基于mtDNA COX3基因对西藏特色牦牛群体遗传结构的分析

doi:10.11686/cyxb2022475

草业学报 ›› 2023, Vol. 32 ›› Issue (9): 231-240.DOI: 10.11686/cyxb2022475

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基于mtDNA COX3基因对西藏特色牦牛群体遗传结构的分析

者玉琦¹^,³(), 武志娟¹^,³, 王吉坤¹^,³, 钟金城¹^,³, 柴志欣¹^,³(), 信金伟²()

^1.青藏高原动物遗传资源保护与利用四川省重点实验室，四川成都 610225
^2.省部共建青稞和牦牛种质资源与遗传改良国家重点实验室，西藏拉萨 850000
^3.四川省青藏高原草食家畜工程技术中心，四川成都 610225

收稿日期:2022-11-30 修回日期:2023-01-13 出版日期:2023-09-20 发布日期:2023-07-12
通讯作者: 柴志欣,信金伟
作者简介:xinjinwei80@163.com
E-mail： chaizhixin2525@163.com
者玉琦（1999-），女，四川青川人，在读硕士。E-mail： 1692162294@qq.com
基金资助:
西藏自治区重大科技专项-牦牛优异种质资源挖掘与利用技术研究(XZ202101ZD0002N-01);财政部和农业农村部：国家现代农业产业技术体系项目-牦牛种质资源评价(CARS-37);西南民族大学“双一流”项目(CX2023040)

Analysis of the genetic structure of Tibetan yak populations based on mtDNA COX3

Yu-qi ZHE¹^,³(), Zhi-juan WU¹^,³, Ji-kun WANG¹^,³, Jin-cheng ZHONG¹^,³, Zhi-xin CHAI¹^,³(), Jin-wei XIN²()

^1.Conservation and Utilization of Qinghai-Tibetan Plateau Animal Genomics Resource Key Laboratory of Sichuan Province，Chengdu 610225，China
^2.State Key Laboratory of Hulless Barley and Yak Germplasm Resources and Genetic Improvement，Institute of Animal Science and Veterinary Research，Tibet Academy of Agricultural and Animal Husbandry Sciences，Lhasa 850000，China
^3.Sichuan Qinghai-Tibet Plateau Herbivore Livestock Engineering Technology Center，Chengdu 610225，China

Received:2022-11-30 Revised:2023-01-13 Online:2023-09-20 Published:2023-07-12
Contact: Zhi-xin CHAI,Jin-wei XIN

摘要/Abstract

摘要：

为探究西藏特色牦牛群体的遗传多样性、系统进化及亲缘关系，本研究利用PCR和直接测序法分别测定了西藏帕里牦牛、嘉黎牦牛、类乌齐牦牛、工布江达牦牛、斯布牦牛、桑日牦牛、江达牦牛7个群体共140头个体的mtDNA COX3基因蛋白质编码区（CDS）序列，利用DNAMAN、DNASP 5.1、MEGA 7.0软件分析了其序列多态性、单倍体多样性，并构建了系统发育树。结果表明，西藏牦牛群体的COX3基因CDS序列长度均为781 bp，共检测获得55个变异位点。在140头个体中共检测出11种单倍型，平均单倍型多样性（H_d）及核苷酸多样性（P_i）分别为0.665和0.00480，说明西藏牦牛具有丰富的遗传多样性。西藏7个牦牛群体可分为2大类，类乌齐牦牛单独聚为一类，其余牦牛群体为一类。此外，11种单倍型可分为 2 个聚类簇，说明西藏牦牛可能存在两个母系起源。西藏7个牦牛群体可划分到家牦牛、原牛和普通牛三大单倍型群体中，其中Hap_2、Hap_3、Hap_4、Hap_6、Hap_7、Hap_8、Hap_10、Hap_11这8个单倍型属于家牦牛支系，Hap_5和Hap_9属于原牛和普通牛支系，Hap_1属于野牦牛支系，说明家牦牛、原牛和普通牛是西藏牦牛的混合母系起源，但受家牦牛影响较大。研究结果旨在为西藏牦牛的演化、遗传多样性以及遗传资源保护和利用提供理论依据。

关键词: 西藏牦牛, COX3基因, 遗传多样性, 系统进化

Abstract:

