不同物种Agouti基因编码区生物信息学分析

不同物种Agouti基因编码区生物信息学分析摘要：为了研究不同物种Agouti基因的遗传多样性，该实验采用生物信息学方法比较分析了山羊、绵羊、牛、髯羊、野猪、马、犬、狒狒、黑猩猩、人、兔、家猫、鼠和猕猴Agouti基因编码区(CDS)的遗传多样性。结果表明，来自14个物种的77条基因序列中检测到93个多态位点，共生成30种单倍型，物种间及物种内Agouti基因序列编码区存在较丰富的遗传多样性。关键词：物种；Agouti基因；遗传多样性BioinformaticsAnalysisofCodingRegionsofAgoutiGeneamongSpeciesTianTeng-feiLiXiang-longZhouRong-yanLiLan-hui(CollegeofAnimalscienceandTechnology,AgriculturalUniversityofHebei,Baoding,071001,China)Abstract:Inthisstudy,theCDSoftheAgoutigenesequencesofCaprahircus,Ovisaries,Bostaurus,Ammotraguslervia,Susscrofa,Equuscaballus,Canislupus,Papioanubis,Pantroglodytes,Homosapiens,Oryctolaguscuniculus,Feliscatus,PeromyscusandMacacaradiatawereanalyzedusingthemethodofbioinformatics.Andthegeneticdiversitywasanalyzed.Theresultsshowedthatatotalof93polymorphicsitesweredetectedfrom77sequencesof14species,fromwhich30hapolotypesweresorted,andtherewasrichgeneticdiversityoftheCDSoftheAgoutigenewithinandamongspecies.Keywords:species;Agoutigene;geneticdiversity现代分子遗传学研究表明，Agouti基因通常编码对抗黑素细胞刺激素受体(melanoeytestimulatinghormonereceptor，MSHR)的信号蛋白(agoutisignalingprotein，ASP)。Agouti信号蛋白由Agouti基因编码，人、鼠、狐狸、猪、绵羊等的Agouti基因相继被发现[1,2]，当Agouti基因表达时会引起棕黑素的产生，而Agouti不表达时则会引起真黑素的产生，从而调节真黑素和棕黑素之间的转换[3]，不同物种的Agouti基因及其信号蛋白有较高的同源性。随着对Agouti位点进一步研究，表明Agouti基因位点控制着毛囊内真黑素和棕黑素的相对数量，结构复杂，是一个含多等位基因的位点。林大光(1984)所述家兔的Agouti位点主要有2个等位基因A和a，A为刺鼠毛基因，其作用是使毛纤维上出现分段着色，整根毛纤维呈深色—浅色—深色的状态，a为非刺鼠毛基因，其作用是使毛纤维颜色一致，A对a完全显性[4]。近年来人们对Agouti基因位点的研究主要集中于鼠和人，Kwon（1994）等[1]发现人的Agouti基因位于染色体20q11·2区，编码的ASP由132个氨基酸构成，人与鼠的Agouti基因同源性高达85%，Agouti信号蛋白同源性高达89%(即89%的氨基酸序列完全一致)。目前已证实Agouti位点不是一个单一基因，具有许多等位基因[5]，其中两个等位基因对某一颜色起着重要的作用，因此研究Agouti基因的编码区对研究动物的毛色变异具有重要作用。本研究选用GenBank中已提交物种的Agouti基因的编码区序列，利用比较基因组学和生物信息学方法研究了该基因编码区的变异，以期探明该基因在不同种间及种内遗传分化，进而为动物毛色变异研究以及动物育种工作提供基础资料。1.材料和方法1.1序列来源从NCBI网站的GenBank中下载山羊、绵羊、牛、髯羊、野猪、马、犬、狒狒、黑猩猩、人、兔、家猫、鼠和猕猴等14个物种的77条Agouti基因序列（表1）。表1不同物种的Agouti基因序列来源Table1ThesourceofsequencesforAgoutigeneindifferentspecies物种(Species)序列数(Samplesize)序列号(Accessnumber)髯羊(Ammotraguslervia)1EU420031山羊（Caprahircus）3EF587236,EU037983,GU076166绵羊（Ovisaries）9EU057181,EU420022,EU420024,EU420025,EU420026,EU420027,EU420029,EU420030,NM_001134303牛（Bostaurus）5AH013175,NM_206843,X99691,X99692,XM_001790188野猪（Susscrofa）11AJ427478,AJ634673,AY308996,AY308997,AY308998,AY916525,GQ373180,NM_001001648,NM_001011646,NM_001011647,NM_001011648马（Equuscaballus）1NM_001164017犬（Canislupus）1NM_001007263狒狒（Papioanubis）1NM_001164331黑猩猩（Pantroglodytes）4AB236870,AB236869,NM_001135627,AB236871人(Homosapiens)4BC104238,BC104239