牦牛和水牛全基因组微卫星分布规律及其比较分析

微卫星(simple sequence repeats,SSRs)广泛分布于原核生物和真核生物基因组中,包括编码区和非编码区,是最常用的分子标记。本文利用生物信息学方法搜索和统计了牦牛和水牛全基因组中完整型SSRs序列,并对其生物信息学特征进行比较分析。牦牛和水牛全基因组中SSRs总数量分别为968 134个和1 052 443个,占其全基因组长度的比例分别为5.80‰和5.69‰。牦牛和水牛全基因组SSRs总丰度(366.01 vs 371.07个/Mb)和总密度(5 686.00 vs 5 799.34 bp/Mb)基本接近。牦牛和水牛全基因组SSRs丰富度分布模式如下:单核苷酸SSRs二核苷酸SSRs三核苷酸SSRs五核苷酸SSRs四核苷酸SSRs六核苷酸SSRs,这6种重复类型SSRs特征相互比较有显著差异,而相同重复类型SSRs特征基本一致。水牛第1条染色体上SSRs数量最多(72 934个),其次依次是第2、3、4条染色体,而较少的是第23、24条染色体,其所有染色体上SSRs丰度不存在显著差异(p0.05)。牦牛和水牛SSRs序列随着重复单元中核苷酸数量的增加,而其重复拷贝数逐渐下降。牦牛全基因组和水牛各染色体上各重复类型优势SSRs序列基本一致,并与普通牛、绵羊全基因组中不同重复类型SSRs优势序列相一致。     

牛科动物转录组微卫星变异分析

微卫星(simples equencere peats, SSRs)广泛分布于生物基因组中,是最常用的分子标记之一。本研究利用生物信息学方法搜索和统计了7种牛科动物转录组中完整型SSRs序列,揭示不同重复类型SSRs变异水平,并对其生物信息学特征进行比较分析。在牛科动物转录组中,牛、绵羊和山羊SSRs总丰度较高,三者基本一致(157.98, 157.09 vs 158.52个/Mb);其次是瘤牛和水牛(140.70 vs 129.63个/Mb);牦牛微卫星总丰度较低(96.99个/Mb),藏羚羊微卫星总丰度最低(63.71个/Mb)。牛科动物转录组中SSRs所占比例普遍偏低,范围为0.156%～0.753%,三碱基SSRs占主导地位,并且以(CCG)n和(AGG)n为优势重复基元,这可能与转录组编码区三联体密码子高度保守有关。在这7种牛科动物转录组中,相同单碱基至六碱基SSRs重复拷贝数(repeat copy number, RCN)分布高度一致。通过牛科动物转录组SSRs变异系数(coefficient of variability, CV)分析表明,单碱基SSRs和二碱基SSRs重复拷贝数变异水平较高,其次RCN变异模式如下:三碱基SSRs四碱基SSRs六碱基SSRs五碱基SSRs,六碱基SSRs重复拷贝数变异水平有稍微增加的趋势。本研究为牛科动物SSR标记的开发、遗传多样性评估和遗传育种提供科学依据。     

藏绵羊GHR基因5′侧翼区序列特征分析

对欧拉型藏绵羊生长激素受体(GHR)基因5′侧翼区(包括P1启动子和外显子1A)进行了T-A克隆和序列测定(GenBank accession No. EF116490), 在分析其序列结构特征的基础上与GenBank中摩弗伦羊、山羊、普通牛、欧洲野牛进行了比较基因组学和系统进化研究, 结果表明: (1)欧拉型藏绵羊GHR基因启动子P1区存在C/EBP、C/EBPb、SP1、Cap、USF、HFH-2、HNF-3b、Oct-1等多个潜在的转录因子结合位点, 可能与GHR基因的转录调控和起始以及特异表达有关。在该非编码序列中, 重复序列所占比率为2.55%, 不存在SINEs、LINEs、LTR类反转录元件和DNA转座子元件, 而发现存在一(TG)11微卫星位点; (2)在启动子P1区, 藏绵羊与摩弗伦羊、山羊、普通牛、欧洲野牛各物种间同源性大小分别为99.7%、94.2%、85.9%、86.5%; 而在外显子1A区段, 藏绵羊与摩弗伦羊、山羊、普通牛、欧洲野牛各物种间同源性大小分别为 99.0%、97.0%、92.7%、94.6%。物种间欧拉型藏绵羊与摩弗伦羊同源性最高, 而欧拉型藏绵羊与普通牛最低。(3)邻接法(即NJ法)构建的分子系统进化树聚类结果表明, 欧拉型藏绵羊与摩弗伦羊先聚为一类, 再与山羊聚类形成一个大分支, 而普通牛和欧洲野牛先聚类形成另一大分支, 两大分支最后再聚为一起, 其聚类结果与线粒体DNA和动物学分类的研究结果一致。     