This study explored the genetic diversity， phylogenetic evolution， and genetic relationship between Pali yak， Jiali yak， Leiwuqi yak， Gongbujiangda yak， Sibu yak， Sangri yak and Jiangda yak. Coding sequences （CDS） of the mitochondrially-encoded cytochrome c oxidase subunit Ⅲ gene （COX3） were determined in 140 individuals from seven groups of Tibetan yak by PCR and direct sequencing. DNAMAN， DNASP 5.1， and MEGA 7.0 software programs were used to analyze COX3 polymorphisms and haploid diversity， and a phylogenetic tree was constructed. The COX3 CDS sequence was shown to be 781 bp in all seven Tibetan yak groups， with 55 sites of variation. Tibetan yak COX3 showed 11 haplotypes and average haplotype diversity （H_d） and nucleotide diversity （P_i） levels of 0.665 and 0.00480， respectively， indicating a rich genetic diversity. Phyletic evolution analysis constructed a network relationship chart dividing the 11 haplotypes into two clusters， suggesting that the Tibetan yak can be categorized as the Leiwuqi yak line and a second yak line. Thus， Tibetan yaks may be descended from two separate maternal lineages. They can also be divided into three haplotype groups： domestic yak （Bos grunniens）， Bos primigenius， and Bos taurus. Hap_2， Hap_3， Hap_4， Hap_6， Hap_7， Hap_8， Hap_10， and Hap_11 belong to the Bos grunniens line， Hap_5 and Hap_9 to B. primigenius and B. taurus lines， and Hap_1 to the Bos mutus line. Although Tibetan yak have mixed matrilineal origins， they appear to be greatly influenced by domestic yak. These findings provide a theoretical basis for understanding the evolution of Tibetan yak， and in planning their conservation and utilization of genetic resources.

Key words: Tibetan yak, COX3 gene, genetic diversity, system evolution

者玉琦, 武志娟, 王吉坤, 钟金城, 柴志欣, 信金伟. 基于mtDNA COX3基因对西藏特色牦牛群体遗传结构的分析[J]. 草业学报, 2023, 32(9): 231-240.

Yu-qi ZHE, Zhi-juan WU, Ji-kun WANG, Jin-cheng ZHONG, Zhi-xin CHAI, Jin-wei XIN. Analysis of the genetic structure of Tibetan yak populations based on mtDNA COX3[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2023, 32(9): 231-240.

图/表 13

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牦牛类群Groups	代号Code	采样地点Sampling locations	样本数Sample size
帕里牦牛Pali yak	PL	亚东县帕里镇Pagri Town， Yadong County	20
嘉黎牦牛Jiali yak	JL	那曲市嘉黎县Lhari County， Naqu City	20
类乌齐牦牛Leiwuqi yak	LWQ	昌都市类乌齐县Riwoqê County， Changdu City	20
工布江达牦牛Gongbujiangda yak	GB	林芝市工布江达县Gongbo’gyamda County， Linzhi City	20
斯布牦牛Sibu yak	SB	拉萨市墨竹工卡县Maizhokunggar County， Lasa City	20
桑日牦牛Sangri yak	SR	山南市桑日县Sangri County， Shannan City	20
江达牦牛Jiangda yak	JD	昌都市江达县Jomda County， Changdu City	20
合计 Total			140

牦牛类群Groups	代号Code	采样地点Sampling locations	样本数Sample size
帕里牦牛Pali yak	PL	亚东县帕里镇Pagri Town， Yadong County	20
嘉黎牦牛Jiali yak	JL	那曲市嘉黎县Lhari County， Naqu City	20
类乌齐牦牛Leiwuqi yak	LWQ	昌都市类乌齐县Riwoqê County， Changdu City	20
工布江达牦牛Gongbujiangda yak	GB	林芝市工布江达县Gongbo’gyamda County， Linzhi City	20
斯布牦牛Sibu yak	SB	拉萨市墨竹工卡县Maizhokunggar County， Lasa City	20
桑日牦牛Sangri yak	SR	山南市桑日县Sangri County， Shannan City	20
江达牦牛Jiangda yak	JD	昌都市江达县Jomda County， Changdu City	20
合计 Total			140

牦牛类群多态性位点The polymorphic sites of yak groups	位点Sites
被选区域Selected region	1~781
不变（单态）位点Invariable （monomorphic） sites	726
可变（多态）位点Variable （polymorphic） sites	55
单一多态位点Singleton variable sites	144、217、757、765、769
简约信息位点Parsimony informative sites	27、36、51、64、66、69、91、94、97、102、108、119、120、121、123、127、150、177、181、186、198、252、255、273、300、309、327、330、366、375、417、451、453、462、471、510、519、540、549、555、574、576、582、594、621、633、657、667、681、744
同义突变位点Synonymous changes sites	27、36、51、64、66、69、91、108、120、123、127、144、150、177、186、198、252、255、273、300、309、 327、330、366、375、417、451、453、462、510、519、 540、549、555、576、582、594、621、633、657、667、681、744、765
碱基替换位点Base replacement sites	94、97、102、119、121、181、217、471、574、757、769
碱基缺失/插入Sites with alignment gaps or missing data	0