,L37019,NM_001672兔（Oryctolaguscuniculus）1NM_001122939家猫（Feliscatus）2AY237394,NM_001009190鼠（Peromyscus）10EU020066,EU020067,EU020068,GQ340867,GQ340875,GQ340877,GQ340896,L06451,NM_015770,NM_052979猕猴（Macacaradiata）23AB236875,AB236877,AB236881,AB236876,AB299213,AB299214,AB236873,AB236874,AB299207,AB299208,AB299209,AB299210,AB299211,AB299212,AB299215,AB299217,AB299218,AB299219,AB299220,AB236872,AB236878,AB236879,AB2368801.2分析方法先利用BioEdit软件对77个不同序列的Agouti基因编码区进行比对分析，选取完整编码区序列(长度为435bp)进行比较后，利用DanSP4.20软件对其进行遗传多样性分析，生成单倍型，并计算遗传距离。再利用MEGA4.0软件的UPGMA方法进行聚类分析，构建聚类图。2.结果与分析2.1不同物种Agouti基因核苷酸多样性2.1.1多态位点在所分析的共有片段为435bp的77条序列中，发现93个多态位点，百分率为21.38%，其中单一多态位点16个，百分率为3.69%；简约多态位点77个，百分率为17.70%。不同物种内的多态位点数也各不相同，髯羊、山羊、绵羊、牛、野猪、马、犬、狒狒、黑猩猩、人、兔、猫、鼠和猕猴的多态位点数分别为2、9、6、8、38、48、53、54、59、63、41、94、99（表2），百分率分别为0.46%、2.07%、1.38%、1.84%、8.74%、11.03%、12.18%、12.41%、13.56%、14.48%、9.42%、21.61%、22.76%，其中鼠和猕猴的Agouti基因核苷酸变异较大，说明鼠和猕猴的Agouti基因多态性都比较丰富。表2不同物种Agouti基因序列多态信息Table2PolymorphicinformationofAgoutigeneindifferentspecies物种（Species）多态位点数（S）突变总数（Eta）单一多态位点（SP）简约多态位点（PIP）髯羊(Ammotraguslervia)2220山羊（Caprahircus）9990绵羊（Ovisaries）6651牛（Bostaurus）8880野猪（Susscrofa）3838380马（Equuscaballus）4848480犬（Canislupus）4848480狒狒（Papioanubis）5353530黑猩猩（Pantroglodytes）5455540人(Homosapiens)5959590兔（Oryctolaguscuniculus）6363630家猫（Feliscatus）4141410鼠（Peromyscus）941043955猕猴（Macacaradiata）991126039S,多态位点数;Eta,突变总数;SP,单一多态位点;PIP,简约多态位点S,numberofpolymorphicsites;Eta,totalnumberofmutations;SP,Singletonvariablesites;PIP,parsimonyinformativesites2.1.2单倍型及其多样性根据序列比对，在77条Agouti基因序列中发现30种单倍型。各物种的单倍型多样性大小不一(表3)，该基因单倍型多样性表明种群间Agouti基因遗传变异丰富。平均核苷酸差异数（k）为22.5368，核苷酸多样性为0.1391。其中鼠的平均核苷酸差异数和核苷酸多样性最高，其次是山羊和猕猴，其他单倍型数都为1，表明鼠的Agouti基因存在较丰富的遗传多样性。表3不同物种Agouti基因的单倍型多样性Table3HaplotypediversityofAgoutigeneindifferentspecies物种Species序列N单倍型数Np单倍型多样性Hd平均核苷酸差异数目K核苷酸多样性π山羊（Caprahircus）320.66676.00000.0370绵羊（Ovisaries）920.22220.88890.0055牛（Bostaurus）510.00000.00000.0000野猪（Susscrofa）1120.18180.18180.0011黑猩猩（Pantroglodytes）410.00000.00000.0000人(Homosapiens)410.00000.00000.0000家猫（Feliscatus）210.00000.00000.0000鼠（Peromyscus）1070.933315.28890.0944猕猴（Macacaradiata）23130.93685.92890.0366N,序列数;Np,单倍型数;Hd单倍型多样性;K,平均核苷酸差异数目;π,核苷酸多样性N,Numberofsequences;Np,No.ofhaplotype;Hd,Haplotypediversity;K,averagenumberofnucleotidedifferences;π,Nucleotidediversity2.1.3物种间核苷酸歧异度、净遗传距离和遗传分化各种群间核苷酸歧异度(Dxy)在0.0124～0.2447之间，净遗传距离在0.0069～0.1929之间，遗传分化在0.0337～1.0000之间(表4)，不同物种间核苷酸歧异度、净遗传距离和遗传分化的变化范围都很大，其中人和黑猩猩以及绵羊和山羊间的核苷酸歧异度、净遗传距离均最小，说明人与黑猩猩的亲缘关系、绵羊和山羊的亲缘关系较近，其中鼠与其它物种间的核苷酸歧