食蟹猴mtDNA全基因组研究

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食蟹猴(Macaca fascicularis)又名长尾猴、菲律宾猴、爪哇猴,属哺乳纲(Mammalia)、灵长目(Primates)、类人猿亚目(Simiae)、猴科(Cercopithecidae),主要分布于毛里求斯、泰国、老挝、越南、柬埔寨、缅甸、马来西亚、印度尼西亚和菲律宾等东南亚大陆及其周边岛屿。  食蟹猴基因与人类高度相似,且具有体形小巧、性情温顺,有利于实验操作,容易繁殖且人工繁殖成活率高的特点,已成为应用最广泛的生物医学研究的实验动物模型之一。食蟹猴作为模式生物在器官移植及多种疾病相关药物的研究和开发等方面有着广泛的应用,例如:肾脏、心脏的器官移植;AIDS、流感、麻疹、SARS等感染性疾病;帕金森综合症、老年性痴呆等神经性疾病。  有许多报道都表明,不同来源地的食蟹猴在形态、生理结构以及遗传学上都存在或多或少的差异,而不同地理来源的食蟹猴对药物的反应及疾病的易感性存在较大的差异,提示不同的遗传背景是导致它们在疾病、药物等临床表现产生不同结果的主要原因之一。目前虽然开展了部分食蟹猴群体的遗传研究,但是由于研究者采用的分子标记及核苷酸序列片段存在一定的差异,其遗传背景仍不是很清晰,这对利用食蟹猴作为模式生物的研究存在较大限制。通过对食蟹猴的遗传背景开展深入的研究,将为临床研究模式动物的选择和遗传学研究中存在的争议性问题的解决提供有益的遗传学帮助。因此,为了澄清食蟹猴在灵长类中的系统发育地位及其群体内部的遗传关系,为生物医学实验中所选取食蟹猴作为模式生物开展研究提供一定的遗传指导,我们拟对食蟹猴开展深入的研究。  动物mtDNA(mitochondrial DNA)是位于线粒体之中的一个闭合环状DNA分子,基因组结构简单而稳定,具有缺乏重组、突变速率高和遵循严格的母性遗传等优势,尤其是全基因组数据,可以最大限度的挖掘其所蕴含的信息,被越来越广泛的用于分子遗传等方面的研究。此外,已经有70多种灵长类mtDNA全序被测出(如:黑猩猩和恒河猴等),但有关食蟹猴mtDNA全序的研究还有待于深入,因此,获得高质量的食蟹猴mtDNA全序,将有助于遗传背景的研究,以便为生物医学研究提供遗传背景比较清晰的食蟹猴个体以及可靠的遗传学数据提供支持。同时,也为以后保护和合理开发和利用食蟹猴遗传资源及为后续的基于食蟹猴开展的分子生物学方面的研究提供合理的参考信息。  本研究结果表明,食蟹猴线粒体基因组全长为16,571bp,基因组成与其它灵长类动物的mtDNA结构十分相似,由控制区(control region)和编码区(coding region)组成,共编码37个基因,包括13个蛋白编码基因、22个tRNA基因、2个rRNA基因(12S rRNA和16S rRNA)。碱基组成上,腺嘌呤(A)占31.8%、鸟嘌呤(G)占12.8%、胸腺嘧啶(T)占24.9%和胞嘧啶(C)占30.5%。其碱基组成和其它灵长类动物mtDNA基因组全序有着比较相似的组成比例,提示灵长类线粒体基因组的稳定性。基于NJ树和MP树及遗传距离的研究得到了比较一致的结果:支持食蟹猴与恒河猴的遗传关系最近,其次是藏酋猴和地中海猕猴,与蜂猴的遗传关系最远。  以我们获得的食蟹猴mtDNA全序为参照,结合部分已有控制区和编码区的数据构建食蟹猴群体的NJ树,发现现有的食蟹猴分为大陆和岛屿两支,而且不同地区食蟹猴间的遗传背景有很大差异,这就提示在进行生物医学相关研究时,首先要全面了解食蟹猴的遗传背景,选择合适的食蟹猴样本开展相关器官移植或药物学筛选的研究,尽量避免因选取不同遗传背景的模式生物而产生研究结果的混乱性。  综上所述,通过测定高质量的食蟹猴mtDNA全基因组数据,与灵长类其它物种mtDNA全序比较,在mtDNA全基因组水平上澄清了食蟹猴在灵长类中的系统发育地位;以我们的mtDNA全基因组数据为参照,分析了目前已发表部分数据,结果支持食蟹猴种群内部存在较大的遗传差异,提示在今后选取食蟹猴为模式生物开展医学研究时应需首先确定所采用食蟹猴的遗传背景,避免后期因遗传背景差异导致的结果的不可靠性。此外,在今后的研究中,增加食蟹猴物种数量和mDNA以及核基因数据,将更加有助于搞清楚食蟹猴的遗传背景及其进化历史。目前,随着高通量测序技术的不断提高和改进,相信,越来越多的食蟹猴全基因组数据的获得,以及它所提供的更丰富、详细的分子及遗传学信息,将会对有关食蟹猴研究的问题的解决以及其在生物医学研究中的应用提供更大的帮助。
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