基于粪便DNA 的九龙山黑麂种群的遗传多样性

近年来,由于人类活动的干扰使黑麂的栖息地明显减少并呈斑块状分布。因此,深入了解该物种各地理分布种群的遗传现状是制定保护及管理策略的重要科学依据。本研究运用非损伤取样技术在浙江省九龙山国家级自然保护区的黑麂分布区共采集61 份粪便样品、2 份肌肉样品和2 份皮张样品,采用8 个特异微卫星位点对61 份粪便样品中提取的DNA 进行检测,肌肉和皮张样品DNA 的检测结果作为对照,分析了九龙山国家级自然保护区黑麂种群的遗传多样性。经多次重复提取和PCR 扩增后,发现61 份粪便样本中有38 份可被稳定扩增,且不同样本间的条带大小有较大差异,因此我们认为38 份粪便样本来源于38 只不同的黑麂个体。8 个微卫星位点共检测到50 个等位基因,平均等位基因数(A)为6 (5 ～ 8);平均有效等位基因数(Ne)为5. 297 (4.031 ～6.353);平均期望杂合度(He) 为0.817 (0.763 ～ 0.855);平均多态信息含量(PIC ) 为0. 775 (0.709 ～0.822)。8 个位点的平均个体识别率(DP)为0.931,累积个体识别率(CDP)为0.999 9。有1 个微卫星位点(BM1706)极显著地偏离了Hardy-Weinberg 平衡(P < 0.01)。以上结果显示该分布区黑麂种群具有较高的遗传多样性。     

黑麂和费氏麂四种卫星DNA的克隆特征和染色体定位(英文）

近年来,分子细胞遗传学研究已基本证实了染色体的串联融合(端粒－着丝粒融合)是麂属动物核型演化的主要重排方式。尽管染色体串联融合的分子机制还不清楚,但通过染色体的非同源重组,着丝粒区域的卫星DNA被认为可能介导了染色体的融合。以前的研究发现在赤麂和小麂染色体的大部分假定的串联融合位点处存在着非随机分布的卫星DNA。然而在麂属的其他物种中,这些卫星DNA的组成以及在基因组中的分布情况尚未被研究。本研究从黑麂和费氏麂基因组中成功地克隆了4种卫星DNA（BMC5、BM700、BM1.1k和FM700）,并分析了这些卫星克隆的特征以及在小麂、黑麂、贡山麂和费氏麂染色体上的定位情况。结果表明,卫星I和II DNA (BMC5, BM700和FM700)的信号除了分布在这些麂属动物染色体的着丝粒区域外,也间隔地分布在这些物种的染色体臂上。其研究结果为黑麂、费氏麂和贡山麂的染色体核型也是从一个2n＝70的共同祖先核型通过一系列的串联融合进化而来的假说提供了直接的证据。     

黑麂和费氏麂四种卫星DNA的克隆特征和染色体定位

近年来,分子细胞遗传学研究已基本证实了染色体的串联融合(端粒-着丝粒融合)是麂属动物核型演化的主要重排方式。尽管染色体串联融合的分子机制还不清楚,但通过染色体的非同源重组,着丝粒区域的卫星DNA被认为可能介导了染色体的融合。以前的研究发现在赤麂和小麂染色体的大部分假定的串联融合位点处存在着非随机分布的卫星DNA。然而在麂属的其他物种中,这些卫星DNA的组成以及在基因组中的分布情况尚未被研究。本研究从黑麂和费氏麂基因组中成功地克隆了4种卫星DNA(BMC5、BM700、BM1.1k和FM700),并分析了这些卫星克隆的特征以及在小麂、黑麂、贡山麂和费氏麂染色体上的定位情况。结果表明,卫星I和IIDNA(BMC5,BM700和FM700)的信号除了分布在这些麂属动物染色体的着丝粒区域外,也间隔地分布在这些物种的染色体臂上。其研究结果为黑麂、费氏麂和贡山麂的染色体核型也是从一个2n=70的共同祖先核型通过一系列的串联融合进化而来的假说提供了直接的证据。     

