CN110468218B - 一种山羊igf2bp1基因***/缺失标记的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种山羊IGF2BP1基因***/缺失标记的检测方法:以待测山羊全基因组DNA为模板,通过PCR扩增山羊IGF2BP1基因部分片段,再进行琼脂糖凝胶电泳,根据电泳结果鉴定山羊IGF2BP1基因15‑bp***/缺失多态性位点和5‑bp***/缺失多态性位点的基因型。所述山羊IGF2BP1基因的15‑bp和5‑bp***/缺失多态性位点的不同基因型及两个位点的组合基因型与陕北白绒山羊的产羔数性状存在显著相关关系,可以作为提高山羊产羔数性状的DNA标记。本发明提供的检测山羊IGF2BP1基因***/缺失标记的方法,可应用于山羊分子标记辅助选择育种中,加快建立优良山羊遗传资源群体。
Description
技术领域
本发明属于生物技术与家畜育种领域,涉及山羊IGF2BP1基因NC_rs647937245:g.37168307-37168321位15-bp***/缺失多态性(InDel)位点和NC_rs662236553:g.37147312-37147316位5-bp***/缺失多态性(InDel)位点的快速、准确分型检测及其在分子标记辅助选择(MAS)育种中的应用。
背景技术
动物育种新技术的发展使产量较以往发生了较大变化,但畜禽生长环境经常变化,加之消费者喜好和适口性的变化、全球人口的增长等,使动物育种面临新品种改良的挑战。与产量稳定和持续性相关的性状将是动物育种的聚焦点。在育种方法上,除充分利用传统育种技术改良动物性状外,近年来,利用DNA标记技术,例如,DNA标记辅助选择(Marker-assisted Selection,MAS)显著提高选择的准确性和选择效率。分子标记辅助选择可以从分子水平上快速准确地分析个体的遗传组成,从而实现对基因型的直接选择,进行分子育种(薛梅2015)。作为重要的一类分子标记辅助选择技术,***/缺失多态性(insertion/deletion,InDel)是DNA或蛋白质序列水平上发生频率仅次于残基替换的改变,表现为基因组中***或缺失了不同大小的DNA片段。与SNP相比,InDel均是源于单突变事件,其突变频率较低,相对比较稳定,能够通过很小的扩增子(<50bp)进行扩增。
第一个人类基因组的***/缺失图谱于2006年创建(Mills et al,2006),通过对InDel位点序列分析,将InDel分成5大类:(1)单碱基对***/缺失;(2)单碱基***/缺失;(3)2–15bp重复单元的多碱基对***/缺失;(4)转座子***;(5)随机DNA序列***/缺失。随着比较基因组学的深入研究,indel为理论研究和遗传育种应用研究提供了大量的生物信息,其作为新一代的遗传学鉴定标记,多集中在人类和各种农作物(如水稻和玉米等)的基因组研究中,在反刍动物上研究和应用甚少。因此,对反刍动物的功能性基因的indel标记研究亟待开拓和深入,尤其应用于反刍动物繁殖性状的选育方面尤为迫切。
在高产、优质和高效的山羊育种目标上,通过对在DNA水平上筛查的与山羊产羔数性状密切相关的DNA标记进行基因多态性的检测,从而利用MAS加快建立优良产羔数性状山羊种群一直是关注热点。
山羊IGF2BP1基因位于19号染色体上,具有15个外显子与14个内含子,长度约为4.0kb,其cDNA可以编码576个氨基酸的完整开放阅读框。IGF2BP1基因又名IMP1、ZBP1、CRDBP,VICKZ1,通过全基因组分析发现,IGF2BP1是鸭子生长和羽毛颜色的主要基因(Zhouet al.,2018)。IGF2BP1蛋白属于IGF2BP蛋白家族,是一组保守的RNA结合蛋白,已知在转录后水平调控RNA的稳定性,是一种主要表达于胚胎组织和癌细胞的癌胚蛋白。IGF2BP1蛋白包含四个K同源域和两个RNA识别基序,它的功能是通过与某些基因的mRNA结合并调节它们的翻译。已发现IGF2BP1基因有两种编码不同亚型的转录变体。其相关通路包括Wnt/Hedgehog/Notch通路和GPCR信号转导通路。IGF2BP1基因的表达具有组织特异性,仅在少数几种组织中表达,如睾丸、胎盘、肾脏等,其中在睾丸和胎盘中可以高度表达(Fagerberg etal.,2014)。但目前尚未见到关于IGF2BP1基因InDel位点及其与产羔数等性状存在显著相关的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种山羊IGF2BP1基因***/缺失标记的检测方法,可以快速建立优良性状的山羊遗传资源群体。
