中国东方田鼠分子系统地理学及种群遗传结构研究

发布时间：2018-01-04 07:21

本文关键词：中国东方田鼠分子系统地理学及种群遗传结构研究　出处：《东华大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：东方田鼠(Microtus fortis)具有独特的天然抗血吸虫感染特性,是一种极具前景的实验动物资源。但对于该物种的基因组序列、近缘物种及亚种间的系统进化关系、种群内与种群间的遗传结构都未见有系统报道。本研究首先从东方田鼠母系遗传结构的角度,利用传统和长距离PCR结合的策略,首次完成了东方田鼠指名亚种(M.f.fortis)的线粒体基因组测序。在此基础上,优化了16对引物对中国六个地区(湖南、宁夏、福建、黑龙江、吉林、广西)的东方田鼠样本线粒体全基因组进行了PCR扩增和重测序。研究表明所测的六个不同地区的东方田鼠的线粒体全基因组长度在16303~16312 bp之间。并首次将东方田鼠宁夏指名亚种(M.f.fortis)和东方田鼠湖南长江亚种(M.f.calamorum)的线粒体全长基因组序列,提交至Gen Bank,获得了相应的序列号(Gen Bank:JF261174/JF261175)。东方田鼠指名亚种线粒体基因组具有与其它脊椎动物线粒体基因组相同的一些特征,都含有13个蛋白质编码基因、2个r RNA基因和22个t RNA基因。在东方田鼠线粒体非编码控制区(Control Region,CR)序列上,分别发现了中央保守区1(CSB1)序列、终止序列区(EATS1、EATS2)、和一个Poly(C)n区段,通过种间比对发现这个Poly(C)n区段只在亚洲谱系田鼠群(Asian lineage)中被发现,该结构可能是亚洲谱系田鼠所特有的,可以进一步佐证田鼠亚洲谱系(Asian lineage)的存在以及其明显的单系类群(monophyletic lineage)特征。利用线粒体全基因组构建的系统进化树表明,在中国分布的东方田鼠主要分为3个主要的分支:1)广西样本、2)北方样本(包括宁夏、黑龙江、吉林)、3)湖南和福建样本。东方田鼠南方样本(广西、湖南、福建)与北方样本(宁夏、黑龙江、吉林)在线粒体基因组轻链复制区(OL区)的二级结构茎环上有一个3碱基(CCC→TTT)的突变。该突变可以作为区分南北不同来源的东方田鼠样本的重要分子遗传标记。对六个不同地区来源的东方田鼠样本线粒体全基因组序列比对后,共发现种内的简约信息位点(Parsimony informative sites)157个,自裔突变位点(Singleton variable sites)450个,统计发现南方样本的线粒体基因组多态性明显高于北方样本。本研究进一步对中国6个地区的84个东方田鼠野生样本的线粒体细胞色素b(cyt b)基因以及非编码控制区序列(Control Region,CR)进行了重测序(cyt b和CR序列的Gen Bank登录号分别为KJ081871~KJ081954和KJ207290~KJ207373),进一步探讨了东方田鼠各地理种群内与种群间的系统进化关系及母系遗传结构。在拼接后的84个东方田鼠样本序列片段(cyt b+CR),共得到49种单倍型(haplotype),不同的地理种群间无共享单倍型。较高的种群间FST值表明,斑块化的栖息地可能是造成这种地理种群分化程度较大的主要原因。通过贝叶斯系统发育推断(Bayesian inference)和最大似然法(maximum likelihood)构建了东方田鼠的系统进化树,再次证实了东方田鼠各地理种群形成三个主要的分支:(1)北方种群;(2)南方的湖南福建种群;(3)广西种群。研究表明,东方田鼠与分布于俄罗斯、蒙古以及中国东北部的三种田鼠:米氏田鼠(M.middendorffii)、蒙古田鼠(M.mongolicus)以及莫氏田鼠(M.maximowiczii)有着最近的系统进化关系,该四种田鼠在系统进化树上形成单系类群的特征,它们应该是由共同的祖先分化而来。分析认为,中国的秦岭淮河一线(Qinling Mountains-Huaihe river line)是我国重要的南北地理分界线,该地理屏障的南北地区气候以及环境差异较大,可能是造成东方田鼠南北群体遗传分化的重要原因之一。此外,来自中国西南地区的东方田鼠广西群体可能是物种在冰期避难所内避难的一种典型例子。根据分子钟推算中国东方田鼠最初的分歧时间在64~77万年前,位于中国倒数第二次冰期与末次冰期之间的间冰期。贝叶斯Skyline图表明东方田鼠的有效种群大小,在过去的30~40年经历了明显的下降趋势,分析认为这与栖息地的丧失和环境恶化存在一定关系。另一方面,本研究利用20个东方田鼠微卫星位点从常染色体遗传多样性的角度,利用荧光多重PCR和微卫星(STR)分型技术,对4个野生东方田鼠种群(福建、湖南、宁夏、广西)的63个样本进行了常染色体角度的遗传结构分析。其中19个微卫星位点显示出高度多态性(PIC=0.830.5),平均等位基因数、位点杂合度均显示4个地区野生东方田鼠的遗传多样性丰富。遗传距离与UPGMA聚类分析均表明,宁夏种群与广西种群间的遗传分化程度相对最大,而湖南种群与广西种群间的遗传分化程度相对最小,这一点在STRUCTURE聚类图(K=2)分析时,同样得到提示。分析认为,湖南与广西种群间由于较近的地理距离关系,在核基因组水平存在一定的基因交流。本研究通过大量比对,统计了东方田鼠线粒体细胞色素b(cyt b)基因以及非编码控制区序列(CR)上的种间和种内的单核苷酸多态性(SNP)位点。在与近缘田鼠物种的同源序列比对后,共在cyt b基因和控制区(CR)区段序列上分别找到13个和12个东方田鼠特有的SNP位点。这些特异性的种间SNP位点可以作为今后东方田鼠样本鉴定重要的分子遗传标记。同时,在各地理种群中分别发现了一定数量的种内SNP位点。研究获得的这些线粒体基因组上的SNP位点以及核基因组上的高度多态性的东方田鼠微卫星(STR)信息,都将为今后东方田鼠的亚种分类、样本来源鉴别以及各地理种群的遗传多样性分析提供重要的分子检测标记。
[Abstract]:In this study , the mitochondrial genome sequence of Oriental voles ( M.f . fortis ) in six regions of China ( Hunan , Ningxia , Fujian , Heilongjiang , Jilin , Guangxi ) was sequenced . In this study , the mitochondrial cytochrome b ( cyt b ) gene and the non - coding control region sequence ( Control Region ) of 84 eastern voles in 6 regions of China were identified . According to the molecular clock , there are three main branches : ( 1 ) the northern population , ( 2 ) the southern Hunan Fujian population , and ( 3 ) the population of Guangxi . In this study , we found that there was a certain gene communication between Hunan and Guangxi populations due to the close geographical distance relationship . The SNP loci in the mitochondrial cytochrome b ( cyt b ) gene and non - coding control region sequence ( CR ) were identified in the study .

【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：Q953

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