微卫星标记遗传多样性的度量指标及影响因素

微卫星标记遗传多样性的度量指标及影响因素

乔利英;袁亚男

【摘要】本研究对微卫星标记分析畜禽遗传多样性的方法、步骤、度量指标、影响因素及影响因素的原因、解决对策等进行了分析讨论,并对微卫星标记在绵、山羊遗传多样性上的应用与研究进展作了概述,为遗传育种工作提供参考依据.

【期刊名称】《中国畜牧兽医》

【年(卷),期】2010(000)001

【总页数】5页(P107-111)

【关键词】微卫星标记;遗传多样性;PCR;遗传变异;遗传距离

【作者】乔利英;袁亚男

【作者单位】山两农业大学动物科技学院,太谷030801;山两农业大学动物科技学院,太谷030801

【正文语种】中文

【中图分类】Q75

家畜遗传多样性是动物遗传育种研究的基础,通过对其进行评估,可了解家畜品种的遗传结构、生活背景,分析其进化的历史及探讨品种濒危的原因和现状,提出合理的保种措施。近年来,微卫星DNA(microsatellite DNA)在度量品种遗传多样性、估计品种间遗传距离及构建系统发生树等研究中显示出的优势,被认为是各类遗传标记中最有价值的一种。本研究主要对微卫星标记分析畜禽遗传多样性的度量指标、

影响因素及微卫星遗传多样性在绵、山羊上的应用与研究进展作了概述,为绵、山

羊的遗传育种工作提供参考依据。

1 微卫星标记的检测程序

从动物血液或组织中提取基因组DNA,选择特异性较高的引物通过聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)技术进行DNA扩增。PCR技术的反应体系与

条件的优化至关重要,特别是引物的特异性高低直接影响到分析结果的准确性。然

后在1%～2%的琼脂糖凝胶上检测有无产物带,再取检测阳性产物用6%～10%聚

丙烯酰胺凝胶电泳分离,用数字凝胶成像分析系统进行等位基因分型。据研究,微卫

星产物在非变性聚丙烯酰胺凝胶中,表现为有较多的非特异带,而在变性胶中微卫星

扩增产物条带清晰,易于鉴定(曲鲁江等,2004)。

2 遗传多样性的度量指标及影响因素

2.1 等位基因频率和等位基因数

2.1.1 等位基因频率(allele frequencies)微卫星呈共显性遗传,其基因型直接反映表型。群体中频率最高的等位基因是该物种中最原始、最保守的等位基因,其余等位

基因是进化过程中由该等位基因突变形成,因此微卫星的多态性能够反映物种的进

化历史。由于其他指标的计算主要以等位基因频率为基础,故如果等位基因频率的

计算出现错误或误差,将会影响到其他指标的准确性。

式中Pi为第i个等位基因的频率;nii为第i个等位基因纯合的个体数;jn为与i共显的第n个等位基因;nijn为含有i与jn共显等位基因的个体数;N为群体中的个体数。有的等位基因只在某一品种中出现,而且该等位基因频率在该品种中较高,则可以作

为该品种的标记,当然也不排除因为其他品种个体数有限而未检测到的可能。有些

等位基因在某一品种中未检测到,是否与品种特性有关就有待进一步研究。由此,需

要关注的问题是无效等位基因的存在,这会导致低估等位基因频率、杂合度及遗传

距离。

2.1.2 有效等位基因数有效等位基因数(effective number of alleles,ne)ne等于基因纯合度的倒数,是衡量群体遗传变异的一个指标。ne等位基因在群体中分布的越均匀,越接近实际检测到的等位基因的个数。群体的平均有效等位基因数(He)等于各个座位上的ne的算术平均数。

式中Pij为第i个座位上第j个等位基因的频率;m为第j个座位的等位基因数;ne 为第i个座位上的等位基因的有效数目;n为所测定座位的总数(王杰等,2006;宋彦红等,2007;闫路娜等,2004;欧阳叙向等,2005)。

2.1.3 等位基因丰度等位基因丰度(allelic richness,rs)是独立于样本大小的一个等位基因数的度量,因而可用来比较不同样本大小下的等位基因数。

2.2 杂合度、基因多样性和多态信息含量

2.2.1 杂合度杂合度(heterozygosity,H)是度量群体遗传变异的一个最适参数,平均基因杂合度的大小可反映遗传变异程度的高低。

群体内某一座位的杂合度:h=1-

平均杂合度:H=

式中Pi为某一座位上第i个等位基因的频率;n为某一座位上的等位基因数;hj为第j座位的杂合度;r为座位个数;H为群体内平均杂合度。另外,还有其他的杂合度采取不同的计算方式,如观察杂合度、期望杂合度、群体内平均杂合度及总群体的平均杂合度等。

2.2.2 基因多样性基因多样性(Nei's unbiased gene diversity)是根据Nei(1987)的无偏估计量来估计每个群体的各基因座的基因多样性。该无偏估计量既考虑了观察杂合度和期望杂合度,同时还考虑了样本的大小。

式中nk为第k个群体的个体数,pik为第k个群体中Ai的等位基因频率,Hok为第k个群体的观察杂合度。

2.2.3 多态信息含量多态信息含量(polymorphism information content,PIC)是表示微卫星DNA变异程度高低(微卫星座位多态性)的一个指标。

式中Pi、Pj分别为群体中第i、j个等位基因频率,n为等位基因个数。当PIC＞0.5时,该座位为高度多态性座位;当0.25＜PIC＜0.5时,该座位为中度多态性座位;当PIC＜0.25时,该位点为低度多态性座位。PIC和H都能反映群体内个体遗传变异的程度,数值高说明遗传变异就大,反之则群体内的遗传变异小。

2.3 F-统计量 F-统计量(F-statistics)是指杂合性基因多样性的比率,可以看作是估计近交的参数,用来测量亚群体间的分化程度。

①Wright's F-统计量:描述亚群内(FIS)、亚群间(FST)及整个群体内(FIT)类似于近交效应的量,即观察的杂合度较期望杂合度低,该效应被称为Wahlund效应(Wright,1977,1965)。

近交系数(FIS)衡量因亚群内的非随机交配引起的个体杂合度降低;固定指数(FST)衡量群体再分效应,表示因遗传漂变引起的一个亚群的杂合度降低程度。总体近交系数(FIT)即相对于总群体一个个体的总体近交系数,包括来自亚群内的非随机交配(FIS)造成的和因群体再分(FST)造成的近交系数两部分。

三者的关系:1-FIT=(1-FIS)×(1-FST)

式中Ho为观察杂合度;Hs为平均的期望杂合度;Ht为总的期望杂合度。

如果不同群体组合的FST值均较低,说明种群间可能存在大量的基因迁移或有较近的亲缘关系。而FIS值较高,说明群体内近交程度较高。

②Nei's F-统计量: