朱鹮基因组BAC文库及MHC基因组精细物理图谱的构建

朱鹮基因组BAC文库及MHC基因组精细物理图谱的构建

论文摘要

朱鹮(crested ibis, Nipponia nippon)是我国一级保护鸟类,也是世界濒危动物保护的旗舰物种之一。该物种自上世纪中后叶一度近乎灭绝以来,经过30多年的保护和繁育,已在个体数目上有了较显著的增长。但由于经历过极其严重的瓶颈,朱鹮种内的遗传多样性仍然很低,其种群在病原体等环境压力之下仍显脆弱,因此还并未完全摆脱灭绝的危险。主要组织相容性复合体(Major Histocompatibility Complex, MHC)是脊椎动物免疫系统的重要组成部分,对动物抵抗病原体、适应外界环境至关重要。不仅如此,MHC还在动物的亲缘识别、配偶选择等方面扮演着重要角色,与物种的繁衍也息息相关。因此,MHC分子的结构及功能、多态性及其维持机制、在性选择中发挥的作用及机制,等等,为保护生物学、免疫遗传学等诸多领域的学者所关注。而通过构建基因组细菌人工染色体(Bacterial Artificial Chromosome, BAC)文库,利用BAC来获得目标物种MHC的详细序列信息,是研究MHC的有效方法。基于BAC构建MHC详细的物理图谱,获得MHC区域内基因位置和序列信息,有助于全面而准确地分析物种MHC的特征,以及种间MHC的进化关系。综上原因,本研究构建了覆盖7.65倍基因组大小的具备4D-PCR筛选系统的朱鹮基因组BAC文库;同时还用Reverse-4D方法构建了基因组覆盖率更大的BAC文库,以作为前者的补充,并更好地保存朱鹮的基因组DNA资源。在MHC阳性BAC筛选及其测序的基础上,本研究构建了到目前为止首份鹮科鸟类的MHC基因组精细物理图谱,获得了朱鹮MHC区域的详细碱基序列。该图谱主要分为MHC核心区、BG区以及Ⅰ类区三大块,共约475kb。尽管上述三块MHC区域的位置关系仍待后续工作检验,但在其上已共预测到了包括MHC Ⅰ类、Ⅱα、Ⅱβ、DM、TAP、BG等基因在内的50个基因位点。朱鹮MHC在展现出与鸡等鸟类MHC结构大致相似的同时,更具有物种本身的特征。特别是MHC核心区Ⅱ类区域中存在相邻的α和β位点,提示了鸟类MHC结构的多种进化方向。目前朱鹮已知的MHC Ⅰ、Ⅱ类基因位点数以及MHC覆盖的区域大小,也进一步提示鸟类中存在的"minimal essential MHC"可能只属于鸡形目等少数鸟类,更多的鸟类MHC特征信息仍有待研究挖掘。由于鸟纲物种分布广泛,分类庞杂,且MHC在不同支系的鸟类中表现出多样的进化特征,因此需要有更多不同目乃至更低分类级的鸟类物种MHC的信息,才能全面而清晰地呈现出鸟类MHC分化及各自演化的历程。而本文的研究,使上述工作又向前迈出了一小步。同时,朱鹮MHC精细物理图谱的构建,以及详细MHC基因序列的获得,为今后以MHC为研究对象和切入点的朱鹮物种保护及繁育工作,提供了坚实基础。

论文目录

  • 致谢
  • 摘要
  • Abstract
  • 1 文献综述
  • 1.1 朱鹮研究现状
  • 1.1.1 朱鹮的生物学特征
  • 1.1.2 朱鹮相关研究概况
  • 1.1.3 朱鹮物种保护现状
  • 1.2 基因组细菌人工染色体(BAC)文库的发展及应用
  • 1.2.1 BAC载体以及BAC文库的发展
  • 1.2.2 BAC文库的阳性克隆筛选系统
  • 1.2.3 基因组BAC文库的应用
  • 1.3 主要组织相容性复合体(MHC)研究概况
  • 1.3.1 MHC的主要分类
  • 1.3.2 MHC与适应性进化
  • 1.3.3 鸟类MHC研究
  • 2 本论文的立项依据、研究内容和目的
  • 3 朱鹮基因组BAC文库的构建
  • 3.1 材料
  • 3.1.1 样品来源
  • 3.1.2 BAC载体和大肠杆菌菌株
  • 3.1.3 主要仪器设备
  • 3.1.4 主要试剂及耗材
  • 3.2 方法和步骤
  • 3.2.1 构建传统4D文库的方法和步骤
  • 3.2.2 构建Reverse-4D文库的方法和步骤
  • 3.2.3 朱鹮基因组BAC文库的检测和鉴定
  • 3.3 结果
  • 3.3.1 传统4D-PCR BAC文库各项结果
  • 3.3.2 Reverse-4D BAC文库各项结果
  • 3.4 讨论
  • 3.4.1 关于两种文库的构建和使用
  • 3.4.2 关于本研究中两种文库的质量差异
  • 4 朱鹮MHC BAC克隆重叠群的构建
  • 4.1 材料
  • 4.1.1 材料来源
  • 4.1.2 引物及其设计
  • 4.1.3 主要仪器设备
  • 4.1.4 主要试剂及耗材
  • 4.2 方法和步骤
  • 4.2.1 朱鹮基因组DNA的提取
  • 4.2.2 朱鹮MHC特异引物的获得
  • 4.2.3 朱鹮MHC阳性BAC克隆的筛选
  • 4.2.4 BAC插入片段末端序列的获得
  • 4.2.5 经由BAC实现在朱鹮MHC上的步移
  • 4.3 结果
  • 4.4 讨论
  • 5 朱鹮姗C基因组精细物理图谱的构建
  • 5.1 材料
  • 5.1.1 材料来源
  • 5.1.2 主要仪器设备
  • 5.1.3 主要试剂及耗材
  • 5.2 方法和步骤
  • 5.2.1 BAC克隆的测序及组装
  • 5.2.2 PCR
  • 5.2.3 数据分析
  • 5.3 结果
  • 5.3.1 朱鹮MHC基因组精细物理图谱构建
  • 5.3.2 朱鹮MHC序列分析
  • 5.3.3 不同物种MHC间的比较
  • 5.4 讨论
  • 6 主要结论、成果及创新点
  • 6.1 本研究的主要结论及成果
  • 6.2 创新点
  • 参考文献
  • 相关论文文献

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