貴州半細毛羊線粒體D-loop區母系遺傳結構分析

張 繼,吳 雪,劉若余

（1.貴州省草地技術試驗推廣站，貴州 貴陽 550025；2.貴陽市烏當區農業農村局，貴州 貴陽 550018；3.貴州大學 動物科學學院/高原山地動物遺傳育種與繁殖教育部重點實驗室，貴州 貴陽 550025）

豐富的遺傳多樣性是畜牧業生產的基礎。在動物遺傳科學界對很多家養動物的進化歷程有雙起源和三起源等多種觀點[1]。貴州半細毛羊于20世紀80年代從中國陜西、甘肅、山東等地引進考力代綿羊[2]，再由貴州粗毛羊與新疆細毛公羊的雜交二代與考力代羊進行級進雜交，并從子代（考細雜，羅考細雜，羅細雜）當中選取的理想型個體進行橫交固定，培育成貴州獨有的半細毛羊品種[3]。貴州半細毛羊體質壯實，肉質鮮美細膩，膻味不明顯，體軀為豐滿的圓桶狀，全身毛色為白色，是同時符合毛用市場要求和肉用市場需求的毛肉兼用性品種。

線粒體（mitochondria）是生物能量代謝的重要細胞器[4]。線粒體DNA（Mitochondrial DNA，mtDNA）是共價閉合的環狀雙鏈DNA 分子，相對于核DNA 來說其分子量較小（15.7～19.5 kb）；在單個動物體內具有高度的均一性，在生物體組織中無特異性[5]；線粒體DNA 的進化速度一般是細胞核遺傳物質變異速度的5～10 倍，因此線粒體DNA在不同的物種、種內不同群體間變異程度大，與核DNA 相比，線粒體DNA 具有更為豐富的多態性，對于種內和近緣種間的遺傳解析保持著很高靈敏度[6]。此外，線粒體DNA 的遺傳方式是母系遺傳，獨特的遺傳方式避免了父系個體對遺傳的影響，單個個體就能作為整個母系集團的代表，因此對于試驗材料的需求相對較少[7]。通過對已受到馴化的畜禽體內線粒體DNA 的類型研究，能夠重新展示其野生先祖的DNA 類型，這得益于線粒體DNA 在世代傳遞過程中保持著相當的穩定性，同時也因為其嚴格的母系遺傳而使畜禽品種的母系集團特征得以反映，因此線粒體DNA 成為歸類和探索動物物種進化歷程的重要工具[8]，也為各個地方品種的遺傳多樣性研究以及保種育種工作提供了有力支持。

通常線粒體的控制區也被稱為D-loop區，其大約占據線粒體DNA 總量的6%[9]，廣泛存在于線粒體DNA 的識入Apbe 和tRNApo 之間，腺嘌呤的含量相對比較豐富。在中國有關綿羊線粒體DNA 遺傳多樣性的探究方法較少，RFLP 方法[10]是最先采用的方法之一。目前對于線粒體DNA-RFLP 技術大多被運用于牛、豬和雞等畜禽動物的起源進化和品種間親緣關系的研究中。盡管已有綿羊起源和品種分化方面的研究，但鮮見對貴州綿羊與山羊遺傳學研究的相關報道。因此，選取20只家養貴州半細毛羊個體，對其進行線粒體DNA 的D-loop 區的序列測定，分析貴州半細毛羊的遺傳多樣性，為貴州綿羊的遺傳多樣性研究以及育種保種和開發利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗羊，選自貴州省畢節市威寧縣威寧種羊場，其品種名稱及產地信息等見表1。

表1 試驗綿羊品種信息

試驗樣本：選用20 只飼養管理條件相同且成年健康的貴州半細毛羊，將采集的血樣放在冰盒中短暫保存，回到實驗室轉入-40℃低溫冰箱保存。

試劑：ezup 柱式血液基因組DNA 提取試劑盒[生工生物工程（上海）股份有限公司]；瓊脂糖（BIOWEST）、DNA Marker（DL 2000）（康為世紀）、10×DNA loading buffer（康為世紀）、Goldenview Ⅰ型核酸染料（康為世紀）。

儀器設備：試驗主要儀器設備信息見表2。分析軟件：MEGA 5.0、CLUSTALX、DNAStar、BIOEDIT。

表2 試驗主要儀器設備信息

1.2 貴州半細毛羊線粒體DNA 的提取及檢測

利用試劑盒提取貴州半細毛羊血樣DNA，進行PCR 擴增后，用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測。用紫外分光光度計進行DNA 濃度和純度檢測，取每個DNA樣品5 μL進行混合，構建DNA池。

1.3 線粒體DNA D-loop 區的引物設計及目的片段擴增與測序

引物設計：從NCBI 數據庫中查詢綿羊mtDNA的序列（GenBank登錄號：AF010406），使用生物軟件Primer 5.0設計1對D-loop區引物并送到北京諾賽生物公司進行合成。上游引物：AGAACAACCAACCTCCCTA；下游引物：TGCTTGATACCTGCTCCTT，擴增片段1 456 bp。

