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        SNPs在水產(chǎn)動(dòng)物中的研究進(jìn)展

        2013-04-10 09:03:04張曉萌馬普王洪迪王秀利
        生物技術(shù)通報(bào) 2013年8期
        關(guān)鍵詞:水產(chǎn)多態(tài)性遺傳

        張曉萌 馬普 王洪迪 王秀利

        (大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院,大連 116023)

        作為第三代分子標(biāo)記的單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SNP)是基因型和表型之間最好的研究載體,已成為最為理想的遺傳標(biāo)記之一。隨著DNA測(cè)序技術(shù)的發(fā)展,SNP分子標(biāo)記發(fā)展迅速,已廣泛應(yīng)用于農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物進(jìn)化等眾多領(lǐng)域[1]。SNP分子標(biāo)記的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了遺傳學(xué)、基因組學(xué)和育種學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展[2]。近年來(lái),水產(chǎn)動(dòng)物中的SNPs研究與應(yīng)用取得了階段性成果,但與人類(lèi)及高等哺乳類(lèi)動(dòng)物差距仍較大,與畜牧業(yè)中的同類(lèi)研究水平也有較大的差距。本文重點(diǎn)介紹SNPs在水產(chǎn)動(dòng)物疾病、生長(zhǎng)性狀和繁殖性能等方面的研究進(jìn)展。

        1 SNP簡(jiǎn)介

        1.1 SNP的概念

        SNP是指由于單個(gè)核苷酸發(fā)生變異而引起的基因組水平上DNA序列的多態(tài)性,其形式包括單個(gè)堿基的轉(zhuǎn)換、顛換、插入和缺失[3]。根據(jù)對(duì)生物遺傳性狀的影響,SNP可以分為蛋白編碼的SNP和非蛋白編碼的SNP。在蛋白編碼的SNP中,如果編碼序列的改變不影響所翻譯的氨基酸序列則稱(chēng)為同義蛋白編碼SNP。反之,若編碼序列的改變導(dǎo)致翻譯的氨基酸序列改變從而改變蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能或形成終止密碼子使翻譯終止,則稱(chēng)為非同義蛋白編碼SNP[4]。一個(gè)SNP表示在基因組某個(gè)位點(diǎn)上有一個(gè)核苷酸的變化,而多個(gè)核苷酸的變化則表示為SNPs。

        1.2 SNP的特點(diǎn)

        SNP具有位點(diǎn)豐富且分布廣泛,富有代表性等優(yōu)點(diǎn)。與串聯(lián)重復(fù)微衛(wèi)星(SSR)等多態(tài)性相比,SNP是基于單核苷酸的突變,其遺傳穩(wěn)定性與精確性相對(duì)較高[5]。另外,SNP在檢測(cè)時(shí)無(wú)需像檢測(cè)限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性和SSR標(biāo)記那樣測(cè)量片段的長(zhǎng)度,而是直接檢測(cè)序列變化,從而擺脫了凝膠電泳瓶頸的限制,加上近年來(lái)各種新興的技術(shù)層出不窮,在提高自動(dòng)化檢測(cè)水平的同時(shí)也提高了檢出率,因而其發(fā)展速度較快[1]。

        1.3 SNP的篩選和檢測(cè)方法

        迄今為止已經(jīng)建立了多種篩選檢測(cè)SNPs的技術(shù)方法[1,6],包括等位基因特異寡核苷酸片段分析(allele-specificoligonucleotide,ASO)、 探針技術(shù)(TaqMan)、動(dòng)態(tài)等位基因特異雜交(dynamk allelespecific hybridization,DAS)、限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性(restriction fragment length polymorphism,RFLP)、擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性(amplified fragment length polymorphism,AFLP)、直接測(cè)序(sequencing)及基因芯片技術(shù)(gene chip)。另外,還有以核酸構(gòu)象為基礎(chǔ)的方法[1,6],如溫度梯度凝膠電泳(temperature gradient gel electrophoresis,TGGE)、毛細(xì)血管電泳(capillary electrophoresis,CE)、單鏈構(gòu)象多態(tài)性(single strand conformational polymorphism,SSCP)和變性高效液相色譜(denaturing high performanceliquid chromatography,DHPLC)等方法,其各有自己的優(yōu)缺點(diǎn),使用時(shí)可根據(jù)試驗(yàn)需求選擇更加高效和經(jīng)濟(jì)的檢測(cè)方法。