为达到上述目的,本发明采用了以下技术方案:
一种山羊IGF2BP1基因***/缺失多态性的检测方法,包括以下步骤:
以待测山羊全基因组DNA为模板,以引物对P1和P2为扩增引物,利用PCR分别扩增包含山羊IGF2BP1基因第2内含子***/缺失多态性位点IGF2BP1-P1的片段和包含山羊IGF2BP1基因3'调控区***/缺失多态性位点IGF2BP1-P2的片段,对PCR扩增产物进行电泳,根据电泳结果鉴定待测山羊个体在对应***/缺失多态性位点的基因型;所述***/缺失多态性位点IGF2BP1-P1选自山羊IGF2BP1基因NC_rs647937245:g.37168307-37168321位15-bp***/缺失多态性位点,***/缺失多态性位点IGF2BP1-P2选自山羊IGF2BP1基因NC_rs662236553:g.37147312-37147316位5-bp***/缺失多态性位点。
优选的,所述引物对P1为:
上游引物:5'-TGTGATGCAGATACCGTGAA-3'(20nt);
下游引物:5'-CGTGAACCTGATCTAAGGAGG-3'(21nt);
所述引物对P2为:
上游引物:5'-CTGGATTTCACACGGGGTCT-3'(20nt);
下游引物:5'-TCCTTTACCCTGAGCTCTCCA-3'(21nt)。
优选的,所述PCR采用的反应程序为:95℃预变性5min;94℃变性30s,68℃退火30s,72℃延伸15s,18个循环,每循环后退火温度减1℃;50℃退火30s,72℃延伸15s,32个循环;72℃延伸10min。
优选的,所述电泳采用质量浓度为3.5%的琼脂糖凝胶。
优选的,根据电泳结果,15-bp***/缺失多态性位点IGF2BP1-P1的***/***基因型(II)表现为152bp一条带纹,***/缺失基因型(ID)表现为152bp和137bp两条带纹,缺失/缺失基因型(DD)表现为137bp一条带纹;5-bp***/缺失多态性位点IGF2BP1-P2的***/***基因型(II)表现为96bp一条带纹,***/缺失基因型(ID)表现为96bp和91bp两条带纹,缺失/缺失基因型为91bp一条带纹。
一种山羊IGF2BP1基因***/缺失多态性的检测试剂盒,该试剂盒包括用于分别PCR扩增上述山羊IGF2BP1基因第2内含子和3'调控区的***/缺失多态位点的引物对(例如,上述引物对P1和P2)。
上述山羊IGF2BP1基因***/缺失多态性的检测方法在山羊分子标记辅助选择育种中的应用。
优选的,所述***/缺失多态性位点IGF2BP1-P1及***/缺失多态性位点IGF2BP1-P2的***/***基因型(II)及其组合(II-II)可以作为提高山羊产羔数的DNA标记。
本发明的有益效果体现在:
本发明根据山羊IGF2BP1基因第2内含子15-bp***/缺失多态性位点(参考序列NC_rs647937245:g.37168307-37168321)和山羊IGF2BP1基因3'调控区5-bp***/缺失多态性位点(参考序列NC_rs662236553:g.37147312-37147316)设计引物,以山羊基因组DNA为模板,通过序列扩增、电泳鉴定,能够简单、快速、低成本、精确地检测各***/缺失多态性位点的基因型。
本发明对山羊(例如,陕北白绒山羊)IGF2BP1基因15-bp***/缺失多态性位点(参考序列(NC_rs647937245:g.37168307-37168321)和5-bp***/缺失多态性位点(参考序列NC_rs662236553:g.37147312-37147316)进行基因型和基因频率分析,对各***/缺失多态性位点及其组合与山羊生产性状进行关联分析,结果表明本发明检测的两个***/缺失多态性位点能够作为山羊产羔数的分子标记位点,从而加快建立产羔数性状优良的山羊种群,提高良种选育速度。