牦牛类群多态性位点The polymorphic sites of yak groups	位点Sites
被选区域Selected region	1~781
不变（单态）位点Invariable （monomorphic） sites	726
可变（多态）位点Variable （polymorphic） sites	55
单一多态位点Singleton variable sites	144、217、757、765、769
简约信息位点Parsimony informative sites	27、36、51、64、66、69、91、94、97、102、108、119、120、121、123、127、150、177、181、186、198、252、255、273、300、309、327、330、366、375、417、451、453、462、471、510、519、540、549、555、574、576、582、594、621、633、657、667、681、744
同义突变位点Synonymous changes sites	27、36、51、64、66、69、91、108、120、123、127、144、150、177、186、198、252、255、273、300、309、 327、330、366、375、417、451、453、462、510、519、 540、549、555、576、582、594、621、633、657、667、681、744、765
碱基替换位点Base replacement sites	94、97、102、119、121、181、217、471、574、757、769
碱基缺失/插入Sites with alignment gaps or missing data	0

氨基酸Amino acid	含量Content	氨基酸Amino acid	含量Content
丙氨酸Alanine	6.8548	蛋氨酸Methionine	0.8065
半胱甘酸Cysteine	0.8065	天冬酰胺Asparagine	2.8226
天冬氨酸Aspartic acid	1.6129	脯氨酸Proline	4.8387
谷氨酸Glutamic acid	3.2258	谷氨酰胺Glutamine	2.8226
苯丙氨酸Phenylalanine	9.6774	精氨酸Arginine	2.0161
甘氨酸Glycine	7.6613	丝氨酸Serine	7.2581
组氨酸Histidine	6.8548	苏氨酸Threonine	9.2742
异亮氨酸Isoleucine	9.2742	缬氨酸Valine	15.0000
赖氨酸Lysine	0.8065	色氨酸Tryptophan	0.4032
亮氨酸Leucine	12.5000	酪氨酸Tyrosine	4.4355

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Analysis of the genetic structure of Tibetan yak populations based on mtDNA COX3

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类群 Groups	核苷酸多样性 Nucleotide diversity	群体基因检验统计数据 Tajima’s D	群体基因检验统计数据P值 P-value of Tajima’s D
帕里牦牛Pali yak	0.00811	-2.32255	P<0.01
嘉黎牦牛Jiali yak	0.00013	-1.16439	P>0.10
类乌齐牦牛Leiwuqi yak	0.01802	-0.16046	P>0.10
工布江达牦牛Gongbujiangda yak	0.00176	0.63216	P>0.10
斯布牦牛Sibu yak	0.00076	-0.79238	P>0.10
桑日牦牛Sangri yak	0.00152	1.06948	P>0.10
江达牦牛Jiangda yak	0.00148	-0.55736	P>0.10

类群Groups	样本数Sample number	单倍型数Haplotype number	单倍型多样性Haplotype diversity
帕里牦牛Pali yak	20	6	0.768±0.062
嘉黎牦牛Jiali yak	20	2	0.100±0.088
类乌齐牦牛Leiwuqi yak	20	8	0.858±0.045
工布江达牦牛Gongbujiangda yak	20	4	0.689±0.078
斯布牦牛Sibu yak	20	3	0.468±0.104
桑日牦牛Sangri yak	20	3	0.658±0.065
江达牦牛Jiangda yak	20	5	0.668±0.097

单倍型种类Haplotype species	个数Number	所含个体Contains of individual
Hap_1	30	PL（8）、LWQ（5）、GB（5）、SB（5）、SR（5）、JD（2）
Hap_2	72	PL（4）、JL（19）、LWQ（4）、GB（10）、SB（14）、SR（10）、JD（11）
Hap_3	1	PL（1）
Hap_4	23	PL（5）、LWQ（5）、GB（3）、SB（1）、SR（5）、JD（4）
Hap_5	3	PL（1）、LWQ（2）
Hap_6	1	PL（1）
Hap_7	4	JL（1）、LWQ（1）、JD（2）
Hap_8	1	LWQ（1）
Hap_9	1	LWQ（1）
Hap_10	3	LWQ（1）、GB（2）
Hap_11	1	JD（1）

类群Groups	帕里牦牛PL	嘉黎牦牛JL	类乌齐牦牛LWQ	工布江达牦牛GB	斯布牦牛SB	桑日牦牛SR
嘉黎牦牛JL	0.005
类乌齐牦牛LWQ	0.014	0.011
工布江达牦牛GB	0.005	0.001	0.011
斯布牦牛SB	0.005	0.001	0.011	0.001
桑日牦牛SR	0.005	0.001	0.011	0.002	0.001
江达牦牛JD	0.005	0.001	0.011	0.002	0.001	0.001

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