一种高效的哺乳动物粪便DNA提取通用方法

以粪便为材料提取动物DNA进行动物保护遗传学和分子生态学研究的关键是能否提取到高质量的粪便DNA.然而提取方法通用性不好和产物质量不高等问题阻碍了粪便DNA分析技术的推广.本文介绍的改进型十六烷基三甲基溴化铵提取法可广泛适用于各食性哺乳动物粪便DNA提取,在11种不同食性动物的粪便DNA提取实验中验证了它的可靠性和通用性.本方法成本低廉(3元/样),用实验室常规试剂即可完成粪便DNA提取,其产物纯度高于专用试剂盒QIAamp DNA Stool Kit,在拥有超过专业试剂盒提取效果的同时尽可能的降低了实验成本,有利于粪便DNA技术的推广.     

黑麂(Muntiacus crinifrons)栖息地片断化对种群基因流的影响

栖息地片断化可能影响种群的基因流,进而导致近交,降低个体生活力,是生物多样性丧失和物种绝灭的主要因素.被列为国家I级保护动物的黑麂(Muntiacus crinifrons),由于自身目前的濒危状况和生物学特异性,使得栖息地片断化对其影响更甚.为了更好的保护该珍稀物种,研究运用地理信息系统划分了浙江遂昌的九龙山自然保护区和开化的古田山自然保护区黑麂栖息地的片断化斑块,并通过所得片断化斑块数据进行两个保护区在片断化程度的计算,同时从片断化斑块获取黑麂的组织、粪便样品,提取黑麂的线粒体DNA,估算其基因流大小.以此初步确定两个保护的黑麂栖息地片断化程度对种群基因流的影响.各项片断化指数均表明,九龙山自然保护区的黑麂栖息地片断化程度要小于古田山自然保护区.九龙山自然保护区黑麂片断化种群的平均基因流Nm达到了3.65,明显高于古田山自然保护区的1.12.结果表明,栖息地片断化可能对黑麂种群的基因流产生了一定的影响.应及时采取有效措施保护和恢复黑麂栖息地,否则将严重阻碍片断化种群间的个体迁移、扩散和基因交流.     

一种快速提取肠道微生物总DNA的方法

采集的兔肠道内容物及其粪便样品,通过分散浸泡、震荡洗涤、分级离心、滤器过滤、DNA提取试剂盒提取纯化,可以获得纯度很高的DNA样品。经0.8%琼脂糖凝胶电泳检测和紫外分光光度计测定,样品A260/A280的比值为1.72±0.02。分别以提取的DNA样品为模板,通过设计的细菌特异引物,对其16S rDNA基因进行PCR扩增,获得了1.6 kb大小特异性很好的预期条带。这为肠道微生物群落的分子生态学研究提供了一种简便、可靠的DNA提取方法。     

不同保存方法对川金丝猴粪便DNA提取效果的影响

目的:川金丝猴(Rhinopithecus roxellana)是我国特有珍稀物种,其粪便作为一种非损伤性样品,为珍稀濒危动物的种群数量调查、遗传多样性评价、亲缘关系、系统进化等研究带来了很大便利,本研究试图建立高效、简便的粪便样品保存方法。方法:在现有珍稀濒危动物粪便样品保存方法的基础上,分别使用干燥法、冷冻法和干燥-冷冻法保存川金丝猴的粪便样品,比较了不同保存方法的DNA提取效果,以及对mtDNA控制区片段的PCR扩增成功率和微卫星基因的PCR扩增效率。结果:干燥法、冷冻法和干燥-冷冻法三种不同保存方法保存粪便1周时间后,提取的粪便DNA样本扩增mtDNA片段的成功率均为92%,微卫星基因的扩增成功率分别为79%、78%、80%;保存2个月后,mtDNA片段扩增成功率分别为80%、76%和80%,微卫星基因扩增成功率分别为65%、61%、67%;保存6个月后,mtDNA片段扩增成功率分别为56%、52%和64%,微卫星基因扩增成功率分别40%、34%、46%。因此,随着保存时间的增长,三种方法的保存效率都将明显降低,但干燥-冷冻法得到的DNA样本扩增成功率相对较高。结论:粪便样品能够为川金丝猴的遗传多样性评价等相关研究提供有效信息,干燥-冷冻法保存能够更为有效的保证DNA的提取和基因扩增效率。     