附图说明
图1为山羊IGF2BP1基因15-bp***/缺失多态性(InDel)位点的扩增产物(引物对P1)的琼脂糖凝胶电泳图;M表示Marker。
图2为山羊IGF2BP1基因5-bp***/缺失多态性(InDel)位点的扩增产物(引物对P1)的琼脂糖凝胶电泳图;M表示Marker。
图3为山羊IGF2BP1基因PCR扩增产物测序图,其中:黑色方框标出的部分表示15-bp缺失序列(NC_rs647937245:g.37168307-37168321delATCCCGAGAAGCTGG)。
图4为山羊IGF2BP1基因PCR扩增产物测序图,其中:黑色方框标出的部分表示5-bp缺失序列(NC_rs662236553:g.37147312-37147316delAGTTA)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明利用PCR方法对所发现的山羊IGF2BP1基因(参考序列:NC_030826.1)突变可能产生的***/缺失多态性进行检测,并将其与山羊产羔数性状进行关联分析,验证其是否存在可以作为山羊分子育种中辅助选择的分子标记。
1.实验药品与试剂
1.1生化试剂与生物学试剂:①Taq DNA聚合酶(购自Fermantas即MBI公司);②蛋白酶K(购自华美生物工程公司);③Marker I(购自天根生化科技(北京)有限公司)。
1.2普通试剂:柠檬酸、柠檬酸钠、葡萄糖、Tris、EDTA、NaCl、NaOH、KCl、Na2HPO4、KH2PO4、Tris饱和酚、氯仿、异戊醇、无水乙醇、醋酸钠、十二烷基磺酸钠(SDS)、溴化乙锭(EB)、溴酚蓝、二甲基苯氰FF、乙酸、蔗糖、硼酸、琼脂糖等;普通试剂从华美生物工程公司购买,为进口分装产品。
1.3溶液与缓冲液:所有溶液与缓冲液均采用去离子超纯水配制。高压灭菌条件为15bf/in(1.034×105Pa)、25min。试剂配制方法均参考Sambrook等编著的《分子克隆实验指南》;
1)提取组织样DNA所用溶液
①2mol/L NaCl:11.688g溶于水,定容至100mL,高压灭菌;
②组织DNA提取液(100mL):lmol/L Tris-HCl(pH 8.0)lmL、0.5mol/L EDTA(pH8.0)20mL,及2mol/L NaCl 5mL,定容至100mL。
2)琼脂糖凝胶电泳分析所用溶液
①0.5×TBE缓冲液:取10×TBE 50mL定容至1000mL;
②上样缓冲液:含0.25%溴酚蓝以及0.25%二甲苯青FF,溶剂为40.0%(w/v)蔗糖水溶液。
2.设计山羊IGF2BP1基因InDel位点扩增引物
在NCBI上检索山羊IGF2BP1基因的序列(NC_030826.1),并利用Primer 5.0设计能够扩增IGF2BP1基因多个候选InDel位点DNA片段的引物,其中能够扩增山羊IGF2BP1基因第2内含子区域InDel位点(NC_rs647937245:g.37168307-37168321位15-bp***/缺失多态性位点IGF2BP1-P1)的PCR引物对为P1,能够扩增山羊IGF2BP1基因3'调控区InDel位点(NC_rs662236553:g.37147312-37147316位5-bp***/缺失多态性位点IGF2BP1-P2)的PCR引物对为P2。引物对P1和P2序列见表1(引物设计完成时间2018年12月)。
表1.山羊IGF2BP1基因InDel位点扩增引物表
上述引物对P1和P2对山羊基因组扩增,能够分别扩增包含山羊IGF2BP1基因第2内含子的候选InDel位点(NC_rs647937245:g.37168307-37168321delATCCCGAGAAGCTGG)和3'调控区的候选InDel位点(NC_rs662236553:g.37147312-37147316delAGTTA)的片段。