(“863”计
划)项目(2008AA101001);云南省教育厅科学研究基金项目(09C0197,2010Y344)。
 作者简介:祁宏(1984-),男,山西原平人,硕士,主要从事动物分子遗传研究。
  通讯作者Correspondingauthor:苗永旺(1964-),男,博士,教授,内蒙古通辽市人,主要从事动物遗传学研究。E mail:yongwangmiao999@yahoo com cn
nodirecteffectonmilkyieldinbuffalo.
Keywords:riverbuffalo;swampbuffalo;β-LG;PCR-RFLP;PCR-SSCP
  β乳球蛋白(Beta-lactoglobulin,β-LG)是反刍动物乳汁中乳蛋白的主要成分之一[1]。在普通牛(Bostaurus)中,β-LG基因位于11号染体,从转录起始位点算起全长4724bp,由7个外显子和6个内含子构成。其开放阅读框包含537个核苷酸,共编码178个氨基酸,其中前16个氨基酸为信号肽[2-3]。牛属动物的β-LG共发现有11种变异体,其中A和B是最主要的两种[4],它们在第64和118位氨基酸有差异,B变
异体的两位点分别为Gly和Ala,而A变异体为Asp和Val,相应的密码子替换分别为GGT→GAT和GCC→GTC[5]。导致这两处碱基替换的位点分别位于β-LG基因的第3和4外显子。以往的研究主要针对这两个外显子的变异进行分析,结果揭示该基因不同类型对奶酪生产有影响,即BB型奶牛的牛乳更适合于奶酪生产[6-8]。而β-LG对其它泌乳性状的影响,研究结果却并不一致,BADOLA等[9]研究表明β-LG对产奶量有影响,但王强等[10]认为β-LG对产奶量无显著影响;BADOLA等研究认为β-LG对乳脂率无显著影响[11],而祝梅香等发现β-LGB基因与高乳脂率相关[12]。
家养水牛分为2个类型:河流型水牛和沼泽型水牛。前者主要为奶用,其产奶量一般在2000kg左右。后者主要为役用,其泌乳量一般仅500~600kg[13]。近年在云南省槟榔江流域发现的我国第一个本地河流型水牛体———槟榔江水牛也具有较高的产奶量[13]。目前,有关水牛泌乳性状相关基因的研究资料十分匮乏。β-LG基因是反刍动物乳汁中乳蛋白成分的重要编码基因,该基因在普通牛中研究较多,但在水牛中研究甚少,仅限于在河流型水牛中采用PCR-RFLP方法进行基因分型[14]和对其第4外显子部分序列进行测序研究[15];该基因在沼泽型水牛中的研究尚未见报道。为了揭示河流型和沼泽型水牛β-LG基因差异及该基因第3,4外显子的体遗传变异,进一步推测该基因与泌乳性状的关系及揭示包括槟榔江水牛在内的我国地方水牛体种质基因特性,本研究采用PCR产物直接测序法对产奶性能具有较大差异的河流型和沼泽型水牛β
-LG基因第3,4外显子进行了序列测定和同源序列比较分析,在此基础上,采用PCR-RFLP,PCR-SSCP法结合DNA测序技术对两类水牛多个体的β-LG基因第3,4外显子进行了体变异检测分析。
1 材料与方法
1 1 材料
本研究所用的各地方水牛样品来自各水牛产区,引进的河流型摩拉水牛和尼里-拉菲水牛样品采自云南省家畜冷冻精液站,个体间避免存在血缘关系,采集每个个体的血液或耳组织样品,带回实验室低温保存。样品详细信息见表1。
1 2 基因组DNA提取
采用酚/氯仿法提取基因组DNA,经琼脂糖凝胶电泳和紫外分光光度法检测其纯度和浓度,TE缓冲液稀释为50ng/μL,保存于4℃。
1 3 引物设计与PCR扩增及测序
根据已发表的普通牛(GenBank登录号DQ489319),山羊(GenBank登录号Z
33881)和绵羊(GenBank登录号X12817)β-LG基因的全序列,设计4对引物(见表2),分别对水牛β-LG基因的第3,4外显子进行克隆和多态性检测。引物由上海生物工程技术服务有限公司合成。
PCR扩增反应体系:10×buffer(含Mg2+)2 5μL,DMSO1 25μL,上下游引物(10mmol/L)各0 4μL,dNTPs(25mmol/L)0 2μL,Taq酶(5U/μL)0 3μL,模板DNA2μL,ddH