粪便DNA分析技术在分子生态学研究中的机遇与挑战

随着粪便DNA分析技术的不断发展与完善,其越来越多地被应用于分子生态学研究中,特别是野生动物的遗传状况评估研究。粪便DNA的获取可以在不干扰,甚至无需观察到动物本身的情况下展开,因此避免了取样活动可能给野生动物带来的干扰或伤害,极大地促进了野生动物分子生态学的研究。虽然粪便DNA分析技术在其建立伊始因DNA质量问题而受到了一定的挑战,但自其建立至今,研究者发展了多种技术来克服这一问题。现已能获得较高质量的粪便DNA,并将基因分型错误率控制在较低水平。本文将结合我们在粪便DNA分析技术上所积累的经验,从粪便样品采集、保存、DNA提取、PCR扩增以及等位基因分型等各个环节对该技术进行详细探讨,以期阐明该技术在野生动物分子生态学研究中所面临的机遇与挑战,进一步推动其在我国野生动物保护研究中的应用与发展。     

黑麂（Muntiacus crinifrons）3个种群的遗传多样性

黑麂,为我国特有动物,被公认为目前世界上最珍稀的鹿科动物之一.为了更好地保护黑麂这一珍稀的濒危野生动物,基于黑麂线粒体控制区序列对遂昌分布中心的3个黑麂种群的遗传多样性和基因流进行了研究.结果显示,3个种群的36个个体中有13个变异位点,占分析序列长度的2.71%,且这13个变异位点皆为碱基置换,并未出现碱基插入或缺失的现象,并由此定义了12个单倍型.遗传多样性检测结果显示遂昌种群具有最高的遗传多样性,应予以优先保护.从Tajima′s D和Fu and Li′s D值的估算结果来看,这3个黑麂种群相对于中性进化的歧异度并没有明显的偏离(P＞0.1),没有明显的证据显示这3个黑麂种群间存在很强的平衡选择.3个种群间基因流 Nm均大于1,这3个黑麂种群间存在着较为丰富的基因流.3个黑麂种群单倍型间的序列差异为0.009,这表明这3个黑麂种群的单倍型未出现分化.     

银杏DNA提取及RAPD分析

采用SDS裂解液和苯酚/氯仿/异戊醇提取液从银杏叶中提取银杏总DNA,并进行DNA样品分光光度测定和琼脂糖凝胶电泳分析。通过引物筛选和反应参数优化,选用3个随机引物对DNA样品进行RAPD扩增,获得较为清晰并有一定多态性差异的扩增谱带,初步摸索出适合于以银杏叶为材料的DNA提取方法和RAPD扩增程序,为研究银杏遗传多态性及种质资源研究提供一种实用的分析方法。     

Techniques for application of faecal DNA methods to field studies of Ursids

We describe methods for the preservation, extraction and amplification of DNA from faeces that facilitate field applications of faecal DNA technology. Mitochondrial, protein encoding and microsatellite nuclear DNA extracted and amplified from faeces of Malayan sun bears and North American black bears is shown to be identical to that extracted and amplified from the same individual's tissue or blood. A simple drying agent, silica beads, is shown to be a particularly effective preservative, allowing easy and safe transport of samples from the field. Methods are also developed to eliminate the risk of faecal DNA contamination from hair present in faeces.     