核盘菌和灰葡萄孢基因组中的简单重复序列分析

利用公共的真菌基因组数据库资源, 对核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）和灰葡萄孢（Botrytis cinerea）基因组中SSRs的结构类型、分布、丰度及最长序列等进行了系统分析, 并与已经研究过的禾谷镰孢菌（Fusarium graminearum）, 稻瘟病菌（Magnaporthe grisea）和黑粉菌（Ustilago maydis）等几种植物病原真菌基因组中的SSRs进行了比较。结果表明: 核盘菌和灰葡萄孢基因组中的SSRs非常丰富, 分别为6 539和8 627个, 并且在结构类型和分布规律上具有一定的相似性; 与其他几种病原真菌相比, 核盘菌和灰葡萄孢基因组中长重复的四、五、六核苷酸基序更为丰富, 从而使得这两种真菌具有更高的变异性。同时, 我们发现真菌基因组中SSRs的丰度与基因组的大小及GC含量没有必然的关系。文章对核盘菌和灰葡萄孢基因组中SSRs的丰度、出现频率及最长基序的分析为快速、便捷地设计多态性丰富的SSRs引物提供了有益的信息。     

我国的家羊品种资源

今年是羊年 ,趁此机会 ,对我国的家羊品种资源进行简要介绍。　　羊包括家羊和野羊。家羊有两种 ,即绵羊和山羊 ,它们是不同的畜种。在动物分类学上属牛科的绵羊山羊亚科 (Caprovinae)的绵羊 (Ovis)和山羊 (Capra)两个属。两者染色体数目不同 ,外貌特征也有很大区别。如绵羊颌下无髯 ,山羊有髯 ;绵羊尾下垂 ,山羊尾上翘。我国是世界上养羊数量和羊产品产量最多的国家 ,据世界粮农组织统计资料 (中国畜牧杂志 ,2 0 0 2 ,No.6) ,2 0 0 0年我国绵羊存栏约 1.3亿只 ,山羊 1.5亿只 ,羊肉产量 2 74万 t,约占世界 2 4 % ;绵羊净毛产量 14.8万 t,…     

埃博拉病毒基因组中微卫星序列的分布分析

微卫星或简单重复序列(simple sequence repeat, SSR)在真核和原核生物以及病毒基因组中普遍存在,并被广泛用于遗传与进化研究。本研究从NCBI中下载埃博拉病毒属的四个不同种的埃博拉病毒全基因组序列,筛选36条作为实验材料,利用IMEx在线提取软件提取SSRs,用Python编程统计数据,从而分析SSRs在埃博拉病毒全基因组序列中的分布情况。分析得出,埃博拉病毒基因组序列中二型SSRs含量最为丰富,其次是一型SSRs,三型SSRs有少量,四型SSRs则更少,没有发现五型和六型SSRs。在更深入的分析中得出在埃博拉病毒属四个种中,含A/T碱基的SSRs含量远远大于含C/G碱基的SSRs。分析得出一型SSRs中(A)n/(T)n远多于(G)n/(C)n,二型SSRs中不存在(GC/CG)n,三型中也不存在(GGC/CGG/GCG/CCG/CGC/GCC) n。上述发现可能跟埃博拉病毒的致病机理有密切联系。通过对埃博拉病毒基因组序列中SSRs的分析,为研究埃博拉病毒的变异情况及致病机制提供更多参考。     