理论上,当山羊IGF2BP1基因15-bp InDel位点的序列ATCCCGAGAAGCTGG缺失时,利用引物对P1进行PCR扩增所得到的是137bp大小的带纹;当IGF2BP1基因15-bp InDel位点的序列ATCCCGAGAAGCTGG存在(***)时,利用引物对P1进行PCR扩增所得到的是152bp大小的带纹;当IGF2BP1基因15-bp InDel位点的序列ATCCCGAGAAGCTGG在一个等位基因上出现***,在另一个等位基因上出现缺失时,利用引物对P1进行PCR扩增所得到的是大小分别为152bp和137bp的带纹。理论上,当山羊IGF2BP1基因5-bp InDel位点的序列AGTTA缺失时,利用引物对P2进行PCR扩增所得到的是91bp大小的带纹;当IGF2BP1基因5-bp InDel位点的序列AGTTA存在(***)时,利用引物对P2进行PCR扩增所得到的是96bp大小的带纹;当IGF2BP1基因5-bp InDel位点的序列AGTTA在一个等位基因上出现***,在另一个等位基因上出现缺失时,利用引物对P2进行PCR扩增所得到的是大小分别为96bp和91bp的带纹。
3.以引物对P1和P2 PCR扩增待测山羊IGF2BP1基因片段
3.1山羊耳组织样品的采集
实验所用的动物共计2043个样本,具体信息见表2。产羔数性状数据由原种场或种羊场工作人员测量,采取个体耳组织样品,样品用70%乙醇保存,冰盒低温带回实验室后置于-80℃冻存。
表2.采样信息
3.2组织样品基因组DNA的提取与分离
参考Sambrook等编著的《分子克隆实验指南》(2002)和以下文献:蓝贤勇.山羊重要功能基因遗传变异及其与经济性状的关系[D.]西北农林科技大学博士学位论文,2007,陕西杨凌。
3.3琼脂糖凝胶电泳检测DNA
参考Sambrook等编著的《分子克隆实验指南》(2002)。
3.4DNA的纯化
参考Sambrook等编著的《分子克隆实验指南》(2002)。
3.5分光光度法检测DNA
用紫外光光度计测定DNA样品在260nm、280nm处的OD值。计算DNA含量和OD260/OD280的比值。如OD260/OD280比值小于1.6,说明样品中含有较多的蛋白质或酚,则应进行纯化;若比值大于1.8,则应该考虑去除RNA纯化。
DNA浓度(ng/μL)=50×OD260值×稀释倍数。
DNA检测完毕后,取出一定的量稀释至50ng/μL,存于-20℃备用,其余的存放于-80℃。
3.6 PCR扩增
PCR反应体系采用混合加样法,即根据每一个反应体系所需的各种组分的数量和1次反应所需的PCR反应的个数,算出各种反应组分的总量,加入到1个1.5mL离心管中,充分混匀后瞬时离心,再分装到每个0.2mL Eppendorf PCR管中,然后加入模板DNA(浓度为50ng/μL山羊基因组DNA),再瞬时离心后进行PCR扩增;PCR反应体系包括2×Taq PCRSuperMix(包括Taq DNA聚合酶、dNTPs和反应缓冲液,浓度为2×)6.5μL;上游引物0.5μL;下游引物0.5μL(上下游引物浓度为10pmol/μL);基因组DNA0.8μL;去离子水4.7μL;共13.0μL。
3.7PCR反应的程序
95℃预变性5min;94℃变性30s,68℃退火30s,72℃延伸15s,18个循环,每循环后退火温度减1℃;50℃退火30s,72℃延伸15s,32个循环;72℃延伸10min。
4.PCR扩增产物的琼脂糖凝胶电泳检测分析
琼脂糖凝胶电泳检测分3步:1)制作3.5%的琼脂糖凝胶,使用核酸染料染色,点样4.5μL,点样后120V电压电泳1.0~1.2h;2)待分子量不同的DNA片段分离清晰时,在BIO-RADGel Doc 2000凝胶成像***成像;3)根据琼脂糖凝胶电泳结果分析位点多态性;
对于陕北白绒山羊IGF2BP1基因第2内含子存在的15-bp***/缺失多态性(15-bpInDel)位点(NC_rs647937245:g.37168307-37168321delATCCCGAGAAGCTGG),其在不同山羊个体中的多态性分析结果参见图1,PCR的扩增产物(引物对P1)经琼脂糖凝胶电泳检测之后,所扩增的对应***/缺失多态性位点的***/***基因型(II)表现为152bp一条带纹,***/缺失基因型(ID)表现为152bp和137bp两条带纹,缺失/缺失基因型(DD)表现为137bp一条带纹。
