四倍體鯽鯉及其相關(guān)父母本Hox基因的進(jìn)化研究.pdf

1、Hox基因是一類對(duì)生物個(gè)體發(fā)育有十分重要作用的轉(zhuǎn)錄因子基因家族，一般成簇的排列在染色體上的，且Hox基因在表達(dá)時(shí)遵循時(shí)空共線性。更為重要的是，Hox基因高度保守，是脊椎動(dòng)物進(jìn)化過程中發(fā)生過兩輪復(fù)制的重要分子證據(jù)，而本實(shí)驗(yàn)室在世界上首次培育成功的兩性可育并可連續(xù)傳代的四倍體鯽鯉新種群，為基因組加倍后基因組的進(jìn)化研究提供了寶貴的實(shí)驗(yàn)材料。本文主要以四倍體鯽鯉(4nAT)及其相關(guān)父母本為材料，對(duì)Hox基因同源框序列以及HoxC9a基因在基因組

2、加倍后的分子遺傳與進(jìn)化關(guān)系進(jìn)行研究，初步揭示四倍體鯽鯉這一自然界特殊種群的分子進(jìn)化規(guī)律，為脊椎動(dòng)物包括魚類在進(jìn)化過程中的基因組加倍提供資料和證據(jù)。本論文的主要研究結(jié)果如下：
　　 1.以四倍體鯽鯉及其相關(guān)親本的基因組DNA為模板，使用兩對(duì)特異兼并引物對(duì)Hox基因保守的同源框區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)增，回收擴(kuò)增片段，并對(duì)四倍體鯽鯉中152個(gè)克隆，紅鯽中88個(gè)，鯉魚中83個(gè)克隆進(jìn)行測序，片段長度為108bp或159bp。在四倍體鯽鯉、紅鯽和鯉魚中

3、分別篩選到了23個(gè)、22個(gè)、19個(gè)Hox基因家族的基因，在四倍體鯽鯉及其相關(guān)父母本中總共篩選到了29個(gè)特異的Hox基因。這些Hox基因片段的獲得為研究Hox基因簇的結(jié)構(gòu)提供了數(shù)據(jù)支持，并為在BAC文庫中檢測Hox基因簇打下了基礎(chǔ)。
　　 2.克隆片段中，HoxA3a，HoxA5a，HoxC10a這三個(gè)基因在四倍體鯽鯉及其相關(guān)親本中測得數(shù)目為149個(gè)，占所有測得的Hox基因片段克隆總數(shù)目的46.1％。HoxA3a、HoxA5a、H

4、oxC10a這三個(gè)基因在紅鯽和鯉魚的基因組中，均具有兩種亞型，且紅鯽中HoxA3a基因的一個(gè)亞型和HoxC10a的一個(gè)亞型與鯉魚的相同。HoxA5a在四倍體鯽鯉中檢測到了四種亞型，其中有兩個(gè)亞型與紅鯽相同，另兩個(gè)亞型與鯉魚一致。HoxA3a、HoxC10a這兩個(gè)基因在四倍體鯽鯉中都測得了三個(gè)亞型，其中一個(gè)亞型是紅鯽和鯉魚共有的，另外兩個(gè)亞型分別與紅鯽和鯉魚一致。四倍體鯽鯉中HoxA3a，HoxA5a，HoxC10a這三個(gè)基因所有亞型都來

5、自其相關(guān)親本，紅鯽和鯉魚。
　　 3.基于四倍體鯽鯉中42個(gè)、紅鯽中29個(gè)和鯉魚24個(gè)Hox基因片段的克隆序列，利用MEGA5.0軟件構(gòu)建進(jìn)化樹。在進(jìn)化樹上，來自四倍體鯽鯉、紅鯽和鯉魚同一個(gè)旁系同源組的Hox基因聚在一個(gè)大支。在這個(gè)進(jìn)化樹上，四倍體鯽鯉的36個(gè)Hox基因序列最先與其相關(guān)親本紅鯽或者鯉魚聚為一支，然后再與四倍體鯽鯉中該基因的其他亞型聚為一支，四倍體鯽鯉的遺傳物質(zhì)來自紅鯽與鯉魚。
　　 4.四倍體鯽鯉的152

6、個(gè)Hox基因序列中，HoxA10b的一個(gè)基因序列缺失兩個(gè)堿基，而HoxC13a的一個(gè)基因序列有兩個(gè)堿基的插入。紅鯽的88個(gè)Hox基因序列中，HoxA11a的一個(gè)基因缺失一個(gè)堿基。使用Jellyfish軟件等軟件分析判斷，這三個(gè)基因序列已經(jīng)假基因化。本研究以Hox基因?yàn)閷?duì)象，首次證明四倍體鯽鯉基因組中形成了假基因，這可能與基因組加倍后需要減少冗余的基因的有關(guān)。
　　 5.以四倍體鯽鯉及其相關(guān)親本的基因組DNA為模板，使用一對(duì)特異兼

7、并引物擴(kuò)增HoxC9a基因，片段長度約為1800bp，回收擴(kuò)增片段并克隆測序。分析比對(duì)四倍體鯽鯉及其相關(guān)親本的HoxC9a基因序列，結(jié)果表明HoxC9a的基因結(jié)構(gòu)為外顯子1-內(nèi)含子-外顯子2，其內(nèi)含子兩端堿基符合“GT-AG”的規(guī)則。四倍體鯽鯉HoxC9a基因除了擁有來自紅鯽和鯉魚的亞型外，在四倍體鯽鯉HoxC9a基因中存在一種重組亞型，交換重組發(fā)生在內(nèi)含子區(qū)域，其亞型前半部分核苷酸序列與鯉魚一致，后半部分核苷酸序列與紅鯽一致，這個(gè)重組