本文關鍵詞：中國東方田鼠分子系統(tǒng)地理學及種群遺傳結構研究　出處：《東華大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：東方田鼠(Microtus fortis)具有獨特的天然抗血吸蟲感染特性,是一種極具前景的實驗動物資源。但對于該物種的基因組序列、近緣物種及亞種間的系統(tǒng)進化關系、種群內與種群間的遺傳結構都未見有系統(tǒng)報道。本研究首先從東方田鼠母系遺傳結構的角度,利用傳統(tǒng)和長距離PCR結合的策略,首次完成了東方田鼠指名亞種(M.f.fortis)的線粒體基因組測序。在此基礎上,優(yōu)化了16對引物對中國六個地區(qū)(湖南、寧夏、福建、黑龍江、吉林、廣西)的東方田鼠樣本線粒體全基因組進行了PCR擴增和重測序。研究表明所測的六個不同地區(qū)的東方田鼠的線粒體全基因組長度在16303~16312 bp之間。并首次將東方田鼠寧夏指名亞種(M.f.fortis)和東方田鼠湖南長江亞種(M.f.calamorum)的線粒體全長基因組序列,提交至Gen Bank,獲得了相應的序列號(Gen Bank:JF261174/JF261175)。東方田鼠指名亞種線粒體基因組具有與其它脊椎動物線粒體基因組相同的一些特征,都含有13個蛋白質編碼基因、2個r RNA基因和22個t RNA基因。在東方田鼠線粒體非編碼控制區(qū)(Control Region,CR)序列上,分別發(fā)現了中央保守區(qū)1(CSB1)序列、終止序列區(qū)(EATS1、EATS2)、和一個Poly(C)n區(qū)段,通過種間比對發(fā)現這個Poly(C)n區(qū)段只在亞洲譜系田鼠群(Asian lineage)中被發(fā)現,該結構可能是亞洲譜系田鼠所特有的,可以進一步佐證田鼠亞洲譜系(Asian lineage)的存在以及其明顯的單系類群(monophyletic lineage)特征。利用線粒體全基因組構建的系統(tǒng)進化樹表明,在中國分布的東方田鼠主要分為3個主要的分支:1)廣西樣本、2)北方樣本(包括寧夏、黑龍江、吉林)、3)湖南和福建樣本。東方田鼠南方樣本(廣西、湖南、福建)與北方樣本(寧夏、黑龍江、吉林)在線粒體基因組輕鏈復制區(qū)(OL區(qū))的二級結構莖環(huán)上有一個3堿基(CCC→TTT)的突變。該突變可以作為區(qū)分南北不同來源的東方田鼠樣本的重要分子遺傳標記。對六個不同地區(qū)來源的東方田鼠樣本線粒體全基因組序列比對后,共發(fā)現種內的簡約信息位點(Parsimony informative sites)157個,自裔突變位點(Singleton variable sites)450個,統(tǒng)計發(fā)現南方樣本的線粒體基因組多態(tài)性明顯高于北方樣本。本研究進一步對中國6個地區(qū)的84個東方田鼠野生樣本的線粒體細胞色素b(cyt b)基因以及非編碼控制區(qū)序列(Control Region,CR)進行了重測序(cyt b和CR序列的Gen Bank登錄號分別為KJ081871~KJ081954和KJ207290~KJ207373),進一步探討了東方田鼠各地理種群內與種群間的系統(tǒng)進化關系及母系遺傳結構。在拼接后的84個東方田鼠樣本序列片段(cyt b+CR),共得到49種單倍型(haplotype),不同的地理種群間無共享單倍型。較高的種群間FST值表明,斑塊化的棲息地可能是造成這種地理種群分化程度較大的主要原因。通過貝葉斯系統(tǒng)發(fā)育推斷(Bayesian inference)和最大似然法(maximum likelihood)構建了東方田鼠的系統(tǒng)進化樹,再次證實了東方田鼠各地理種群形成三個主要的分支:(1)北方種群;(2)南方的湖南福建種群;(3)廣西種群。研究表明,東方田鼠與分布于俄羅斯、蒙古以及中國東北部的三種田鼠:米氏田鼠(M.middendorffii)、蒙古田鼠(M.mongolicus)以及莫氏田鼠(M.maximowiczii)有著最近的系統(tǒng)進化關系,該四種田鼠在系統(tǒng)進化樹上形成單系類群的特征,它們應該是由共同的祖先分化而來。分析認為,中國的秦嶺淮河一線(Qinling Mountains-Huaihe river line)是我國重要的南北地理分界線,該地理屏障的南北地區(qū)氣候以及環(huán)境差異較大,可能是造成東方田鼠南北群體遺傳分化的重要原因之一。