基于同义密码子使用的原核生物基因组大、小染色体及质粒进化特征分析北大核心CSCD

基于同义密码子偏好分析,对54个原核基因组大、小染色体及质粒中蛋白质编码基因的序列特征进行了对比分析。结果表明,大、小染色体中蛋白质编码基因的GC含量分布相近,质粒中蛋白质编码基因的GC含量分布与所在物种全基因组的GC含量差别较大。进一步的分析表明,大、小染色体共同偏好的密码子最多,且具有相近的起始密码子和终止密码子使用特征。基于对应分析的同义密码子使用模式分析表明,大、小染色体具有相近的序列特征,且大、小染色体及质粒之间具有不尽相同的影响因素。这些结果可为今后原核生物基因组进化研究提供可靠的方法和理论依据。     

基于同义密码子使用的原核生物基因组大、小染色体及质粒进化特征分析

基于同义密码子偏好分析,对54个原核基因组大、小染色体及质粒中蛋白质编码基因的序列特征进行了对比分析。结果表明,大、小染色体中蛋白质编码基因的GC含量分布相近,质粒中蛋白质编码基因的GC含量分布与所在物种全基因组的GC含量差别较大。进一步的分析表明,大、小染色体共同偏好的密码子最多,且具有相近的起始密码子和终止密码子使用特征。基于对应分析的同义密码子使用模式分析表明,大、小染色体具有相近的序列特征,且大、小染色体及质粒之间具有不尽相同的影响因素。这些结果可为今后原核生物基因组进化研究提供可靠的方法和理论依据。     

山羊、绵羊MT-Ⅳ分子特性研究

金属硫蛋白(MTs)是一类低分子量、金属和半胱氨酸含量高的细胞质蛋白,哺乳动物的MTS包括MT-Ⅰ、MT-Ⅱ、MT-Ⅲ和MT-Ⅳ4种亚型,其中MT-Ⅳ只在磷状复层扁平上皮细胞中表达,相关研究报道较少.本研究根据GenBank已公布的动物MT-Ⅳ基因序列,设计出扩增山羊和绵羊MT-Ⅳ基因的特异性PCR引物MT-ⅣSP1和MT-ⅣSP2,利用RT-PCR的方法,分别从山羊和绵羊的瘤胃组织mRNA中,克隆出山羊和绵羊的MT-Ⅳ基因编码区序列(均为189bp),序列登录GenBank,获得序列号EF470251和EF624067.通过序列分析,表明山羊和绵羊两个物种MT-Ⅳ基因编码区全编码均为189 bp、编码62个氨基酸,其中绵羊的MT-Ⅳ含有20个半胱氨酸,而山羊第61位保守的半胱氨酸被色氨酸所代替.两个物种的MT-Ⅳ均不含芳香族氨基酸,含有MTs特有的C-X-C、C-X-X、C-C-C-X-C-C结构,无明显的跨膜结构域,无信号肽,是一种细胞质蛋白.二级结构分析表明两个物种的MT-Ⅳ二级结构大多数为无规则卷曲结构,分别在第7～9和第49～51氨基酸残基性存在折叠结构,不存在螺旋结构.三级结构预测结果表明两个物种MT-Ⅳ的三级结构由α和β两个结构域组成,其中β结构域相同,α结构域山羊少一个半胱氨酸残基,其结构与绵间存在明显差异,这一差异可能对山羊MT-Ⅳ的生理功能产生一定影响,有必要深入研究.     

山羊、绵羊MT-Ⅳ分子特性研究

金属硫蛋白(MTs)是一类低分子量、金属和半胱氨酸含量高的细胞质蛋白, 哺乳动物的MTs包括MT-I、MT-II、MT-Ⅲ和MT-IV 4种亚型, 其中MT-IV只在磷状复层扁平上皮细胞中表达, 相关研究报道较少。本研究根据GenBank已公布的动物MT-IV基因序列, 设计出扩增山羊和绵羊MT-IV基因的特异性PCR引物MT-IVSP1和MT-IVSP2, 利用RT-PCR的方法, 分别从山羊和绵羊的瘤胃组织mRNA中, 克隆出山羊和绵羊的MT-IV基因编码区序列(均为189 bp), 序列登录GenBank, 获得序列号EF470251和EF624067。通过序列分析, 表明山羊和绵羊两个物种MT-IV基因编码区全编码均为189 bp、编码62个氨基酸, 其中绵羊的MT-IV含有20个半胱氨酸, 而山羊第61位保守的半胱氨酸被色氨酸所代替。两个物种的MT-IV均不含芳香族氨基酸, 含有MTs特有的C-X-C、C-X-X-C、C-C-X-C-C结构, 无明显的跨膜结构域, 无信号肽, 是一种细胞质蛋白。二级结构分析表明两个物种的MT-IV二级结构大多数为无规则卷曲结构, 分别在第7~9和第49~51氨基酸残基性存在折叠结构, 不存在螺旋结构。三级结构预测结果表明两个物种MT-IV的三级结构由a和b两个结构域组成, 其中β结构域相同, a结构域山羊少一个半胱氨酸残基, 其结构与绵间存在明显差异, 这一差异可能对山羊MT-IV的生理功能产生一定影响, 有必要深入研究。     

