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大林姬鼠和黑线姬鼠苦味受体基因的克隆与进化分析

2020-12-08阅读(640)

大林姬鼠和黑线姬鼠苦味受体基因的克隆与进化分析

论文摘要

味觉是动物觅食的基础。动物的味觉可分为5种:甜、咸、酸、苦和鲜味,不同的味觉执行的功能不同。其中,苦味是动物识别有毒有害食物的重要基础,也是动物进行有害物质防御的途径之一,可以帮助动物减少有毒物质的摄入,对动物生存、繁殖、进化等具有重要影响。动物的味觉功能依靠味蕾实现,味蕾是由味觉受体细胞组成,而味觉受体蛋白由味觉基因表达实现,因此对动物味觉基因的研究,具有重要生态学意义。目前关于苦味受体基因的研究,集中在哺乳动物苦味受体基因在不同食性物种间的适应性进化、功能分析等方面。关于啮齿动物苦味受体基因的研究主要在小鼠和大鼠中,对其它啮齿动物尤其是同域近缘物种的比较研究则相对较少。因此,本课题将以大林姬鼠(Apodemus peninsulae)和黑线姬鼠(A.agrarius)为主要研究对象,采用一代测序的方法克隆两种鼠的苦味受体基因,并采用TBLASTN获得其它啮齿动物的苦味受体基因。利用Oligo7.0、Blastn、Clustal W、Mega7.0、PAML4.0、DAMBE、Fig Treev1.4.3、Mrbayes3.2.1、PAUP、TMHMM server 2.0、Bio Edit、Ex PASy Proteomics Server、Timetree等生物信息学软件,对获得的苦味受体基因的碱基组成、蛋白结构、系统发育、选择压力及跨膜结构等进行分析。本研究的主要内容和结果如下:1.利用一代测序方法,获得了大林姬鼠和黑线姬鼠的苦味基因家族序列。两种鼠均有25个苦味基因,但基因构成不同。大林姬鼠包括23个功能性苦味受体基因(Tas2r2,Tas2r3,Tas2r4,Tas2r5,Tas2r6,Tas2r7,Tas2r10,Tas2r13,Tas2r15,Tas2r16,Tas2r17,Tas2r19,Tas2r20,Tas2r25,Tas2r29,Tas2r34,Tas2r35,Tas2r36,Tas2r38,Tas2r39,Tas2r41,Tas2r43,Tas2r44),1个部分基因(Tas2r40)和1个假基因(Tas2r14);黑线姬鼠包括21个功能性苦味受体基因(Tas2r3,Tas2r4,Tas2r5,Tas2r6,Tas2r7,Tas2r10,Tas2r13,Tas2r15,Tas2r16,Tas2r17,Tas2r19,Tas2r25,Tas2r29,Tas2r34,Tas2r35,Tas2r29,Tas2r34,Tas2r35,Tas2r36,Tas2r38,Tas2r39,Tas2r41,Tas2r43,Tas2r44),2个部分基因(Tas2r20,Tas2r40)和2个假基因(Tas2r2,Tas2r14)。苦味基因CDS序列长度大多在930 bp左右,功能性基因氨基酸序列都具有7跨膜结构。2.TBLASTN结果显示,苦味受体基因在不同的鼠中构成和数量都存在差异。3.系统发育分析结果表明,大林姬鼠和黑线姬鼠聚在一支,说明苦味受体基因在啮齿动物中比较保守;其拓扑结构和细胞色素B的拓扑结构相同。4.选择压力分析结果表明,苦味受体基因在进化过程中呈现净化选择;大林姬鼠和黑线姬鼠的苦味受体基因发生了正选择突变,大林姬鼠的Tas2r20基因正选择位点为:46P,54L和Tas2r34正选择位点为28I、88S、111C、225V,黑线姬鼠Tas2r36基因的正选择位点为83M。这些正选择位点位于苦味受体结构的胞外区和跨膜区。5.不同食性物种苦味受体基因的比较结果:食性不同其苦味受体基因不同,植食性和杂食性动物功能性苦味受体基因的数量较多。结论:鼠类的苦味受体基因在系统发育结果更符合该物种的传统分类群,与鼠类的主要取食偏好关系不大。进化分析表明大林姬鼠和黑线姬鼠的苦味受体基因对其食性和生存环境发生了适应性进化,大林姬鼠、黑线姬鼠Tas2r20、Tas2r34和Tas2r36基因存在正选择突变位点,且正选择位点位于苦味受体基因氨基酸结构的胞外区和跨膜域,对某些苦味物质有很好的识别能力。通过对不同食性物种间的比较,发现植食性动物和杂食性动物的功能性苦味受体基因数量相对较多,与其食性的分化和变化有关。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 1 概述
