王安會(huì),鐘金城,馬 力

(西南民族大學(xué)動(dòng)物遺傳育種學(xué)國家民委-教育部共建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都 610041)

催乳素(prolactin,PRL)是由腺垂體及其他組織和細(xì)胞所分泌的肽類激素,在所有的脊椎動(dòng)物中都存在,其作用廣泛而復(fù)雜。在哺乳動(dòng)物中,PRL具有誘導(dǎo)細(xì)胞增殖[1]、調(diào)節(jié)能量代謝和免疫[2-3]、產(chǎn)生母性行為[4]、參與生殖活動(dòng)的調(diào)控等生物學(xué)功能。對嚙齒類、反芻類及靈長類動(dòng)物的雌性妊娠、泌乳和胎兒的生長發(fā)育以及雄性動(dòng)物的生殖調(diào)節(jié)等具有重要的作用[5-6]。

在大鼠[7]、小鼠[8]等物種中,PRL含有197個(gè)氨基酸殘基;羊[9]、豬[10]、牛[11]、雞[12]等物種中 PRL 含有199個(gè)氨基酸殘基。在人類基因組中,PRL基因定位于6號(hào)染色體上[13],包括5個(gè)外顯子和4個(gè)內(nèi)含子[14-15],其cDNA開放閱讀框含681個(gè)核苷酸,編碼227個(gè)氨基酸殘基,前28個(gè)氨基酸殘基為信號(hào)肽[16]。

目前對于PRL遺傳多態(tài)性的研究集中在單個(gè)物種內(nèi),而在物種間的報(bào)道以及用該基因探討物種間系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系的研究較少見。本研究運(yùn)用生物信息學(xué)理論和方法,分析 PRL基因在鼠、貓、白化獼猴、普通牛、山羊、野豬、人、斑馬魚、雞等物種間的遺傳多態(tài)性,以及這些物種間的系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系。希望對今后的研究提供一些理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 基因序列來源 本研究從NCBI網(wǎng)站(http://www.ncbi.nlm.nih.gov)上選取10條PRL完整編碼序列,包括小鼠、大鼠、貓、白化獼猴、普通牛、山羊、野豬、人、斑馬魚、雞等10個(gè)物種(表1)。

表1 不同物種的PRL序列號(hào)

1.2 分析方法及軟件 用clustal X2軟件進(jìn)行多序列比對10條序列,選出物種間共有序列,長度為702 bp;再用DnaSP軟件計(jì)算出物種間核苷酸差異數(shù)目(K)、凈遺傳距離(Da);然后根據(jù)凈遺傳距離,通過MEGA軟件用NJ(Neighbor-joining method)法進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 PRL基因的核苷酸多樣性 物種間的多態(tài)位點(diǎn)和平均核苷酸差異度見表2。從表中可看出,PRL基因的多態(tài)位點(diǎn)比例為69.95%,平均核苷酸差異度達(dá)174.889,表明PRL基因在物種間差異較大,具有豐富的遺傳多態(tài)性。物種間的核苷酸差異數(shù)目和凈遺傳距離(表3)。人與白化獼猴、大鼠與小鼠間的凈遺傳距離最小,說明他們間的PRL基因較為相似,在進(jìn)化中親緣關(guān)系較近。而斑馬魚與其他物種之間的凈遺傳距離均較大,表明斑馬魚與其它物種間的親緣關(guān)系相對較遠(yuǎn)。這與前人用其他遺傳標(biāo)記研究這些物種的進(jìn)化關(guān)系的結(jié)果基本一致。

表2 多態(tài)位點(diǎn)和平均核苷酸差異度

2.2 物種間的系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系 本研究根據(jù)凈遺傳距離(Da)用鄰接法(Neighbor-Joining,NJ)進(jìn)行聚類分析,結(jié)果表明(圖1),野豬與貓聚為一類,山羊與普通牛聚為一類,然后這兩類聚成一大類后又與人和白化獼猴的一類相聚,再依次與小鼠、大鼠的一類和雞相聚在一起。這些物種與斑馬魚的親緣關(guān)系相對較遠(yuǎn),系統(tǒng)樹總體分為兩支,斑馬魚為獨(dú)立的一支,而小鼠、大鼠、貓、白化獼猴、普通牛、山羊、野豬、人、雞為另一獨(dú)立的大分支。

表3 物種間的核苷酸差異數(shù)目(K)和凈遺傳距離(Da)