对于陕北白绒山羊IGF2BP1基因3'调控区存在的5-bp***/缺失多态性(5-bpInDel)位点(NC_rs662236553:g.37147312-37147316delAGTTA),其在不同山羊个体中的多态性分析结果参见图2,PCR的扩增产物(引物对P2)经琼脂糖凝胶电泳检测之后,所扩增的对应***/缺失多态性位点的***/***基因型(II)表现为96bp一条带纹,***/缺失基因型(ID)表现为96bp和91bp两条带纹,未检测到缺失/缺失基因型(DD)的带纹。
以上电泳分析结果经测序均进行了验证(图3、图4)。
5.山羊IGF2BP1基因InDel位点的频率统计分析
1)基因和基因型频率
基因型频率是指一个群体中某一性状的某种基因型个体数占总个体数的比率。PYY=NYY/N,其中PYY代表某一位点的YY基因型频率;NYY表示群体中具有YY基因型的个体数;N为检测群体的总数量。
基因频率是指一个群体中某一基因数对其等位基因总数的相对比率。计算的公式可以写成:PY=(2NYY+NYa1+NYa2+NYa3+NYa4+……+NYan)/2N
式中,PY表示等位基因Y频率,NYY表示群体中具有YY基因型的个体数量,NYai表示群体中具有Yai基因型个体数量,a1~an为等位基因Y的n个互不相同的复等位基因。
2)统计结果
陕北白绒山羊样本IGF2BP1基因15-bp和5-bp***/缺失多态性位点的基因型频率及等位基因频率如表3所示。
表3.陕北白绒山羊IGF2BP1基因InDel位点基因频率分布表
6.山羊IGF2BP1基因InDel位点基因效应的关联分析
基因型数据:PCR扩增后琼脂糖凝胶电泳识别的基因型;
生产数据:陕北白绒山羊的头胎产羔数。
关联分析模型:利用SPSS(23.0)软件来分析品种,不同因素与产羔数性状相关性。首先要对所得数据描述性的统计分析,来确定是不是存在离群值。然后根据数据的特性,利用方差分析、多元线性模型或者t分析进而来分析基因型的效应。在数据处理的过程中,考虑到个体的效应,基因之间的互作以及基因型的效应,采用固定的模型来进行相关分析。此外,根据实际条件来进行取舍,完整模型:Yijlm=μ+Si+HYSj+Gl+eijlm;其中,Yijlm:个体表型记录;μ:总体均值;Si:产仔年限效应;HYSj:山羊群体均值;Gl:基因型的固定效应;eijlm:随机误差。关联分析结果如表4所示。
表4.山羊IGF2BP1基因InDel位点与陕北白绒山羊产羔数性状关联分析
注:平均值肩上字母不同表示差异显著
由表4可以看出,在对2043只陕北白绒山羊的产羔数性状研究中,IGF2BP1基因15-bp InDel多态性对产羔数有极显著影响(P<0.01),II基因型个体性状优于ID基因型个体;在对1467只陕北白绒山羊的产羔数性状研究中,IGF2BP1基因5-bp InDel多态性对产羔数有极显著影响(P<0.01),II基因型个体性状优于ID基因型个体。
表5.山羊IGF2BP1基因15-bp和5-bp InDel位点组合基因型与陕北白绒山羊产羔数性状分析
注:组合基因型分析按照15-bp(IGF2BP1-P1)和5-bp(IGF2BP1-P2)的顺序排列,平均值肩上字母不同表示差异显著
由表5看出,当进行组合基因型分析,II-II组合基因型产羔数最多,ID-ID组合基因型产羔数最低(P<0.01)。因此,山羊IGF2BP1基因15-bp***/缺失多态性位点(NC_rs647937245:g.37168307-37168321delATCCCGAGAAGCTGG)和5-bp***/缺失多态性位点(NC_rs662236553:g.37147312-37147316delAGTTA)的组合基因型II-II基因型可作为山羊产羔数的DNA分子标记。
总之,本发明利用PCR扩增方法检测山羊IGF2BP1基因15-bp***/缺失多态性位点(NC_rs647937245:g.37168307-37168321delATCCCGAGAAGCTGG)和5-bp***/缺失多态性位点(NC_rs662236553:g.37147312-37147316delAGTTA)的基因型,并将其与陕北白绒山羊的头胎产羔数进行关联分析,发现了可以作为山羊分子育种中辅助选择的分子标记,从而加快良种选育速度。本发明所建立的山羊IGF2BP1基因***/缺失多态性的检测方法,为利用InDel实现山羊产羔数性状的标记辅助选择(MAS)提供了理论和实践依据。