反應體系：PCR 反應體系（30 μL）：2×Taq PCR Master Mix 15 μL，濃 度 為10 pmol/μL 的上、下游引物各1.5 μL，DNA池模板3 μL，最后加ddH2O補足30 μL。

PCR 擴增條件：95℃預變性5 min；95℃變性30 s，61.5℃退火30 s，72℃延伸1 min，35個循環，72℃終延伸5 min，4℃保存。

將擴增出的PCR 產物用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測，待結果與目的片段相一致之后送北京諾賽生物公司進行測序。

1.4 數據處理

利用DNAstar 軟件對試驗結果進行比對，利用SeqMan 軟件將20 條貴州半細毛羊線粒體DNA D-loop 區序列與NCBI 上查找到的綿羊線粒體DNA D-loop 區序列進行比對，用MEGA 5.0 軟件將比對結果進行分析并構建貴州半細毛羊遺傳發育樹。

1.5 貴州半細毛羊與威寧綿羊的比對

將試驗測序出的20條貴州半細毛羊線粒體DNA D-loop 區序列與試驗組前期試驗所得16 條貴州威寧綿羊線粒體DNA D-loop區序列和5 條NCBI 下載序列進行比對。在Kimura 2-parameter 模型下用MEGA 5.0軟件選用鄰接法（Neighbor-jioning mehod，NJ）用MEGA 5.0 進行遺傳發育樹構建。分析貴州半細毛羊與威寧綿羊的母系遺傳結構差異。

2 結果與分析

2.1 PCR擴增及測序結果

將擴增出的PCR 產物用1%瓊脂糖凝膠電泳進行檢測。從圖1可知，電泳條帶清晰明亮、無雜帶、無彌散和拖尾，說明PCR 擴增條件合適，引物特異性好。擴增所得片段大小與預期目的片段大小一致，說明擴增得到的是試驗所需mtDNA 片段。將擴增得到的mtDNA 片段進行雙向測序，從圖2 可知，測序峰圖均呈單一峰，無雜峰，表明測序結果良好。

圖1 貴州半細毛羊mtDNA D-loop區的特異性擴增產物

圖2 貴州半細毛羊mtDNA D-loop區的測序峰

2.2 貴州半細毛羊線粒體DNA D-loop 區的核苷酸變異及堿基組成

經試驗檢測，20 只貴州半細毛羊個體mtDNA D-loop 區的長度為1 106.0～1 182.0 bp，其中長度為1 181 bp個體數量為16，長度為1 180.0 bp 個體數量為1，長度為1 178.0 bp 個體數量為1，長度為1 176.0 bp個體數量為1（表3），長度為1 106.0 bp 個體數量為1，由此推測貴州半細毛羊線粒體DNA D-loop 區的長度為1 181.0 bp。其中個體GZ1 在長度146 bp 處缺失4 個堿基TCCA（圖3）。個體GZ10 在長度205 bp 處缺失74 個堿基（圖4）。20 只貴州半細毛羊個體的A、G、C、T 平均含量分別為33.1%、14.4%、22.9%、29.7%，其中 A+T 為62.8%，G+C 為37.3%，A+T 含量明顯高于G+C 含量。20 條序列中共發現多態位點84個，其中轉換83個，顛換1個。所發現的84個多態位點共確定17個單倍型。

圖3 貴州半細毛羊GZ1的mtDNA D-loop區堿基缺失

圖4 貴州半細毛羊GZ10的mtDNA D-loop區堿基缺失

表3 貴州半細毛羊線粒體DNA D-loop區的核苷酸組成與長度

續表3

2.3 貴州半細毛羊群體的起源與進化分析

在Kimura 2-parameter模型下選用鄰接法（NJ）和未加權配對算術平均法（UPGMA）通過MEGA 5.0軟件構建了20只貴州半細毛羊個體和5 條NCBI 下載序列的遺傳發育樹，5 條NCBI 下載序列分別是1 條亞洲A 型序列（AL：AF039578）、1條歐洲B型序列（BL：AF039577）、1條羱羊序列（AJ238300）、1條摩弗倫羊序列（AY091487）、1條赤羊序列（AY091490）。從圖5可知，不同方法構建的系統發育樹均將貴州半細毛羊分為2個支系，且不同方法構建的系統發育樹結果相似，25條序列構建的遺傳發育樹明顯分為3個分支，第1支系為16只貴州半細毛羊個體和亞洲A型；第2支系包括4只貴州半細毛羊綿羊個體、歐洲B型與摩弗倫羊序列；第3支系中未見貴州半細毛羊的個體。

圖5 貴州半細毛羊UPGMA（左）和NJ（右）遺傳發育樹

2.4 貴州半細毛羊與威寧綿羊的母系遺傳結構差異

從圖6可看出，遺傳發育樹同樣明顯分為3 個分支，第1 支系16 只貴州半細毛羊個體、12 只威寧綿羊和亞洲A 型；第2 支系包括4 只貴州半細毛羊綿羊個體、4只威寧綿羊、歐洲B型與摩弗倫羊序列；第3支系中同樣未見貴州半細毛羊的個體。說明貴州半細毛羊與威寧綿羊的遺傳結構相近，均有亞洲型和歐洲型2個母系起源。

