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绵羊是许多国家的国民经济中占有重要地位的家畜之一,拥有许多重要的可遗传的经济性状,同时绵羊也是重要的模式动物之一。但是,目前我们对绵羊的基因组信息知之甚少,仅有中等密度连锁图可供参考。开展绵羊全基因组的研究旨在寻找并研究与重要经济性状紧密相关的基因以及与绵羊对疾病的感抗性相关的基因,并用于指导遗传育种,培育高品质的种群。中国美利奴细毛羊是我国自主培育的产毛性能优良的品种。本研究的目标是构建中国美利奴细毛羊的全基因组文库并绘制20号染色体主要组织相容性抗原复合体(MHC)区域的物理图谱。
目前,细菌人工染色体(BAC)文库是复杂基因组生物的基因组研究中最方便、最可靠、应用最广的文库。本研究以pCC1BAC/HindⅢ为载体,构建了8倍基因组覆盖率的中国美利奴细毛羊的BAC文库。文库的克隆总数约为19万,有序排列在496个384孔培养板中。对337个随机挑取的白色克隆进行的NotⅠ酶切分析表明文库克隆的平均插入片段大小约为133kb,非重组率为3.2%。理论上,从该文库中找到任意单拷贝序列的概率为99.93%。Southern杂交证实文库克隆片段来源真实。连续多次传代培养实验证实文库克隆的遗传稳定性好。随后制作的MHC区域的物理图谱表明该文库嵌合率低,基因组代表性较好。此外,以3×3的阵式将所有文库克隆制成了165张高密度尼龙膜,每张尼龙膜分别对应于3个384孔板。该文库可用于绵羊全基因组物理图谱的制作、基因组序列测定及诸多基因的克隆和功能研究等。
主要组织相容性抗原复合体(MHC)是有颚脊椎动物免疫系统的重要组成部分,与它们对诸多疾病的感抗性相关。因此,MHC区域是一个理论上和应用上都具有重要研究意义的区域。按所含基因的功能不同,一般可将MHC区域分成classⅠ区、classⅡ区和classⅢ区。人们对人、猕猴、大鼠、小鼠、狗和鸡等动物的MHC已有较深入和较全面的了解。然而,迄今我们对反刍动物的MHC区域的了解还仅限于“只言片语”。本研究根据MHC区域的62个保守同源基因的保守区域设计了89个overgo探针。Overgo探针筛选中国美利奴细毛羊BAC文库获得了123个潜在的阳性克隆。通过对所有潜在的阳性克隆进行限制性酶切指纹图谱分析、BAC克隆术端测序及克隆间重叠关系的PCR确证,构建了一张由3个contigs组成的绵羊MHC区域的物理图谱。属于ContigⅠ的克隆有76个,覆盖包括MOG-PBX2在内的1,900kb的classⅠ/classⅢ区域;属于ContigⅡ的克隆有10个,覆盖包括BTNL2-DQA1在内的400kb的classⅡa区域;属于ContigⅢ的克隆有8个,覆盖包括RXRB-DYA在内的300kb的classⅡb区域;而其余克隆不属于以上任何contigs.据估计,覆盖MHCclassⅡa区的ContigⅡ和覆盖classⅠ/classⅢ区的ContigⅢ间有一个约200kb的缺口。BAC克隆末端测序及克隆间重叠关系的PCR确证结果暗示绵羊MHCclassⅠ区域可能存在绵羊特异的类似于RRAGC和IFITM3等的基因。此外,还可能在THIIF-CDSN间存在classⅠ基因。通过综合前人及本研究的结果确定了绵羊MHC的结构和染色体组织方式。除由于物种分化过程中的一次染色体倒位导致classⅡ区被分成2个离散的亚区classⅡa和classⅡb外,绵羊MHC的结构和组织方式在整体上与人的MHC的结构和组织方式类似。对绵羊MHC区域的深入研究将有助于揭示绵羊等反刍动物的MHC区域的独特之处,为理解MHC这一重要区域的进化和生物学意义添砖加瓦。