  •   1.1 啮齿动物
  •     1.1.1 啮齿动物的食性特点
  •     1.1.2 啮齿动物在森林生态系统中的作用
  •   1.2 苦味受体基因研究概述
  •     1.2.1 苦味受体基因的研究进展
  •     1.2.2 苦味受体基因的表达
  •     1.2.3 苦味受体基因的功能
  •   1.3 啮齿动物苦味受体基因研究进展
  •   1.4 本研究的目的与意义
  • 2 大林姬鼠和黑线姬鼠苦味受体基因的克隆
  •   2.1 引言
  •   2.2 研究方法
  •     2.2.1 研究对象
  •     2.2.2 实验试剂
  •     2.2.3 主要仪器设备及耗材
  •   2.3 实验步骤
  •     2.3.1 大林姬鼠和黑线姬鼠基因组DNA的提取和检测
  •     2.3.2 引物的设计及合成
  •     2.3.3 PCR扩增反应体系
  •     2.3.4 PCR扩增反应条件
  •     2.3.5 PCR反应产物的检测和测序
  •     2.3.6 扩增片段的回收与纯化
  •     2.3.7 连接反应
  •     2.3.8 转化
  •     2.3.9 挑菌及菌落PCR验证
  •     2.3.10 菌落PCR克隆阳性鉴定
  •     2.3.11 序列拼接与检测
  •     2.3.12 苦味受体基因编码蛋白结构预测
  •   2.4 结果
  •     2.4.1 大林姬鼠和黑线姬鼠的苦味受体基因
  •     2.4.2 大林姬鼠和黑线姬鼠苦味受体基因的碱基组成及序列长度
  •     2.4.3 大林姬鼠和黑线姬鼠苦味受体基因的蛋白结构预测
  •   2.5 讨论
  • 3 大林姬鼠和黑线姬鼠苦味受体基因的进化分析
  •   3.1 引言
  •   3.2 研究方法
  •   3.3 实验步骤
  •     3.3.1 不同鼠类苦味受体基因的获取
  •     3.3.2 苦味受体基因的系统发育分析
  •     3.3.3 苦味受体基因的选择压力分析
  •   3.4 结果
  •     3.4.1 不同鼠类的苦味受体基因
  •     3.4.2 苦味受体基因的系统发育分析
  •     3.4.3 苦味受体基因的选择压力分析
  •     3.4.4 苦味受体基因的正选择位点分析
  •   3.5 讨论
  •     3.5.1 鼠类的苦味受体基因的种间差异
  •     3.5.2 苦味受体基因的系统发育
  •     3.5.3 苦味受体基因的进化选择
  •     3.5.4 苦味受体基因蛋白的正选择位点分析
  • 4 不同食性物种的苦味受体基因构成分析
  •   4.1 引言
  •   4.2 研究方法
  •     4.2.1 实验材料
  •     4.2.2 分析方法
  •   4.3 结果
  •     4.3.1 不同食性物种功能性苦味受体基因数量分析
  •     4.3.2 不同食性物种苦味受体基因的假基因数量分析
  •     4.3.3 不同食性物种苦味受体基因的总基因数量分析
  •   4.4 讨论
  •     4.4.1 功能性苦味受体基因数量与动物的食性
  •     4.4.2 苦味受体基因假基因数量与动物的食性
  •     4.4.3 苦味受体基因总数量与动物的食性
  • 5 全文总结
  •   5.1 主要研究内容和结果
  •   5.2 结论
  •   5.3 创新点
  • 参考文献
  • 个人简历、在校期间发表的学术论文与研究成果
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 赵利杰

    导师: 路纪琪

    关键词: 大林姬鼠,黑线姬鼠,苦味受体基因,系统发育,选择压力,食性

    来源: 郑州大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 生物学,生物学

    单位: 郑州大学

    基金: 河南省高等学校重点科研项目计划(2016M592304)

    分类号: Q953

    总页数: 72

    文件大小: 8977K

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