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线粒体基因组研究群体遗传、种质资源鉴定、系统进化的解决方案

发布日期:2021-09-06 浏览次数:146

开学案例分享

美国灰狐线粒体基因组揭示了板块缝合带的一个主要系统

地理学断裂

本文是2021年6月8 美国弗吉尼亚州德考拉路德学院生物系Dawn M. Reding 日发表在《Frontiers in Ecology and Evolution》(Q2 IF:4.171)文章。为了研究美国各地灰狐的系统地理结构,确定东西方谱系间次级接触带的位置及美国灰狐中是否存在额外的隐性种内差异。测序分析75个完整线粒体基因组序列和378个线粒体控制区序列的样本,同时从网站下载40个完整灰狐线粒体基因组和403个控制区序列。通过群体和基于个体的分析研究遗传多样性,包括分歧时间估算、单倍型网络和系统发育。研究发现美国境内并未发现额外的灰狐属主要谱系;东西部灰狐谱系的平均分歧时间为0.796Ma。最近的东部谱系共同祖先分歧时间估计为0.132Ma,西部谱系为0.180Ma,加州灰狐为0.087Ma。灰狐谱系的东西分裂的次级接触位置不是落基山脉大陆分水岭或密西西比河而是在板块缝合带(80百万年);美国东部的灰狐遗传多样性随纬度的升高而下降,西部的遗传多样性不受纬度变化的影响;U. littoralis的mtDNA单系群,加州灰狐是嵌套在西部灰狐属内的。

该研究有助于:

(1)表征混合区结构和动力学,包括混合的程度和方向;

(2)识别跨区域的潜在差异选择下的基因组区域;

(3)评估这两个谱系内的群体遗传结构。

线粒体基因组

根据地理邻近性、州界、生物地理模式和种群信息,将样本分为34个种群。海峡群岛特有的灰狐和岛狐的7个亚种分布在美国大部分地区。单倍型(图1B)支持在板块缝合带而非密西西比河或大陆分水岭(图1A)分开的两个高度分化分支。单倍型网络上这两个分支的单倍型被13个突变分开。样本组中所有个体都有严格的东或西单倍型。但俄克拉荷马州的一个样本具有西单倍型,其他样本为东单倍型(图1A)。PCoA显示,第一个轴47.8%的变异,清楚地将板块缝合带的样本组分为西部和东部(图1C)。样本组没有按照形态学定义的亚种进行明确的聚类(图1C)。

线粒体基因组

115个灰狐属样本中鉴定了104个独特的mtDNA单倍型。单倍型网络支持东西向划分,至少有286个突变将东西单倍型分开(图2B)。加州灰狐mtDNA单倍型在西方形成了一个独特的集群。总的来说,形态学上已识别的分类群缺乏系统地理学的支持(图2B)。BI进化树表明单系东西支,加州灰狐的单系分支嵌套在西部灰狐分支中(图2C)。

线粒体基因组

781个体中鉴定了114个独特的单倍型,单倍型多样性= 0.961,核苷酸多样性= 0.0255,成对差异的平均数= 10.181。种群水平上,三个多样性指标在东部北纬度区域均有所下降,在西部无显著关系。

线粒体基因组

BEAST分析估计东西方谱系的平均分歧时间为0.796Ma(图4)。最近的东方谱系共同祖先分歧时间估计为0.132Ma,西方谱系的时间估计为0.180Ma,加州灰狐时间估计为0.087Ma。

材料和方法

材料来源:肌肉、皮肤或干燥毛皮、二氧化硅干燥剂的无菌小瓶中的脚趾垫(野生动物机构和毛皮收获者收集灰狐)DNA样本。

信息统计:样本地理位置信息,至少到县一级。

mtDNA控制区测序和分析

使用通用引物H16498 (CCTGAACTAGGAACCAGATG)和L15910

(GAATTCCCCGGTCTTGTAAACC)对样本mtDNA控制区426–431 BP片段进行测序,获得378个控制区序列。从GenBank下载了另外403个控制区序列 比对得到400 bp结果。

mtDNA测序和分析

利用Illumina PE150 bp测序67个和28个原始样本灰狐线粒体,通过过滤和比对最终获得75个完整线粒体基因组。

BI系统进化树构建

75个完整线粒体中68个独特基因组和已发表的40个完整线粒体中36个独特基因组以及外群(NC_008093.1/NC_008434.1)构建106个物种的BI系统进化树。

分歧分歧时间估算

测序的75个和已发表的40个完整线粒体的部分线粒体基因组( 无 D-loop )。鉴定出104个独特的灰狐属单倍型,并用它和外群:赤狐、草原狼、美洲黑熊构建进化树进行分歧时间估算。

单倍型网络构建

781个线粒体控制区序列鉴定了114个独特单倍型,分成34组,构建单倍型网络分析其单倍型多样性、核苷酸多样性。线粒基因组解决方案线粒体基因组主要用于群体遗传、种质资源鉴定、系统进化等研究,该方案可以用最短的时间,最低的成本、最新的技术发表一篇不错的文章,整个过程从取样到数据分析完只需3个月,解决2-3年做实验,1年写文章,平均3年发一篇SCI文章的长耗时问题。

技术路线

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众所周知由于线粒体本身含量低导致测序有效数据少;基因组上有很多重复序列,有大量非编码区;内部异质性导致测序数列分配给主环或亚环;线粒体形态不太确定,有的是环状有的是线性又或者是Y型H型,导致线粒体在组装比较困难。与此同时线粒体自身重组厉害,有很多嵌合子,这些嵌合子的一些ORF跟功能相关,以及线粒体本身序列片段特别大编码基因有很多内含子,导致线粒体基因组注释有一定难度。南京集思慧远生物科技公司在线粒体测序组装组注释中已积累丰富的经验,先后测序了上百种线粒体基因组,是目前国内细胞器基因组测序的“领航”公司之一。

南京集思慧远生物科技有限公司拥有一支高水平的科技人才队伍,其中博硕士研究生占90%以上,核心骨干人员从事高通量测序领域10年以上。目前已为国内500多家高校、农科院、医院、医学院、药企等各类研究机构提供过科研服务。成功测序并组装了上百种动植物真菌细胞器基因组,包括林木、中药材、草本植物、经济作物;哺乳类、两栖类、鱼类,鸟类、贝类、虾类、昆虫类;真菌类,组装涉及物种广泛、测序组装及分析经验丰富。目前是国内细胞器基因组测序的“领航”公司之一。公司目前已发表文章100余篇,分别发表在不同的杂志上,如《Genomics》,《Horticulture Research》、《International Journal of Molecular Sciences》等。如果您手里有合适的材料,如果您数据分析充分完善,如果您也想发一篇高分文章,那请联系集思慧远吧!

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