6种鳞翅目昆虫全基因组SSR分布规律

为探明鳞翅目昆虫全基因组SSR分布规律,本研究利用MSDB v2.4软件和生物信息学方法搜索和提取了家蚕(Bombyx mori)、小菜蛾(Plutella xylostella)、菜粉蝶(Pie ris rap ae)、烟草天蛾(Manduca sexta)、棉铃虫(Helicoverpa armigera)和帝王蝶(Danaus plexippus)共6种鳞翅目昆虫全基因组完整型SSRs序列,对其分布规律进行比较分析.结果 表明,基因组最大的昆虫是烟草天蛾,达到419.42 MB,但SSR总数最多的是家蚕,其SSR标记相对丰富,有141311个,占基因组的0.61％,SSRs总数与基因组大小不成正比.纯微卫星(pure microsatellites,P-SSRs)在调查的6种昆虫的SSR类型中最丰富,均占总SSR的97％以上;家蚕和棉铃虫中单碱基-SSRs最为丰富,分别占全部碱基类型的51％和33％,帝王蝶中二碱基-SSRs最为丰富,占43％,小菜蛾、菜粉蝶、烟草天蛾中四碱基-SSR最为丰富,分别占31.56％、31.74％和28.72％,五、六碱基在所有昆虫SSR中含量都非常低;6种昆虫SSR重复类型碱基A-T总含量均比G-C含量高,A-T含量最高的物种为菜粉蝶,最低的是小菜蛾.各物种的优势碱基基序不同,6种昆虫一至四碱基重复类型的优势碱基序列较一致,五、六碱基的优势序列差异较大,说明碱基重复次数越高,稳定性及多态性越低.每种昆虫显示了物种特有的碱基类型丰度及优势碱基序列,这与物种的遗传特性、SSR的检索和分析条件及序列大小等因素有关.研究结果为鳞翅目昆虫的SSRs分子标记筛选和遗传分析提供参考数据.     

SSR在黑木耳和毛木耳转录组中的分布和序列特征

以黑木耳和毛木耳转录组测序获得的转录本序列为基础,采用软件SSR Locator对两个物种中SSR的数量、分布和结构特征等方面进行分析,发现毛木耳中SSR的丰度和密度较黑木耳小。在两者的SSR中,三碱基和六碱基重复的出现最多。对含量最多的三碱基重复序列的基序进行分析表明富含GC的SSR在这两个种的转录组中占优势地位。     

三种模式微生物基因组中GC含量的比较

GC含量是核酸序列组成的重要特征,其含量可作为反映进化的一种指标。为了探索GC含量作用于基因组的进化压力,本研究研究了大肠杆菌(Escherichia coli)和枯草杆菌(Bacillus subtilis)、真核生物酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)三种模式微生物基因组编码序列的GC含量,分析了其基因组中蛋白质编码序列的GC含量与编码序列长度的关联,结果发现编码序列的GC含量与序列相对频数有一定的相关性,且编码序列的GC含量随序列相对频数的分布具有一定的规律。根据分布曲线我们推测这种规律应该符合某种分布,并用各种分布函数进行拟合,研究结果发现基因组中编码序列的GC含量随序列频数的分布与高斯分布相符合,且这种分布在真核生物和原核生物间有显著区别。另外,不同长度的编码序列GC含量的分析结果表明,编码序列的GC含量与序列长度有一定的相关性。     