        2 SNPs在水產(chǎn)動(dòng)物方面的研究進(jìn)展

        2.1 SNPs在水產(chǎn)動(dòng)物疾病方面的研究進(jìn)展

        在水產(chǎn)動(dòng)物的養(yǎng)殖過(guò)程中,疾病的發(fā)生會(huì)直接導(dǎo)致產(chǎn)量下降進(jìn)而造成經(jīng)濟(jì)損失。為了從遺傳本質(zhì)上提高養(yǎng)殖動(dòng)物抗病能力,篩選抗病優(yōu)良個(gè)體,以SNP為代表的DNA分子標(biāo)記已經(jīng)成為水產(chǎn)動(dòng)物相關(guān)研究的熱點(diǎn)之一。Zhao等[7]利用PCR-SSCP技術(shù)對(duì)凡納濱對(duì)蝦HcSC基因進(jìn)行多態(tài)性檢測(cè)發(fā)現(xiàn) ,3個(gè)導(dǎo)致氨基酸序列改變進(jìn)而影響了HcSC多肽鏈二級(jí)結(jié)構(gòu)的SNPs,推測(cè)這些SNPs會(huì)影響到凡納濱對(duì)蝦對(duì)不同病原菌的抵抗能力。Lin等[8]克隆了擬穴青蟹的Toll基因,并對(duì)其LRRs結(jié)構(gòu)域進(jìn)行了多態(tài)性分析發(fā)現(xiàn),位于1 372位點(diǎn)A到G的突變頻率達(dá)到50%,該突變與擬穴青蟹免疫防御機(jī)制有關(guān),會(huì)使經(jīng)弧菌感染后的青蟹死亡率降低。Jeroen等[9]對(duì)鯉魚(yú)腫瘤壞死因子TNF基因進(jìn)行克隆和功能分析,在TNF1和TNF2序列3' UTR發(fā)現(xiàn)數(shù)個(gè)多態(tài)性,并在TNF2編碼區(qū)發(fā)現(xiàn)一個(gè)突變,該突變產(chǎn)生的鯉魚(yú)不同基因型個(gè)體對(duì)擬錐蟲(chóng)的抵抗能力不同。轉(zhuǎn)鐵蛋白是鐵代謝過(guò)程中的一個(gè)多功能蛋白,在先天免疫防御機(jī)制中發(fā)揮著重要作用,被作為生物體抗病研究的一個(gè)候選基因。García-Fernández等[10]對(duì)金頭鯛轉(zhuǎn)鐵蛋白Tf的基因結(jié)構(gòu),組成型表達(dá)和多態(tài)性進(jìn)行了分析發(fā)現(xiàn),平均每253 bp就有一個(gè)SNP。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),這些突變與金頭鯛的免疫系統(tǒng)反應(yīng)有一定的相關(guān)性。另外,Bao等[11]研究了海灣扇貝中超氧化物歧化酶SOD基因多態(tài)性及其與鰻弧菌敏感性。在3種SOD基因中共發(fā)現(xiàn)59個(gè)SNPs,且大部分發(fā)生在啟動(dòng)子上。其中位于AiCuZnSOD啟動(dòng)子-1 739位T-C的突變與AiECSOD啟動(dòng)子-498位A-T和-267位G-A的突變與海灣扇貝抗鰻弧菌性能顯著相關(guān)(P<0.05)。位于Ai-ecCuZnSOD基因-38位C-A的突變導(dǎo)致其信號(hào)肽第13位的蘇氨酸變?yōu)橘?lài)氨酸,且進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)該位點(diǎn)為蘇氨酸的野生型個(gè)體對(duì)抗鰻弧菌的能力相對(duì)較高(P<0.05)。Li等[12]研究發(fā)現(xiàn),位于櫛孔扇貝溶菌酶基因啟動(dòng)子區(qū)的SNPs會(huì)影響櫛孔扇貝對(duì)鰻弧菌的抵抗能力。Siva等[13]對(duì)櫛孔扇貝抗鰻弧菌能力與肽聚糖識(shí)別蛋白(PGRP)基因多態(tài)性之間的相關(guān)性進(jìn)行了研究發(fā)現(xiàn),位于PGRP基因上的SNPs也會(huì)影響到櫛孔扇貝對(duì)鰻弧菌的抵抗能力。