圖1 NJ法構(gòu)建的物種系統(tǒng)樹

3 討論

李瑩輝等(1998)認(rèn)為PRL主要在就巢性的建立和維持中起主導(dǎo)作用;李吉濤[17]通過對PRL檢測分析,結(jié)果表明不同基因型的奶牛平均產(chǎn)奶量、乳蛋白率差異顯著;周國利等[18]在北京荷斯坦奶牛PRL的多態(tài)性與產(chǎn)奶性狀進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析后得出不同基因型間在產(chǎn)奶量、乳脂量、乳蛋白量及乳脂率方面差異顯著;鄭旭[19]等在大熊貓PRL基因研究中,認(rèn)為PRL基因可以作為提高瀕危動(dòng)物繁殖力的重要探索途徑之一。本研究用生物信息學(xué)方法對小鼠、大鼠、貓、白化獼猴、普通牛、山羊、野豬、人、斑馬魚、雞等 10個(gè)物種的 PRL基因進(jìn)行了分析,結(jié)果顯示該基因在物種間有較大的變異,物種間的遺傳多態(tài)性豐富,說明在這些物種分化以后,作為影響哺乳動(dòng)物產(chǎn)乳性狀的PRL基因發(fā)生了較大差異,進(jìn)化速率較快。這些結(jié)果為人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)PRL基因的特性、作用機(jī)理以及改良哺乳動(dòng)物的產(chǎn)乳和繁殖性能提供了理論依據(jù)。

在本研究中,經(jīng)計(jì)算遺傳距離、聚類分析 ,結(jié)果野豬與貓聚為一類,山羊與普通牛聚為一類,然后這兩類聚成一大類后與人和白化獼猴的一類相聚,再依次與小鼠、大鼠的一類和雞相聚在一起。這些物種與斑馬魚的親緣關(guān)系相對較遠(yuǎn),系統(tǒng)樹總體分為兩支,斑馬魚為獨(dú)立的一支,而小鼠、大鼠、貓、白化獼猴、普通牛、山羊、野豬、人、雞為另一獨(dú)立的大分支。這同古生物學(xué)、形態(tài)學(xué)、生化遺傳學(xué)、細(xì)胞遺傳學(xué)和其他DNA分子水平上的分類結(jié)果基本一致,表明PRL基因適合于哺乳動(dòng)物種間系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系和分類研究。

[1]Christine B F,Vincent G,Marc E,et al.Prolactin(P RL)and its receptor:actions,signal transduction pathway s and phenotypes observed in PRL receptor knockout mice[J].Endocrine Reviews,1998,19(3):225-268.

[2]Ganguly T C,Liu Y,Hyde J F,et al.Prolactin increases hepatic Na+/taurocholate Co-transport activity an messenger RNA post partum[J].Biochem J,1994,303(1):3-36.

[3]Liu Y,Ganguly T,Hy de J F,et al.Prolactin increases mRNA enco-ding Na+-TC cotransport polypeptide and hepatic Na+-TC cotrans port.Am[J].Physiol,1995,268:11-17.

[4]Bridges R S,Robertson M C,Shiu R P,et al.Central lactogenic regulation of maternal behavior in rats:steroid dependence,hormone specificity,and behavioral potencies of rat prolactin and rat placental lactogenⅠ[J].Endocrinology,1997,138(2):756-763.

[5]李昆明.催乳素對生殖生理的凋控作用[J].生殖與避孕,2001,22(1):13-14.

[6]滕春波,楊增明.催乳素家族與哺乳動(dòng)物妊娠[J].生理科學(xué)進(jìn)展,2002,33(4):355-358.

[7]Cooke N E,Coit D,Weiner R I,et al.Structure of cloned DNA complementary torat prolactin messenger RNA[J].BioChem,1980,255:6502-6510.

[8]Kohmoto K,T sunasawa S,Sakiyama F.Complete amino acid sequence of mouse prolactin[J].Eur J Biochem,1984,138:227-237.

[9]Li C H,Dixon J S,Lo T B,et al.The primary structure of the sheep hormone[J].Arch Biochem Biophys,1970,141:705-737.

[10]Li C H.Studies on pituitary lactogenic hormone:the primary structure of the porcine hormone.Int[J].Pept Protein Res,1976,8:205-224.

[11]Wallis M.The primary structure of bovine prolactin[J].FEBS Let,1974,44(2):205-208.

[12]潘愛鑾,皮勁松,杜金平,等.金水烏雞 PRL基因多態(tài)性研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(11):4457-4458.

[13]Owerbach D,Rutter W J,Cooke N E,et al.The prolactin gene is located on chromosome 6 in humans[J].Science,1981,212(4496):815-816.

[14]Cooke N E,Coit D,Shine J,et al.Human prolact cDNA structural analy sis and evolutionary comparisons[J].BiolChem,1981,256:4007-4016.

[15]T ruong A T,Duez C,Belayew A,et al.Isolation and characterization of the human prolactin gene[J].EMBO,1984,3(2):429-437.

[16]Sinha Y N.Structural variants of prolactin:occurrence and physiological significance[J].Endocr Rev,1995,16(3):354-369.

[17]李吉濤.中國荷斯坦牛催乳素基因型與產(chǎn)奶性狀的相關(guān)分析[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2004,35(4):553-555.

[18]周國利,朱奇,吳玉厚,等.奶牛催乳素基因多態(tài)性與產(chǎn)奶性狀的關(guān)系[J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2006,1(28):80-83.

[19]鄭旭,張志和,胡細(xì)連,等.大熊貓垂體泌乳素(PRL)cDNA的克隆與表達(dá)[J].遺傳學(xué)報(bào),2004,31(9):963-969.