圖6 貴州半細毛羊與威寧綿羊的NJ遺傳發育樹

3 討論

作為生物多樣性的重要參考指標，家畜的遺傳多樣性有著極其重要的地位[11]。家養綿羊是許多農業國家的主要家畜品種，中國有著悠久的的綿羊飼養歷史以及相當豐富的種質資源。以摩佛倫羊（Ovis musimonorO.orientalis）、盤羊（O.vignei）和羱羊（O.ammon）等為代表的許多野生羊品種都曾經被認定為家養綿羊的祖先，對于部分綿羊品種的育成有著一定的貢獻[1]。試驗對20只貴州半細毛羊個體線粒體DNA D-loop 區的探究表明，D-loop序列長度為1 181.0 bp，與NCBI 上綿羊線粒體DNA D-loop 區序列長度一致。從貴州半細毛羊線粒體DNA D-loop 區序列的堿基組成來看，A+T為62.8%，G+C為37.3%，A+T含量明顯高于G+C 含量，同樣與mtDNA D-loop 區的結構特點一致。在20 條序列當中，發現多態位點84個，其中轉換83個，顛換1個。所發現的84 個多態位點共確定了17 個單倍型。說明貴州半細毛羊mtDNA D-loop區序列具有轉換偏倚性。通過構建遺傳發育樹發現，貴州半細毛羊20只個體遺傳發育樹主要分為兩支，個體GZ1、GZ4、GZ6和GZ24遺傳結構與歐洲B 型相近，其余16 只個體遺傳結構與亞洲A 型相近，由此推測貴州半細毛羊至少有2個母系起源，根據相關文獻發現貴州半細毛羊的育種方式為三元雜交類型[12]，首先由新疆細毛羊作為父本與貴州當地威寧綿羊作為母本進行雜交出子代，再由子代與新西蘭系考力代羊進行雜交，從而培育出貴州半細毛羊品種。

因貴州半細毛羊的培育是由貴州當地威寧綿羊、新疆細毛羊和新西蘭系考力代羊為父母本進行的，因此與16 只威寧綿羊個體線粒體DNA D-loop 區序列進行對比，研究其遺傳結構。通過對比分析發現，貴州半細毛羊與威寧綿羊的遺傳結構相近，但又不完全相同。通過構建遺傳發育樹發現貴州半細毛羊與威寧綿羊都被分為兩支系（歐洲B型與亞洲A 型），這與貴州威寧綿羊的遺傳結構相符合，說明威寧綿羊在貴州半細毛羊的培育過程中作為母本之一產生了影響作用。但通過對多態位點的對比，發現貴州半細毛羊的D-loop 序列多態性更強，威寧綿羊16 條序列發現多態位點數為52 個，其中轉換52 個，無顛換。而貴州半細毛羊20條序列所測多態位點為84個，其中轉換83個，顛換1個。相比于威寧綿羊有所增加，說明貴州半細毛羊在培育過程中在其他品種羊的影響下，遺傳結構有所改變。這或許是因為貴州半細毛羊的育種過程中，威寧綿羊作為母本只參與了與新疆細毛羊的雜交組合出子代，而貴州半細毛羊的培育過程還有新西蘭系考力代羊，是三元雜交所培育出的品種，也就造成貴州半細毛羊的堿基序列與只占有父母本三分之一的威寧綿羊堿基序列有所不同，D-loop 區的多態性也有所增加。

在堿基組成方面，威寧綿羊D-loop 區的長度為1 181.0 bp，其堿基組成A+T 為62.7%，G+C 為37.4%，A+T 含量明顯高于G+C 含量，與試驗所測貴州半細毛羊D-loop序列結果相符。

試驗構建的遺傳發育樹表明，貴州半細毛羊至少有2個母系起源，即亞洲A 型和歐洲B型，其中亞洲A型在貴州半細毛羊群體中占優勢，因貴州半細毛羊的育種過程有貴州威寧綿羊品種的參與，故其母系起源和貴州威寧綿羊相近。

4 結論

20 只貴州半細毛羊個體線粒體DNA D-loop 區的長度為 1 106.0～1 181.0 bp，由于1 181.0 bp 長度占絕大多數，故貴州半細毛羊線粒體DNA D-loop 區的長度為1 181.0 bp。除少數插入/缺失外，少數個體長度變異為串聯重復序列的重復次數不同造成。在20只貴州半細毛羊個體線粒體DNA D-loop 序列中共發現多態位點84 個，其中轉換83 個，顛換1 個，這些多態位點共確定17個單倍型。不同方法構建的系統發育樹均將貴州半細毛羊分為2個支系，根據NCBI 上查找的序列特征確定為支系A（亞洲A 型）和支系B（歐洲B 型），支系A 包括16 只貴州半細毛羊個體，支系B 包括4 只貴州半細毛羊個體。說明貴州半細毛羊mtDNA D-loop 區遺傳多樣性比較豐富，貴州半細毛羊至少存在2個獨立的母系起源。