        2.2 SNPs在水產(chǎn)動(dòng)物生長(zhǎng)性狀方面的研究進(jìn)展

        水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物最為重要的經(jīng)濟(jì)性狀是生長(zhǎng)性狀,包括體長(zhǎng)、體重和體高等。因?yàn)檫@些性狀的優(yōu)劣直接影響到經(jīng)濟(jì)效益的高低。尋找與生長(zhǎng)性狀相關(guān)基因的多態(tài)性,并對(duì)多態(tài)性與性狀之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析將會(huì)為水產(chǎn)動(dòng)物分子育種奠定基礎(chǔ)。Wang等[14]利用PCR-SSCP技術(shù)和DNA測(cè)序的方法對(duì)103個(gè)櫛孔扇貝個(gè)體的肌肉生成抑制素基因MSTN的多態(tài)性進(jìn)行了篩選,并分析了其與生長(zhǎng)性狀的關(guān)聯(lián)性。結(jié)果顯示,位于該基因外顯子2第327位A-G的突變導(dǎo)致其編碼的氨基酸由蘇氨酸變?yōu)楸彼?,位于外顯子3第289位C-T的突變導(dǎo)致其編碼的氨基酸由半胱氨酸變?yōu)榫彼帷_M(jìn)一步的單因素方差分析顯示第327位為G的純合體,個(gè)體有顯著增高的體重、軟組織量、內(nèi)收肌量、殼長(zhǎng)和殼高。Zhu等[15]利用同樣的方法對(duì)黃鯰魚(yú)MSTN基因進(jìn)行多態(tài)性分析發(fā)現(xiàn),存在于該基因中的SNPs同樣影響到黃鯰魚(yú)的體長(zhǎng)、體寬、體高和體重。同樣有研究發(fā)現(xiàn),大比目魚(yú)MSTN基因中啟動(dòng)子區(qū)域355位點(diǎn)存在T-C的突變,并且該位點(diǎn)為C的純合體,雌性大比目魚(yú)體長(zhǎng)和體重相對(duì)較高(P<0.05)[16]。Wang等[17]對(duì)具有不同生長(zhǎng)性狀的2種文蛤群體的205個(gè)個(gè)體的FBA基因進(jìn)行了多態(tài)性檢測(cè),共發(fā)現(xiàn)4個(gè)SNPs,這些SNPs均會(huì)影響文蛤的能量代謝水平,從而推測(cè)可能與其體重相關(guān)。同樣,對(duì)文蛤磺基轉(zhuǎn)移酶MmeSULT基因的多態(tài)性分析顯示在該基因中存在3個(gè)SNPs位點(diǎn),其中位于MmeSUl-806位的突變與生長(zhǎng)性狀顯著相關(guān)(P<0.05),可以作為文蛤連鎖圖譜構(gòu)建的基因標(biāo)記[18]。張麗等[19]分析了紅鰭東方鲀黑皮質(zhì)素受體4(MC4R)基因編碼區(qū)的多態(tài)性,并于該基因48位和264位發(fā)現(xiàn)G-A的轉(zhuǎn)換突變,兩處點(diǎn)突變均未引起氨基酸改變,為同義突變,最小二乘分析結(jié)果顯示兩個(gè)突變位點(diǎn)對(duì)紅鰭東方鲀的體重、體長(zhǎng)、體高均沒(méi)有顯著性影響,可能是試驗(yàn)樣本數(shù)太小造成的。此外,還有大量水產(chǎn)動(dòng)物SNPs的研究,如Gross等[20]發(fā)現(xiàn)了能影響大西洋鮭體重的SNP,這個(gè)SNP存在于GH基因上。還有報(bào)道稱(chēng),存在于太平洋牡蠣THLGC閱讀框和PCHGS閱讀框中的SNPs會(huì)影響其內(nèi)收肌的表達(dá)水平[21]。