家蚕全基因组微卫星分布规律及其生物信息学分析

本研究利用MSDB v2.4软件以及生物信息学方法获取了家蚕全基因组的完整型SSRs序列,并对其分布规律进行比较分析。家蚕全基因组中SSRs总数量为141 311个,相对丰度为209.01 No/Mb,总长度为2.41 Mb,全基因组SSRs六种碱基重复类型的数量和密度分布模式为:单碱基四碱基三碱基二碱基五碱基六碱基,说明全基因以单碱基为主要碱基类型,六种碱基类型中五碱基SSRs G-C含量最高。对全基因组3'非翻译区(3'UTR)、5'非翻译区(5'UTR)、编码区(CDs)、内含子区(Introns)和基因间隔区(Intergenics)等不同区域SSRs分析表明,Introns区SSRs数量最高,为125 178个,最小的是5'UTR,为278个,其数量大小顺序为IntronsIntergenics3'UTRCDs5'UTR。5个不同区域的SSRs的碱基的总计数差异较大,编码区总计数最大的是三碱基,而其他4个区域最多的是单碱基。分别对5个区域SSRs中六种重复拷贝类别进行统计分析,碱基总计数(或频率)最多的分别是A;AC、AG、AT;AAT、CCG;AAAT、AAAC;AAATC、AAACT和TAAGTT、GAATTT、AATTAA,Introns和Intergenics区的重复类型总计数显著高于3'UTR、CDs和5'UTR。各重复类型拷贝数分布范围为4～100,主要集中在4～30之间。这为进一步系统分析家蚕SSRs分子标记筛选和遗传分析打下基础。     

桉树EST序列中微卫星含量及相关特征

通过对桉树属(Eucalyptus)的10 000条EST序列进行分析, 在其中的1 499条序列上共发现1 775个微卫星重复序列。含有微卫星的EST序列约占序列总数的15%。此外, 还发现桉树EST序列所含微卫星长度的变异速率与重复单元长度呈负相关; 微卫星的丰度与重复单元长度也呈负相关(三碱基重复微卫星除外)。在桉树EST序列中, 重复单元长度为三碱基的微卫星最为丰富。三碱基重复单元微卫星的过度富集可能是由于遗传密码选择所致。在微卫星的丰度及长度变异方面, 桉树EST序列与杨树(Populus trichocarpa)基因组注释的转录序列随重复单元长度的变化呈现出相同的规律, 但桉树EST序列中微卫星频率及三碱基重复微卫星的含量显著偏低, 推测含微卫星的基因表达丰度极有可能低于不含微卫星的基因。通过对发现的所有微卫星位点进行引物设计, 并对设计的引物进行PCR检测, 结果表明所设计的引物具有极高的扩增成功率。     

赖草(Leymus secalinus(Georgi)Tzvel.)中一个染色体标记的克隆与鉴定

通过构建Cot-1 DNA文库以及利用荧光原位杂交技术,从赖草(Leymus secalinus(Georgi)Tzvel.)中克隆获得一个在染色体多个部位具有点状杂交信号的重复序列。进一步对该序列在赖草基因组进行克隆和分析表明该序列为一个具有90 bp的重复单元(p Ls-90),并在基因组中呈串联状排列。利用p Ls-90对赖草进行分子核型分析,结果表明:p Ls-90在染色体的着丝粒、近着丝粒、臂间以及近端粒区均有分布,而且在每对染色体上信号分布模式不尽相同,结合染色体臂比可以清楚地对赖草的14对(28条)染色体进行识别。p Ls-90不仅可作为赖草种质鉴定和利用中染色体识别的理想标记,也可作为研究小麦族不同物种染色体组进化的有力工具。     

甲型流感病毒HA基因的简单重复序列分布分析

以GenBank公开的甲型流感病毒亚型的血凝素(hemagglutinin,HA)核苷酸序列为材料,从简单重复序列(simple se-quence repeat,SSR)分布的分析角度出发,分析了来自于亚洲、非洲、北美洲、南美洲、欧洲、大洋洲的49个地区的76株甲流病毒的HA片段。分析表明:所分析序列的SSRs的分布都很相似,其中单碱基重复的相对丰度值和相对密度值均高于其它五种碱基重复的相对丰度值和相对密度值;甲流病毒HA片段的SSRs与HIV-1[16]基因中的SSRs相比,前者的相对丰度值和相对密度值高于后者。这些结果表明甲流病毒基因中的SSRs可能与甲流病毒的快速变异相关。     

