动物线粒体基因组群体研究思路，强烈推荐！

论文ID

原名Mitogenomic diversity and phylogeny analysis of yak (Bos grunniens)

译名牦牛线粒体基因组多样性与系统发育分析

期刊BMC Genomics  

IF4.547发表时间2021.7 

通讯作者郭宪   

通讯作者单位中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所

DOI10.1186/s12864-021-07650-x

导语

牦牛是一种体型庞大的动物，身体紧凑，没有汗腺，单位体重的皮肤表面积相对较小，这些特性使牦牛能够很好地适应青海-青藏高原及其邻近的高海拔地区等特有的低温缺氧环境。中国有1600多万头牦牛，占全球牦牛总数的95%以上。

牦牛是一种多用途高海拔牛科动物，为当地牧民提供了具有经济价值的产品，如牛奶、肉、毛皮和燃料的基本来源，同时牦牛还成为当地人一种交通工具。因此，牦牛在其生活地区发挥着重要的社会经济作用，对维持高原地区的牧场生态系统和农业生物多样性至关重要。线粒体基因组具有结构简单、无重组、母体遗传、结构稳定、进化速度快、拷贝数高、高分辨率的系统发育信息、易于测序、广泛存在于的分类群中等特点，被广泛应用于生物系统发育研究。系统发育研究主要集中在 D-loop区、细胞色素b基因和蛋白质编码序列。

目前利用牦牛线粒体全序列的系统发育研究鲜有报道。因此，本研究旨在利用牦牛线粒体全序列构建系统发育树，并将后续结果与之前使用部分序列得到的结果进行比较。

实验设计技术方法：

扩增测序111个牦牛线粒体，NCBI 上下载95个线粒体数据

实验路线图：

结果：

mtDNA多态位点分析

对青海4个牦牛居群、新疆1个牦牛居群的111个mtDNA全序列(16321 ~ 16325 bp)的遗传变异进行了分析，以评价这些居群的遗传多样性和系统发育。环湖牦牛共发现114个变异位点、帕米尔牦牛105个变异位点、祁连牦牛105个变异位点、学多牦牛122个变异位点、玉树牦牛115个变异位点。对5个居群的序列分析，共发现150个可变位点，2个变异位点，148个为有效位点数。

.线粒体mtDNA单倍型分析及遗传多样性分析

111个样本鉴定了78个单倍型，其中6种为不同群体共有，72种是特定群体特有。不同居群间单倍型数量和类型不同，其中H2最常见，观察到13次，主要分布在环湖、祁连、雪多和玉树牦牛中。5个牦牛群体中的78个单倍型中只有新疆帕米尔牦牛与其他牦牛群体的单倍型不同;其他4个牦牛种群均有。

5个牦牛群体的单倍型多样性为0.981±0.007，PI为0.00272±0.00019，5个牦牛群体的遗传多样性较高。帕米尔牦牛PI值高于其他4个种群，雪多牦牛种群最高(0.992±0.015)，环湖牦牛种群最低。D-loop区是牦牛mtDNA序列中变化最大的区域。

mtDNA序列变异和遗传多样性的评估

测序111条序列，GenBank下载95条外省牦牛线粒体基因组全序列。206条完整的线粒体基因组序列包含155个单倍型。基于这155个单倍型序列构建了一个邻域连接树，将牦牛分为3个分枝，其中I分枝最大，有103个线粒体单倍型，占总的66.45%。分支II包含50个单倍型，占总的32.26%。第III支最小;其中家养牦牛和野生牦牛各1头，占总数的1.29%。

A单倍组的出现频率最高，占所有分型的2 / 3，其次为B单倍组。同时，A单倍组和B单倍组均包括5个种群。C单倍组数量最少，仅包含玉树和帕米尔高原牦牛。省份牦牛单倍组分布统计分析，单倍组A包括6省的牦牛，单倍组B为青海、四川、甘肃、新疆。构建了206头牦牛个体的网络图，包含三个分支，验证了分支的可靠性。鉴定出3个单倍组(A - C)，其中单倍组A和B表现出星形系统发育关系，C为树形系统发育关系。

1牦牛群体间遗传距离分析

根据完整的线粒体DNA序列，计算了玉树、祁连、雪多、环湖和帕米尔高原牦牛群体间的遗传距离。5个群体中任意两个群体之间的遗传距离相对较小。帕米尔与祁连牦牛、祁连与雪多牦牛之间的遗传距离均为0.002，其他牦牛群之间的遗传距离均为0.003。利用完整的线粒体DNA序列计算牦牛三个分支间的遗传距离。分枝I与II的遗传距离为0.006，分枝I与III的遗传距离为0.006，分枝II与III的遗传距离为0.005。牦牛分枝间的遗传距离大于群体间的遗传距离。

对牦牛各单倍组间的遗传距离进行分析，发现3个单倍组和4个单倍型在内的7个群体之间的遗传距离从0.001到0.008不等。GQ464260.1与A单倍群的遗传距离最大，与GQ464276.1单倍群的遗传距离最小。两个牦牛群体之间不存在零遗传距离，说明牦牛的遗传和育种发展存在差异。

结论

对青海4个牦牛群体新疆1个牦牛群体进行序列测定。通过与牦牛mtDNA序列及牦牛遗传多样性的比较，构建牦牛系统发育树。111个个体中发现78个有单倍型，其中玉树、环湖、雪多和祁连各有一些相同的单倍型，而帕米尔牦牛与这4个群体没有相同的单倍型。这可能是因为前4个种群在地理位置上相互接近，种群之间进行了基因交换，而帕米尔高原牦牛在地理位置上与其他4个种群相距较远，造成了地理上的隔离。5个群体的线粒体多样性高于涂正超的九龙、麦瓦、中甸、天竺白牦牛和环湖牦牛。本研究的环湖牦牛线粒体型多样性与涂正超研究的环湖牦牛的线粒体型多样性接近。系统发育分析表明，牦牛群体可分为3个不同的分支。

本实验发现了一个与野生和家养牦牛同时存在的新的系统发育分支，III支中只出现了一只野牦牛。通过线粒体序列聚类分析，发现家牦牛X15与野生牦牛(GQ464260.1)形成III支且与其他线粒体序列高度相似性。不同居群间的遗传距离小于不同分枝间、不同单倍群间的遗传距离，牦牛的单倍群与牦牛的地理分布无关，同一种群或同一生态环境的牦牛分布在不同的单倍群中。综上所述青海牦牛遗传多样性较高，家牦牛和野牦牛都聚集成三个分支。

小编总结

本研究从群体线粒体角度出发研究全国牦牛的遗传多样性和系统发育，样本量大，线粒体相对充足，实验数据和结论更具有理论支持。如果您手里也有类似的群体样本数据，可以参考以上研究思路发一篇类似的文章哦！