O补至25μL。反应程序:95℃预变性5min→35个循环(94℃变性40s→退火温度退火40s→72℃延伸45s)→72℃后延伸5min。退火温度依引物而异(见表2)。为减少引物二聚体和增加目的产物,第4外显子的两对引物采用降落PCR进行扩增。65→56表示前10个循环中每个循环退火温度降低1℃,在56℃下完成剩余25个循环;64/58表示前10个循环的退火温度为64℃,后25个循环的退火温度为58℃。反应产物以1 5%琼脂糖凝胶电泳检测。
第1期       祁 宏,等:水牛β-LG基因3,4外显子遗传特征分析
表1 β-LG基因第3、4外显子检测样品信息
Tab 1 Thesampleinformationofbuffalointhestudyofβ-LGexon3andexon4
类型type体类别
population
外显子3样品数量
samplenumber
ofexon3
外显子4样品数量
samplenumber
ofexon4
采样地
sampleorigin
河流型river摩拉
Murrah
55
云南省家畜冷冻精液站
Yunnan,China
尼里拉菲
Nili-Ravi
68
云南省家畜冷冻精液站
Yunnan,China
槟榔江
Binlangjiang
1188
云南省腾冲县
Tengchong,Yunnan,China
沼泽型swamp富钟
Fuzhong
623
广西省富川县
Fuchuan,Guangxi,China滇东南
Diandongnan
819
云南省广南县
Guangnan,Yunnan,China福安
Fuan
919
福建省福安市
Fu an,Fujian,China
盐津
Yanjin
1125
云南省盐津县
Yanjin,Yunnan,China
东流
Dongliu
1015
安徽省东至县
Dongzhi,Anhui,China
德宏
Dehong
-17
云南省德宏州
Dehong,Yunnan,China德昌
Dechang
35
四川省凉山州
Liangshan,Sichuan,China
表2 β-LG基因研究中所采用的PCR引物的信息
Tab 2 TheinformationaboutPCRprimersandPCRsummary
引物名称primername引物序列(5′-3′)
primersequence
产物长度/bp
productslength
退火温度/
℃T
用途
purpose
Exon3-UExon3-LCCCTGTCCACCCTCAGACGG
GGGCAGCGGCTCTCGGTTAC
73665
第3外显子测序
sequencingforexon3
Exon4-UExon4-LGCCCTATTTCTTGACCACTC
CCCGGTAACAAAGGCTGTTAGA
73965→56
第4外显子测序
sequencingforexon4
Exon3-S-UExon3-S-LCCCGAGAGGTGACAGTGAGT
CACGGCAGTGTCTTCATCA
35758 5
第3外显子多态性检测
polymorphismdetectionforexon3bySSCP
Exon4-SR-UExon4-SR-LCCCTCCTGCTGGAACTCACT
GCAGCGAGGACCACACAG
20764/58
第4外显子多态性检测
polymorphismdetectionforexon4bySS
CP,RFLP
  将扩增效果良好的PCR产物原液送于北京百泰克生物技术有限公司进行测序,测序结果用Lasergene7 1软件包进行序列核对。
1 4 PCR-RFLP和PCR-SSCP反应条件
规划功能分区PCR-RFLP的反应体系为20μL,其中PCR产物7μL,10×MBuffer2μL,限制性内切酶HaeⅢ1μL,ddH2O10μL,置37℃恒温反应10h后于2%琼脂糖凝胶电泳检测。
PCR-SSCP的反应体系为10μL,取5μLPCR扩增产物,加5μL变性剂,混合后98℃变性10min,冰浴5min后上样于12%聚丙烯酰凝胶,5V/cm电压室温电泳18h后,银染显,数码相机照相并记录聚丙烯酰胺凝胶上DNA单链带,根据条带位置进行基因分型。