人类基因组3pter-p26区域的序列比较分析

对人类基因组3号染色体短臂的3pter-p26区域进行了初步分析, 序列组装后整个区域全长约为8.1 kb, 靠近端粒区还存在一个约20~30 kb的空洞. 序列比较分析表明: (ⅰ) 该区域的GC含量为38.5%, 为人类基因组所有近端粒区域最低; (ⅱ) 共含有42个基因, 平均大小为97.5 kb, 以前通过基因连锁分析定位于该区域的基因Cntn3存在定位错误, 应位于3p12.3; (ⅲ) 该区域散在重复序列活跃程度高于全基因组平均水平, 其中(TA)_n含量是全基因组平均水平的2倍; (ⅳ) 该区域在小鼠6号染色体104.1~112.4 Mb的位置有一个保守的同源序列; 通过染色体进化分析推断, 3pter-p26区域可能于最近的一次染色体重排之后才转移到染色体的末端, 其发生时间应在人与小鼠的基因组分离之后, 在这次重排过程中, 染色体断裂点附近的一些序列, 连同所包含的基因发生了丢失, 而丢失的基因总拷贝数却在基因组的其他地方得到了增加; (ⅴ) 3pter-p26区域较低的GC含量可能不利于保持染色体末端的稳定, 容易发生DNA丢失, 而这又可能是引发基因表达异常导致疾病的原因之一.     

青藏高原藏羚羊朊蛋白基因及氨基酸序列分析

羊瘙痒病是一种自然发生的传染性海绵状脑病,它可以在绵羊和山羊羊群之中传播,其疾病的易感性、潜伏期和跨物种传播的能力主要受宿主朊蛋白基因(prion protein gene,PRNP)的影响。研究藏羚羊PRNP有助于明确藏羚羊和羊瘙痒病之间的关系,从而更好地保护藏羚羊。参照GenBank上已经发表的绵羊PRNP序列设计引物,然后对藏羚羊的PRNP序列进行扩增、测序和分析。测序结果显示藏羚羊PRNP序列由771个核苷酸构成,编码256个氨基酸。序列分析结果显示21只藏羚羊PrP(prion protein,PrP)氨基酸序列完全同源,并且与野生型绵羊PrP氨基酸序列完全一致。此外,藏羚羊PrP氨基酸序列与山羊(99.2%)、汤氏瞪羚(99.2%)、印度羚(99.2%)、驯鹿(98%)、马鹿(98%)、家牛(97.7%)和水牛(96.1%)也具有较高的同源性。在对PrP氨基酸序列136、154、171位多态性分析后发现本次收集的21只藏羚羊样本可能和野生型绵羊一样对羊瘙痒病易感。本研究为羊瘙痒病在藏羚羊羊群中可能出现的风险提供了理论依据,提示要加强藏羚羊羊群中羊瘙痒病的监测。     

黄河下游家绵羊与家山羊遗传关系的微卫星分析

为了探讨家养绵羊与山羊的属间遗传关系,我们利用13个定位于绵羊染色体上的微卫星基因座,分析了黄河下游4个地方绵羊品种、4个地方山羊品种和1个杂交绵羊类群的遗传结构及其系统发生关系.经Hardy-Weinberg平衡检验和中性测试,发现地方绵羊和山羊种群均处于不平衡状态(P＜0.01),61.53%的基因座属于中性位点,说明所研究种群属于非随机交配,可能受到选择、迁移等进化因素的影响.对有效等位基因数、多态信息含量、Shannon信息指数、观察杂合度和期望杂合度等遗传多样性参数进行比较,发现绵羊种群的遗传变异程度明显(P＜0.01或P＜0.05)高于山羊种群,但不同基因座上的差异效应不一致;结合F统计量和亲缘关系等参数,可推测绵羊和山羊虽然均存在不同程度的近交现象(He＞Ho,FIS＞0),但分别属于杂交和近交繁殖.通过群体遗传分化和系统发育拓扑结构分析,证明绵羊属由共同祖先分化而来的时间晚于山羊属,两属间的遗传距离为1.0708-1.5927,遗传分化时间约为19,807-28,955年;绵羊属内品种间的遗传分化程度(FST＜0.05)均低于山羊属内品种间的分化(FST＞0.15).本研究揭示了人工选择对同域家养绵羊与山羊交配系统的形成及群体遗传分化具有深刻的影响.