PRL基因的遺傳多態性及其物種間的系統進化

王安會,鐘金城,馬 力

(西南民族大學動物遺傳育種學國家民委-教育部共建重點實驗室,成都 610041)

催乳素(prolactin,PRL)是由腺垂體及其他組織和細胞所分泌的肽類激素,在所有的脊椎動物中都存在,其作用廣泛而復雜。在哺乳動物中,PRL具有誘導細胞增殖[1]、調節能量代謝和免疫[2-3]、產生母性行為[4]、參與生殖活動的調控等生物學功能。對嚙齒類、反芻類及靈長類動物的雌性妊娠、泌乳和胎兒的生長發育以及雄性動物的生殖調節等具有重要的作用[5-6]。

在大鼠[7]、小鼠[8]等物種中,PRL含有197個氨基酸殘基;羊[9]、豬[10]、牛[11]、雞[12]等物種中 PRL 含有199個氨基酸殘基。在人類基因組中,PRL基因定位于6號染色體上[13],包括5個外顯子和4個內含子[14-15],其cDNA開放閱讀框含681個核苷酸,編碼227個氨基酸殘基,前28個氨基酸殘基為信號肽[16]。

目前對于PRL遺傳多態性的研究集中在單個物種內,而在物種間的報道以及用該基因探討物種間系統進化關系的研究較少見。本研究運用生物信息學理論和方法,分析 PRL基因在鼠、貓、白化獼猴、普通牛、山羊、野豬、人、斑馬魚、雞等物種間的遺傳多態性,以及這些物種間的系統進化關系。希望對今后的研究提供一些理論依據。

1 材料與方法

1.1 基因序列來源 本研究從NCBI網站(http://www.ncbi.nlm.nih.gov)上選取10條PRL完整編碼序列,包括小鼠、大鼠、貓、白化獼猴、普通牛、山羊、野豬、人、斑馬魚、雞等10個物種(表1)。

表1 不同物種的PRL序列號

1.2 分析方法及軟件 用clustal X2軟件進行多序列比對10條序列,選出物種間共有序列,長度為702 bp;再用DnaSP軟件計算出物種間核苷酸差異數目(K)、凈遺傳距離(Da);然后根據凈遺傳距離,通過MEGA軟件用NJ(Neighbor-joining method)法進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 PRL基因的核苷酸多樣性 物種間的多態位點和平均核苷酸差異度見表2。從表中可看出,PRL基因的多態位點比例為69.95%,平均核苷酸差異度達174.889,表明PRL基因在物種間差異較大,具有豐富的遺傳多態性。物種間的核苷酸差異數目和凈遺傳距離(表3)。人與白化獼猴、大鼠與小鼠間的凈遺傳距離最小,說明他們間的PRL基因較為相似,在進化中親緣關系較近。而斑馬魚與其他物種之間的凈遺傳距離均較大,表明斑馬魚與其它物種間的親緣關系相對較遠。這與前人用其他遺傳標記研究這些物種的進化關系的結果基本一致。

表2 多態位點和平均核苷酸差異度

2.2 物種間的系統進化關系 本研究根據凈遺傳距離(Da)用鄰接法(Neighbor-Joining,NJ)進行聚類分析,結果表明(圖1),野豬與貓聚為一類,山羊與普通牛聚為一類,然后這兩類聚成一大類后又與人和白化獼猴的一類相聚,再依次與小鼠、大鼠的一類和雞相聚在一起。這些物種與斑馬魚的親緣關系相對較遠,系統樹總體分為兩支,斑馬魚為獨立的一支,而小鼠、大鼠、貓、白化獼猴、普通牛、山羊、野豬、人、雞為另一獨立的大分支。

表3 物種間的核苷酸差異數目(K)和凈遺傳距離(Da)

圖1 NJ法構建的物種系統樹

3 討論

李瑩輝等(1998)認為PRL主要在就巢性的建立和維持中起主導作用;李吉濤[17]通過對PRL檢測分析,結果表明不同基因型的奶牛平均產奶量、乳蛋白率差異顯著;周國利等[18]在北京荷斯坦奶牛PRL的多態性與產奶性狀進行關聯分析后得出不同基因型間在產奶量、乳脂量、乳蛋白量及乳脂率方面差異顯著;鄭旭[19]等在大熊貓PRL基因研究中,認為PRL基因可以作為提高瀕危動物繁殖力的重要探索途徑之一。本研究用生物信息學方法對小鼠、大鼠、貓、白化獼猴、普通牛、山羊、野豬、人、斑馬魚、雞等 10個物種的 PRL基因進行了分析,結果顯示該基因在物種間有較大的變異,物種間的遺傳多態性豐富,說明在這些物種分化以后,作為影響哺乳動物產乳性狀的PRL基因發生了較大差異,進化速率較快。這些結果為人們進一步認識PRL基因的特性、作用機理以及改良哺乳動物的產乳和繁殖性能提供了理論依據。

在本研究中,經計算遺傳距離、聚類分析 ,結果野豬與貓聚為一類,山羊與普通牛聚為一類,然后這兩類聚成一大類后與人和白化獼猴的一類相聚,再依次與小鼠、大鼠的一類和雞相聚在一起。這些物種與斑馬魚的親緣關系相對較遠,系統樹總體分為兩支,斑馬魚為獨立的一支,而小鼠、大鼠、貓、白化獼猴、普通牛、山羊、野豬、人、雞為另一獨立的大分支。這同古生物學、形態學、生化遺傳學、細胞遺傳學和其他DNA分子水平上的分類結果基本一致,表明PRL基因適合于哺乳動物種間系統進化關系和分類研究。

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