        2.3 SNPs在水產(chǎn)動(dòng)物繁殖性能方面的研究進(jìn)展

        克隆與水產(chǎn)動(dòng)物繁殖性能相關(guān)的基因并分析其多態(tài)性與繁殖性能之間的關(guān)聯(lián),將有助于解析水產(chǎn)動(dòng)物生殖內(nèi)分泌的遺傳調(diào)控機(jī)制,為提高水產(chǎn)動(dòng)物的繁殖能力奠定基礎(chǔ)。FOXL2基因在卵巢發(fā)育和粒層細(xì)胞分化過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用,具有維護(hù)卵巢功能的作用。Shi等[22]利用PCR-SSCP技術(shù)對(duì)52個(gè)雌性牙鲆的FOXL2基因做了多態(tài)性檢測(cè),共發(fā)現(xiàn)5個(gè)多態(tài)性位點(diǎn),分別為SNP1[A540C(Asn102His)和A591G(Asn119Asp)] ,SNP2[G864A(Lys210Glu)和G875A] 及SNP3(C1169A)。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),SNP1與性腺指數(shù)(GSI)顯著相關(guān)(P<0.05),SNP2與血清雌二醇水平呈顯著相關(guān)(P<0.05),位于3'UTR的SNP3與肝指數(shù)(HSI)顯著相關(guān)(P<0.05)。該研究表明FOXL2基因可以作為牙鲆分子輔助育種的候選基因。馬瑞芹[23]在牙鲆CYP17-I、CYP17-Ⅱ和CYP19A基因調(diào)控區(qū)發(fā)現(xiàn)的SNPs,影響到牙鲆血漿中睪酮(T)水平和性腺指數(shù)(GSI),與牙鲆的繁殖性能存在顯著性相關(guān)。另外,海膽中的Runx基因能影響胚發(fā)育并與全身的細(xì)胞發(fā)育與分化有關(guān)。葛輝等[24]在馬糞海膽Runx基因中發(fā)現(xiàn)兩處突變,分別為A663T的錯(cuò)意突變和C728T的同義突變。該錯(cuò)義突變使密碼子編碼的氨基酸由天冬氨酸變?yōu)槔野彼?,推測(cè)可能會(huì)導(dǎo)致Runx基因表達(dá)產(chǎn)物的變化,進(jìn)而會(huì)影響海膽的生理機(jī)能和繁殖性能。Wang等[25]發(fā)現(xiàn)蝦夷馬糞海膽Runt-1基因(Runx基因家族成員之一)833位G到A的同義突變會(huì)導(dǎo)致該位點(diǎn)為G的純合體個(gè)體比該位點(diǎn)為A的純合體個(gè)體有顯著增高的性腺重量(P=0.029)。

        2.4 SNPs在水產(chǎn)動(dòng)物其他方面的研究進(jìn)展

        在制作水產(chǎn)動(dòng)物的基因圖譜方面,SNP分子標(biāo)記發(fā)揮著無(wú)法取代的作用。而制作遺傳圖譜對(duì)于深入研究水產(chǎn)動(dòng)物基因組的相關(guān)功能和繁育優(yōu)良水產(chǎn)品種都是十分重要的。Castao-Sánchez等[26]利用SNP分子標(biāo)記構(gòu)建出了日本比目魚(yú)的基因圖譜。Moen等[27]利用SNP標(biāo)記為大西洋鱈魚(yú)建立了遺傳連鎖圖譜。 Stickney等[28]利用SNP和寡核苷酸微陣列技術(shù)構(gòu)建了斑馬魚(yú)的遺傳圖。Abadía-Cardoso等[29]利用已知基因組數(shù)據(jù)庫(kù)中的EST序列設(shè)計(jì)引物對(duì)虹鱒魚(yú)480個(gè)基因進(jìn)行了多態(tài)性分析,為構(gòu)建虹鱒魚(yú)的遺傳圖譜奠定了基礎(chǔ)。He等[30]對(duì)藍(lán)鯰魚(yú)和斑點(diǎn)叉尾鮰的EST序列進(jìn)行了比較分析發(fā)現(xiàn),每100 bp就有1.32個(gè)SNPs,該研究結(jié)果有利于藍(lán)鯰魚(yú)和斑點(diǎn)叉尾鮰的種間資源家系遺傳圖譜的構(gòu)建。此外,Garvin等[31]發(fā)現(xiàn)存在于太平洋北部不同區(qū)域的大麻哈魚(yú)種群中的SNPs嚴(yán)重影響了大麻哈魚(yú)在海洋中分布情況。

        3 結(jié)語(yǔ)

        SNPs 已在玉米、大豆、雞及豬等動(dòng)植物育種和生產(chǎn)中有許多應(yīng)用研究,主要集中在輔助育種、基因定位等方面[32,33]。盡管水產(chǎn)動(dòng)物的SNPs研究起步較晚,但已取得了一些進(jìn)展。今后,對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物SNPs位點(diǎn)的批量發(fā)掘及其與性狀的關(guān)聯(lián)性驗(yàn)證是水產(chǎn)動(dòng)物分子標(biāo)記育種研究的重點(diǎn)方向之一。

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