此外,來自中國西南地區(qū)的東方田鼠廣西群體可能是物種在冰期避難所內避難的一種典型例子。根據分子鐘推算中國東方田鼠最初的分歧時間在64~77萬年前,位于中國倒數第二次冰期與末次冰期之間的間冰期。貝葉斯Skyline圖表明東方田鼠的有效種群大小,在過去的30~40年經歷了明顯的下降趨勢,分析認為這與棲息地的喪失和環(huán)境惡化存在一定關系。另一方面,本研究利用20個東方田鼠微衛(wèi)星位點從常染色體遺傳多樣性的角度,利用熒光多重PCR和微衛(wèi)星(STR)分型技術,對4個野生東方田鼠種群(福建、湖南、寧夏、廣西)的63個樣本進行了常染色體角度的遺傳結構分析。其中19個微衛(wèi)星位點顯示出高度多態(tài)性(PIC=0.830.5),平均等位基因數、位點雜合度均顯示4個地區(qū)野生東方田鼠的遺傳多樣性豐富。遺傳距離與UPGMA聚類分析均表明,寧夏種群與廣西種群間的遺傳分化程度相對最大,而湖南種群與廣西種群間的遺傳分化程度相對最小,這一點在STRUCTURE聚類圖(K=2)分析時,同樣得到提示。分析認為,湖南與廣西種群間由于較近的地理距離關系,在核基因組水平存在一定的基因交流。本研究通過大量比對,統(tǒng)計了東方田鼠線粒體細胞色素b(cyt b)基因以及非編碼控制區(qū)序列(CR)上的種間和種內的單核苷酸多態(tài)性(SNP)位點。在與近緣田鼠物種的同源序列比對后,共在cyt b基因和控制區(qū)(CR)區(qū)段序列上分別找到13個和12個東方田鼠特有的SNP位點。這些特異性的種間SNP位點可以作為今后東方田鼠樣本鑒定重要的分子遺傳標記。同時,在各地理種群中分別發(fā)現了一定數量的種內SNP位點。研究獲得的這些線粒體基因組上的SNP位點以及核基因組上的高度多態(tài)性的東方田鼠微衛(wèi)星(STR)信息,都將為今后東方田鼠的亞種分類、樣本來源鑒別以及各地理種群的遺傳多樣性分析提供重要的分子檢測標記。
[Abstract]:In this study , the mitochondrial genome sequence of Oriental voles ( M.f . fortis ) in six regions of China ( Hunan , Ningxia , Fujian , Heilongjiang , Jilin , Guangxi ) was sequenced . In this study , the mitochondrial cytochrome b ( cyt b ) gene and the non - coding control region sequence ( Control Region ) of 84 eastern voles in 6 regions of China were identified . According to the molecular clock , there are three main branches : ( 1 ) the northern population , ( 2 ) the southern Hunan Fujian population , and ( 3 ) the population of Guangxi . In this study , we found that there was a certain gene communication between Hunan and Guangxi populations due to the close geographical distance relationship . The SNP loci in the mitochondrial cytochrome b ( cyt b ) gene and non - coding control region sequence ( CR ) were identified in the study .

【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：Q953

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本文編號：1377618