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真核生物中tRNA修饰的基因结构的保守性暗示其具有相似的功能和调节作用。在斑马鱼及小鼠等模式生物的研究中表明tRNA修饰状态与蛋白合成速率有关,并影响动物的生长发育过程。但这些基因在大型家畜中的研究尚未报道,本研究以四种中国黄牛(秦川牛、鲁西牛、南阳牛和郏县红牛)为试验材料,采用生信分析、测序技术、qPCR、Western Blot、双荧光素酶报告等试验方法,对不同品种黄牛群体tRNA修饰基因的遗传变异进行比较系统的检测。统计了群体中TYW5、TRIT1及TRDMT1遗传变异的基因型分布情况;针对TRDMT1外显子及启动子区域进行扫描,分析遗传变异位点连锁结构;对连锁结构产生的mRNA及蛋白进行分析,探索不同单倍型的表达规律,对启动子变异进行转录活性分析;分析了不同品种黄牛群体中tRNA修饰基因遗传变异及其与黄牛生长性状(体高、体斜长、胸围、胸深、胸宽、腹围、腰角宽、坐骨端宽、臀长、腰高、十字部高和体重)的相关性,拟为黄牛tRNA修饰基因功能研究提供理论基础,为黄牛分子育种提供可靠材料。 研究结果表明: 1.根据Ensembl数据库公布遗传变异数据,利用混池测序法鉴别大于10bp InDel位点发现:tRNA反密码子环修饰基因中,发现TRDMT1一个InDel(rs383375500)位点,TYW5一个InDel(rs521024959)位点,TRIT1基因间隔处两个InDel位点。对不同品种黄牛TYW5基因InDel位点与生长性状关联发现:ID、DD基因型郏县红牛母牛十字部高显著高于II基因型(P<0.05),ID基因型秦川牛母牛胸深显著高于II基因型(P<0.05)。对不同品种黄牛TRIT1基因InDel位点与生长性状关联发现:位于基因上游的InDel-4位点,无显著差异;位于3-UTR区域的InDel-5位点ID基因型秦川牛母牛体斜长、体高、十字部高极显著高于DD基因型(P<0.01),ID基因型秦川牛母牛腰角宽显著高于II基因型(P<0.05),ID基因型郏县红牛母牛腰角宽显著高于DD基因型(P<0.05)。 2.对不同品种黄牛TRDMT1基因InDel位点基因型和等位基因分布差异进行比较,秦川牛与其余三种黄牛等位基因分布频率差异显著(P<0.05),DD基因型秦川牛母牛胸宽显著高于II基因型(P<0.05),II基因型秦川牛母牛腰高显著高于DD基因型(P<0.05),DD基因型郏县红牛母牛体斜长显著高于II基因型(P<0.05)。 3.对TRDMT1基因11个外显子进行混池测序扫描,首次发现不同品种黄牛中第四外显子出现一个同义突变位点2(G>A,Q88>Q)和一个错义突变位点3(T>C,H101>Y);第六外显子一个错义突变位点9(A>G,T101>A);同时发现第三内含子6个突变位点11(EX3+12,T>C),位点12(EX3+13,A>G),位点13(EX3+62,A>G),位点4(EX3+1881,G>A),位点5(EX3+1904,C>A),位点6(EX3+2131,C>T);第四内含子两个突变位点1(EX4+23,C>T),位点14(EX4+593,A>G);第五内含子两个突变位点7(EX5+559,T>C),位点8(EX5+699,C>T);第七、九、十内含子分别一个突变位点15(EX7+15,C>T),位点16(EX9+71,A>T),位点17(EX10+18,G>A)。利用PCR及测序技术对570头黄牛个体进行基因型分型统计,并且针对位点1到位点9共9个遗传变异位点与黄牛体尺测量数据进行相关性分析,结果表明:位点1的TT基因型秦川牛母牛的体高显著高于CC基因型(P<0.05),位点2的GG基因型鲁西牛母牛的体高显著高于GA基因型(P<0.05),位点3的CC基因型秦川牛母牛的体高显著高于TT基因型(P<0.05),位点4的AA基因型秦川牛母牛的体高显著高于GG基因型(P<0.05),位点7的TT基因型南阳牛母牛的体高显著高于CC基因型(P<0.05),CC基因型南阳牛母牛的体重显著高于TC基因型(P<0.05),位点8的TT基因型南阳牛母牛的胸围和体重显著高于CT基因型(P<0.05)。SHEsis软件连锁分析表明TRDMT1基因中9个突变以及一个InDel进行连锁分析,发现这10个位点存在强连锁不平衡。依照TRDMT1外显子三种突变的组合形式对秦川牛肌肉组织进行mRNA和蛋白的相对定量发现,三种基因组突变的组合形式之间基因表达差异显著(P<0.05)。 4.在牛TRDMT1基因起始密码子上游1223bp发现一个G>C突变,利用AliBaba2.1和Genomatix软件共同预测,该位点可能造成基础转录因子sp1和PLAG1,ZNF35,MZF1等转录因子结合差异。双荧光素酶实验验证结果表明,G>C突变造成基因表达差异(P<0.05)。 综上所述,对tRNA反密码子环修饰基因遗传变异检测表明TYW5、TRIT1和TRDMT1存在中、低丰度的多态性,可以在肉牛分子育种中作为秦川牛、鲁西牛、南阳牛体高,秦川牛腰高、胸深,郏县红牛体斜长、坐骨端宽、十字部高等生长性状的潜在候选DNA标记。TRDMT1基因遗传变异的检测发现,启动子起始密码子上游1223bp G>C变异会提高其转录活性,位点1至位点9之间存在强连锁不平衡结构,不同的单倍型存在特殊的表达规律,为黄牛tRNA修饰功能研究提供理论依据,为黄牛分子育种提供可靠的分子素材。