<110> 西北农林科技大学
<120> 一种山羊IGF2BP1基因***/缺失标记的检测方法
<160> 6
<210> 1
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工合成
<400> 1
tgtgatgcag ataccgtgaa 20
<210> 2
<211> 21
<212> DNA
<213> 人工合成
<400> 2
cgtgaacctg atctaaggag g 21
<210> 3
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工合成
<400> 3
ctggatttca cacggggtct 20
<210> 4
<211> 21
<212> DNA
<213> 人工合成
<400> 4
tcctttaccc tgagctctcc a 21
<210> 5
<211> 15
<212> DNA
<213> NC_rs647937245:g.37168307-37168321位缺失序列
<400> 5
atcccgagaa gctgg 15
<210> 6
<211> 5
<212> DNA
<213> NC_rs662236553:g.37147312-37147316位缺失序列
<400> 6
agtta 5
Claims (2)
1.一种检测山羊IGF2BP1基因***/缺失多态性的方法在辅助提高陕北白绒山羊产羔数育种中的应用,其特征在于:所述检测山羊IGF2BP1基因***/缺失多态性的方法包括以下步骤:
以待测山羊基因组DNA为模板,利用PCR扩增包含山羊IGF2BP1基因内含子区***/缺失多态性位点IGF2BP1-P1的片段和包含山羊IGF2BP1基因3' 调控区***/缺失多态性位点IGF2BP1-P2的片段,对扩增产物进行电泳,根据电泳结果鉴定对应***/缺失多态性位点的基因型;所述***/缺失多态性位点IGF2BP1-P1为rs647937245,所述***/缺失多态性位点IGF2BP1-P2为rs662236553;
根据电泳结果,所述***/缺失多态性位点IGF2BP1-P1的***/***基因型表现为152bp一条带纹,所述***/缺失多态性位点IGF2BP1-P1的***/缺失基因型表现为152 bp和137 bp两条带纹,所述***/缺失多态性位点IGF2BP1-P1的缺失/缺失基因型表现为137bp一条带纹;所述***/缺失多态性位点IGF2BP1-P2的***/***基因型表现为96 bp一条带纹,所述***/缺失多态性位点IGF2BP1-P2的***/缺失基因型表现为96 bp和91 bp两条带纹,所述***/缺失多态性位点IGF2BP1-P2的缺失/缺失基因型为91bp一条带纹;
所述***/缺失多态性位点IGF2BP1-P1采用的PCR扩增引物对为:
上游引物:5'- TGTGATGCAGATACCGTGAA -3';
下游引物:5'- CGTGAACCTGATCTAAGGAGG -3' ;
所述***/缺失多态性位点IGF2BP1-P2采用的PCR扩增引物对为:
上游引物:5'- CTGGATTTCACACGGGGTCT -3';
下游引物:5'- TCCTTTACCCTGAGCTCTCCA -3' ;
所述应用为选择***/缺失多态性位点IGF2BP1-P1和***/缺失多态性位点IGF2BP1-P2的***/***基因型的陕北白绒山羊来提高山羊产羔数。
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于:所述PCR采用的反应程序为:95℃预变性5min;94℃变性30 s,68℃退火30 s,72℃延伸15 s,18个循环,每个循环后退火温度下降1℃;50℃退火30 s,72℃延伸15 s,32个循环;72℃延伸10 min;所述电泳采用质量浓度为3.5% 的琼脂糖凝胶。
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