3云南农业大学学报              第26卷
1 5 水牛β-LG基因的序列分析
将研究所用序列经ClustalX1 83比对,在MEGA4 0中寻并输出突变位点。依照普通牛β-LG基因全序列(GenBank登录号DQ489319)的序列说明,将所测个体序列的3、4外显子片段剪切出来并拼接在一起组装成外显子拼接序列,用MEGA4 0将其翻译成相应的蛋白质序列。2 结果与分析
2 1 水牛β-LG基因第3,4外显子PCR扩增对水牛的β-LG基因第3、4外显子分别进行PCR扩增,结果得到了特异性带,可用于测序,扩增片段中包含完整的外显子序列及其部分旁侧序列,分别为736bp和739bp(图1)
三维牵引床。
2 2 水牛β-LG基因第3,4外显子多态性
对属于10个体的224头水牛的β-LG基
因第4外显子进行了多态性检测,所用检测方法
为PCR-RFLP和PCR-SSCP法,检测区域包括
整个外显子及其前第3内含子44bp和其后第4
内含子52bp,共207bp的序列。PCR-RFLP法
使用的检测酶为HaeⅢ,该酶的酶切识别位点为
GG/CC,若所检测个体中有此位点,则酶切片段
为139bp和68bp。该酶主要用于识别β乳球蛋
白第118位氨基酸的密码子是GCC(与普通牛中
B等位基因一致),还是GTC(与普通牛中A等
位基因一致)。检测结果显示,在我们所研究的
所有个体中,均存在此酶切位点,且均以纯合子
状态存在(见图2),即水牛β乳球蛋白第118位
氨基酸的密码子均为GCC。PCR-SSCP的检测结
果未发现多态现象(见图3),也揭示所有水牛在
内科学
该位点为纯合子。
在已检测过的224头水牛中随机抽取了69个
个体,用PCR-SSCP方法对这些个体的β-LG
基因第3外显子进行多态性检测,检测区域包括
整个外显子及其前第2内含子165bp和其后第3
内含子118bp,共357bp的序列。发现有多态现
象,存在6种带型(见图4)。选取每种变异类型
个体进行了测序,结果显示所有突变均分布在内
含子区,在第3外显子区不存在突变(见图5)。
测序分析结果还表明所有水牛β-LG第64位氨
基酸密码子与普通牛B变异体一样,均为GGT
2 3 水牛及其近缘物种β-LG基因第3,4外显
子序列比较
  由测序结果剪接出的β-LG基因第3,4外
显子拼接序列的比对结果进一步证实,不仅河流
型水牛和沼泽型水牛内部之间无差异,而且这两
黄河三角洲高效生态经济区
类水牛间此区域序列也无差异。
3第1期       祁 宏,等:水牛β-LG基因3,4外显子遗传特征分析
为进一步揭示水牛β-LG基因第3,4外显子的遗传特征,选取GenBank中已发表的水牛及其近缘物种同源序列进行了比较。结果显示,水牛、普通牛、山羊和绵羊的β-LG基因第3,4外显子长度完全相同,第3外显子均为74bp,第4外显子均为111bp。但这4个物种的序列相比共发现9个SNP(见图6),除第191和353位点(以起始密码子的第1位为第1位点)外,其余7个位点均为同义替换;第191和353位点分别对应于β-LG第64和118位氨基酸密码子的第2位,这两个位点正好反映了普通牛β-LGA、B等位基因间的差异。按照普通牛中的基因分型标准,水牛、山羊和绵羊序列中这2个位点与普通
牛B
等位基因的序列相一致。
3 讨论
本文测序结果揭示河流型水牛和沼泽型水牛β
-LG基因的第3外显子均为74bp,序列完全相同;它们的第4外显子均为111bp,序列也完全相同。通过同源序列比较,水牛β-LG基因第3,
4外显子编码氨基酸与普通牛B等位基因相应区域编码的氨基酸完全相同,针对其编码氨基酸的第64和118位而言,两类水牛分别为Gly和Ala,相应的密码子分别为GGT和GCC。两类水牛多个体检测分析结果也揭示水牛β-LG基因相应于
普通牛的B等位基因,且第64和118氨基酸位点
83云南农业大学学报              第26卷

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