猪食道口线虫分子鉴定及线粒体基因组学研究

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本论文以感染猪、引起较大经济损失的有齿食道口线虫(Oesophagostomum dentatum)和四棘食道口线虫(Oesophagostomum quadrispinulatum)作为研究对象,开展其分子鉴定、性别特异的主要精子蛋白(Major Sperm Proteins)基因多态性及线粒体基因组学研究。 本研究的第一部分建立使用同位素的聚合酶链式反应-单链构象多态性(PCR-SSCP)方法和不使用同位素的SSCP(Cold-SSCP)方法,对两种食道口线虫的核糖体内转录间隔区(ITS)核苷酸序列的差异和多态性进行研究,并建立了聚合酶链式反应连接的限制性片段长度多态性(PCR-RFLP)和多重特异PCR方法用于猪食道口线虫的检测和分子鉴定,为猪食道口线虫的分子检测、鉴别诊断及流行病学调查奠定了基础。 以线虫保守引物PCR扩增获得两种食道口线虫的ITS序列并对其进行序列分析,结果表明食道口线虫的ITS序列具有种内保守、种间差异明显的特点,可作为区分猪食道口线虫不同种的分子标记。对猪食道口线虫的ITS-1及ITS-2序列的PCR-SSCP分析显示,采自国内不同地区的猪食道口线虫样品代表两个种:有齿食道口线虫和四棘食道口线虫,两种食道口线虫的ITS-1序列和ITS-2序列种内不存在变异,而种间差异分别为8.01%和10.59%。ITS-1序列的PCR-SSCP分析结果与ITS-2序列的PCR-SSCP分析结果一致,证明ITS-1序列也可作为鉴别两种食道口线虫的有效遗传标记。一些样品在SSCP电泳中显示具有多态性,序列测定表明,这些样品的ITS-1或ITS-2序列存在多态位点,表明ITS序列多态性情况普遍存在,而PCR-SSCP是一种敏感的基因突变检测技术,可检测到单个碱基的变异情况。 应用不使用同位素标记的Cold-SSCP技术分析从国内不同地区猪体分离的食道口线虫的ITS-2序列,结果显示,Cold-SSCP也是一种较敏感的基因突变检测技术,可检测到一些序列单个碱基的变异情况,虽然敏感性不如使用同位素的PCR-SSCP,但具有简便、安全性高的优点。 根据有齿食道口线虫和四棘食道线虫的ITS序列特征,选择合适的限制性内切酶Pst I,建立的PCR-RFLP方法能有效地区分出有齿食道口线虫和四棘食道口线虫。 设计了两种食道口线虫各自的种特异性引物,将两对引物混合应用,优化反应条件和反应体系,建立了有齿食道口线虫和四棘食道口线虫的多重PCR鉴定方法,该方法可快速、特异地检测猪食道口线虫感染,敏感度高,最低能检测到0.1ng DNA的有齿食道口线虫和0.12ngDNA的四棘食道口线虫,能检测单个虫卵样品。本研究的第二部分从猪有齿食道口线虫和四棘食道口线虫基因组中扩增出主要精子蛋白(MSP)基因并进行测序和序列分析,为研究猪食道口线虫生殖发育的分子机制及其性别控制打下基础。结果显示两种食道口线虫之间的MSP基因推导的氨基酸序列相似性高达97.6%-100%,与其它线虫MSP基因序列也有较高的相似性,表明MSP基因编码区比较保守,进化速率慢。本研究所测得食道口线虫MSP基因序列是国内首次报道,其中四棘食道口线MSP基因序列目前国内外均未见报道,食道口线虫存在含内含子和不含内含子两种MSP基因序列也是国际上首次发现,获得7种有齿食道口线虫MSP基因,其中5种是MSP基因家族的新成员;获得3种四棘食道口线虫MSP基因序列;并发现MSP基因的大量假基因。 本研究的第三部分对有齿食道口线虫和四棘食道口线虫线粒体基因组进行研究。首先对两种食道口线虫的cox1、nad1和nad4基因的遗传变异情况进行研究,从线粒体基因的角度,开展这两种食道口线虫线粒体遗传变异和DNA多态性方面的研究,以期找到研究食道口线虫分子分类学、种群遗传关系有效的遗传标记。然后以长PCR方法分两个有重叠序列的片段,扩增了有齿食道口线虫和四棘食道口线虫线粒体全基因组,PCR产物以合适的限制性内切酶酶切成较小片段后克隆至载体测序,获得了两个种的线粒体基因组全序列并对其特点、结构及与其它线虫的进化关系进行分析,填补寄生线虫线粒体全基因组相关研究的空白。 两种食道口线虫线粒体DNA的三个基因片段种内差异在0.0%~7.1%之间,种间差异在10.7%~18%之间,种间差异明显。两种食道口线虫虫种之间,线粒体cox1基因的差异为10.7%~13.4%;nad1基因的差异为11.0%~14.6%;nad4基因的差异为14.9%~18.0%;其种间序列差异nad4>nad1>cox1。通过对线粒体cox1、nad1、nad4基因序列的多态性分析,显示这些基因可作为猪食道口线虫的种特异的遗传标记。研究结果表明线粒体nad4基因进化较快,存在的种间遗传标记位点最多,比率最高。 首次以长PCR方法对有齿食道口线虫和四棘食道口线虫线粒体基因组进行PCR扩增,各得到2个约7kb的mtDNA片段。以限制性内切酶Sca I酶切长PCR纯化产物成较小的片段,加"A"尾后进行克隆测序,其测序结果与美洲板口线虫等进行比较,得到有齿食道口线虫和四棘食道口线虫线粒体DNA完整序列分别为13752 bp和13681 bp。对两种食道口线虫的序列和结构进行分析,显示其基因排序方式与美洲板口线虫、十二指肠钩虫和秀丽新杆线虫等完全一样,tRNA的反密码子也一样,这几种线虫的AT区也相对较短。将从GenBankTM下载的猪蛔虫等17种线虫及本研究所获得的两种食道口线虫的线粒体基因组12种编码蛋白基因氨基酸序列,分别以肝片吸虫和两种节肢动物为外群,进行了线虫系统进化分析,为线虫的系统进化研究奠定了基础。
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