大熊猫和小熊猫粪便DNA提取的简易方法

采集了大熊猫和小熊猫的新鲜粪便样品 ,使用 1 0 0 %乙醇保存。通过重复离心富集研究动物的肠道脱落细胞 ,并使用乙醇和双蒸水洗涤以除去抑制物。用 1 %的SDS快速裂解细胞 ,离心除去残渣后 ,向裂解液中加入蛋白酶进行消化。消化结束后使用等体积的酚 /氯仿抽提 ,乙醇沉淀DNA。用双蒸水溶解粪便DNA后 ,使用PCR产物纯化试剂盒对粪便DNA进行纯化。电泳检测结果显示 ,从乙醇保存的大、小熊猫粪便样品中抽提到高质量的粪便DNA。对线粒体控制区、细胞色素b基因、 1 2SrRNA基因的PCR扩增反应以及测序结果也证实了样品保存方法和DNA抽提方法可靠而高效。此方法使用实验室内常用的分子生物学试剂 ,不仅克服了分子粪便学研究中常见的抑制物粪便DNA微量降解严重等障碍 ,与商业化的粪便抽提试剂盒 (QIAampDNAStoolMiniKit,Qiagen)相比还是一种经济的试验方法 (抽提反应成本为试剂盒的 1 / 5 )。文中还对粪便DNA内细菌基因组等背景DNA可能对分子粪便学试验结果的影响进行了探讨。在基于PCR技术的遗传学研究中 ,对于植食性动物而言 ,粪便内的背景DNA对目标动物DNA片断的扩增和序列测定未见影响 ;但对于肉食性动物 ,则必须考虑被捕食者基因组对试验可能产生的影响 ,应谨慎对待     

Mating system and reproductive skew in the black rhinoceros

Only approximately 2600 black rhinoceros survive today, mainly in small, isolated populations of < 100 animals. The management of remaining black rhinoceros populations aims at preserving natural levels of genetic relatedness and optimizing breeding success, which requires an accurate knowledge of the mating system, reproductive skew and effective population size. DNA was extracted from faecal samples from a community of 35 wild black rhinoceros, and microsatellites were used to characterize patterns of paternity of 19 offspring born from eight females in this community. Paternity could be ascribed unequivocally for each offspring. Although our conclusions must be considered tentative, we present the first genetic evidence that black rhinoceros males are polygynous, with a high variance in reproductive success. We also describe a noninvasive management tool that can be used for the genetic management of this critically endangered species, both in the wild and in captivity.     

Microsatellite Analysis of Genetic Variation and Population Subdivision for the Black Muntjac, Muntiacus crinifrons

The black muntjac (Muntiacus crinifrons) is a rare deer found only in a restricted region in east China. Recent studies of mitochondrial DNA diversity have shown a markedly low level of nucleotide diversity for the species, and the Suichang population was genetically differentiated from the two other populations, in Huangshan and Tianmushan mountains. In this study, we extended the analysis of genetic diversity and population subdivision for the black muntjac using data from 11 highly polymorphic nuclear DNA microsatellite loci. Contrary to the results based on mtDNA data, the microsatellite loci revealed that the black muntjac retained a rather high nuclear genetic diversity (overall average H (E) = 0.78). Nevertheless, both types of markers supported the idea that the extant black muntjac population is genetically disrupted (overall phi (ST) = 0.16 for mtDNA and overall F (ST) = 0.053 for microsatellite, both P < 0.001). The correlation between genetic differentiation and geographic distance was not significant (Mantel test; P > 0.05), implying that the patterns of genetic differentiation observed in this study might result from recent habitat fragmentation or loss. Based on the results from the mtDNA and nuclear DNA data sets, two management units were defined for the species, Huangshan/Tianmushan and Suichang. We also recommend that a new captive population be established with individuals from the Suichang region as a founder source.     

Individual and sexual identification for the wild black muntjac (Muntiacus crinifrons) based on fecal DNA

The black muntjac (Muntiacus crinifrons), endemic to China, was categorized as a Grade I National Key Protected Animal by the Ministry of Agriculture of China and classified as Vulnerable (VU) by IUCN. Recent years, studies had been conducted on this species mainly focusing on habitat selection, food habit, gene flow etc., only with a few reports on the population dynamics. Individual identification of wild animals is one of the most important subjects in the population dynamic research. Of various molecular markers, microsatellite DNA fingerprinting has been used most frequently and successfully on many kinds of animals. Here, we constructed identification system for the black muntjac using 8 microsatellite loci. 31 black muntjacs were identified from 141 fecal samples, whereas 43 samples could be used for PCR after repeated trials. Further, the sequencing for Cytb gene was also conducted for convincing us the identity of fecal samples. The results, highly consistent between sequencing consequence and sequence data from Genebank, implied that those experienced local people are of the convincing knowledge about wild animals, especially at the respects of identification to black muntjac’ feces pellets. Moreover, we detected the specificity of identification system to black muntjac. BM1225 was the only one locus that unsuccessful PCR for the muscle samples of Muntiacus reevesi was observed, which suggested that our identification system could be used for excluding the non-researched objects in some cases. Analyses using softwares CERVUS 3.0 and POPGENE 1.21 showed that the present identification system had strong discrimination power: 0.938 per loci (DP) or 0.999 in total (CDP). The mean observed number of alleles (Na), mean effective number of alleles (Ne), and mean excepted heterogosity (He) were 8.875, 6.375, and 0.829 respectively. Considering that the change of sex ratio in population could exert significant impact on population growth, density to some extent, we also analyzed the sex ratio of those individuals that had been identified based on fecal samples from filed using SRY (Sex-determining region Y) gene amplification, which identified 19 males and 12 females.     

一种基于PCR分析多样性的小鼠肠道微生物宏基因组提取方法

目的建立一种基于PCR分析分子多样性的小鼠肠道菌群宏基因组提取方法。方法比较、综合国内外小鼠肠道菌群宏基因组的提取方法后建立一种新方法,小鼠肠道内容物经丙酮洗涤,差速离心,溶菌酶、SDS裂解,CTAB处理,酚／氯仿抽提后可得到高质量的DNA,通过紫外分光光度计、琼脂糖凝胶电泳、细菌通用引物PCR和扩增核糖体限制性酶切片段分析（ARDRA）等检测该方法的实用性。结果该方法获得的小鼠肠道菌群宏基因组DNA大小在23kb左右,A260／A280在1．8—2．0,经细菌通用引物PCR后能得到适用于ARDRA的目的产物。结论该方法经济适用性较强,具备一定的应用价值。     

麂属动物陈旧皮张标本的DNA提取及PCR扩增

本实验用改进的方法从保存于标本馆的动物皮张标本中提取ＤＮＡ,所得ＤＮＡ片段的分子量从１００ｂｐ到１ｋｂ以上。利用线粒体ＤＮＡ细胞色素ｂ通用引物和ＰＣＲ技术,从小麂、印度麂、贡山麂、费氏麂、黑麂ＤＮＡ中扩增出３０７ｂｐ的细胞色素ｂ特异片段。用２８种限制性内切酶对从新鲜血样和从陈旧皮张标本中所得扩增片段进行酶切分析,发现只有４个酶在这个片段上有切点,其中ＨａｅⅢ和ＨａｐⅡ的识别位点在各种麂中有所不同。     

短尾猴陈旧粪便中DNA的提取

分子粪便学（Molecular scatology）是一门将传统粪便分析方法与分子生物学技术相结合,以动物粪便为实验材料进行多领域研究的学科（魏辅等,2001）。虽然该方法已在野生濒危动物保护遗传学和分子生态学研究中发挥了很大作用（Kohnand Wayne,1997）,但目前大多数分子粪便学研究中使用的材料是新鲜粪便,从保存时间很长的陈旧粪便中很难提取到高质量的DNA用于PCR扩增以及序列分析,严重制约了分子粪便学的广泛应用（Wasser et al．,1997;Constable et al．,2001;Murphy et al．．2002）。     

一种从大熊猫粪便中提取DNA的改进方法

本研究描述一个改进的方法，使从大熊猫粪便中提取DNA用于PCR扩增变得更加容易。在粪便DNA的提取过程中采用一个新的预处理方法，将粪便用预冷的丙酮洗2～3次，除去粪便中含有的大量PCR抑制物，然后用蛋白酶K裂解、酚氯仿抽提，能提取到纯度很高的DNA供PCR扩增。本实验PCR扩增了大熊猫脑源性神经营养因子(BDNF)基因和线粒体细胞色素6基因片段，并进行测序分析，证实了提取的可靠性。对比本方法和未经丙酮预处理的方法提取的DNA进行PCR扩增，前者的扩增结果明显优于后者。