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丝羽乌骨鸡BAC文库的构建和黑色素相关基因TYRP1和ID的研究

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中国农业大学

博士学位论文

丝羽乌骨鸡BAC文库的构建和黑色素相关基因TYRP1和ID的研究

姓名:刘薇

申请学位级别:博士

专业:生物化学与分子生物学

指导教师:李宁;胡晓湘

20040601

摘要

为研究丝羽鸟骨鸡体内黑色素合成和沉积的分子机制,本研究构建了丝羽乌骨鸡的基因组细菌人1:染色体(BAC)文库。利用构建的BAC文库对Z染色体上黑色素相关基冈酪氨酸酶相关蛋白l基冈(TYRPI)的基冈结构以及该基因的表达与黑色素沉积的关系进行了研究,同时构建了位于z染色体上缺乏标记区段的表皮黑色素抑制因子基因(//3)的BAC重叠群。

(一)本文构建了中国特有的丝羽鸟骨鸡的BAC文库,结果如r:

(1)该文库共有138,240个BAC克隆(分为72个超级池,每个超级池由20块96孔板组成)。

整个文库以两级3维的结构保存,建立了高效快速的PCR筛选系统。

(2)对随机挑选的452个BAC克隆的插入片段进行鉴定估计文库的平均插入为118kb,文库的基网组覆盖率为13.34倍,预计从文库中筛选到单拷贝基因的机率为99.984%。用40个微卫星标记和8个功能基因对整个文库进行PCR筛选,得到的平均田|性克隆数分别为10.423和11.125。对32个BAC克隆的荧光原能杂交结果表明,文库的最大嵌合率为6%。

对筛选得到的6个含LMBRl序列的BAC克隆酶切分析的结果表明BAC克隆之间是相互重叠的。

(二)本文对z染色体上与黑色素相关的基因TYRPl和仍的研究结果如F:

(1)获得了10,066bp的r玎冲』的全长基因组序列,分析结果表明:丝羽鸟骨鸡的TYRPl外显子与人的TYRPl外显子同源性为70.1%。鸡TYRPl基冈比人TYRPl基冈缺少1个内肯子:内含子中有2个微卫星序列。利用内含子1中的微卫星对家系进行基冈组扫描,卡方检验结果表明删,与皮肤色和爪色显著相关(0.0I<P<O.05),和胫色极显著相关

(P<O.01)。用荧光原位杂交进行TYRPl的染色体定位,首次将71朋矿,定位在z和w染色体长臂近着丝粒的位置。

(2)在丝羽乌骨鸡、白莱航鸡、绿壳蛋鸡和寿光鸡的TYRPI的7个外显子和内含子6中寻找SNP.比较PCR产物测序结果,只在内含子6中发现两个SNP。经过预测,发现其中的一个SNP可能使丝羽鸟骨鸡的内含子6中出现了新的转录冈子的结合位点。对丝羽鸟骨鸡n碾P,内含子6中相对于其他3种鸡的突变序列进行的凝胶阻滞试验,证实了丝羽鸟骨鸡的TYRPl在这个突变位置产生了与转录因子的结台伉点。

(3)_LIJRT-PCR检测丝羽鸟骨鸡O.5到16天胚胎各组织中TYRPl的表达,结果表明TYRPI在6大的鸡胚眼中开始表达,10天以后开始在其它组织依次表达。RT-PCR检测闩莱航和鸟骨鸡的8天、16天胚胎和出生后2天各组织的nR.D』表达,结合对表型的观察发现,鸟骨鸡各组织中黑色素的沉积随TYRPl的表达出现,而向柴航(除肾脏外)只在有黑色素沉积的眼睛中表达TYRPI,其他组织既无TYRPl的表达也无黑色素沉积。可见TYRPl的表达与黑色素的沉积前1分布是一致的。

(4)以离zD摄近的ACOl(aconitase1,顺鸟头酸酶)基因为起点,设计引物筛选含AC01的BAC克隆,f【_Ij染色体步行的方法得到16个BAC克隆。通过BAC指纹分析,构建起包含13个克隆,覆盖了387kb的BAC重叠群。通过荧光原位杂交确认了这个重叠群处于Z染色体末端。

中国农业大学博{。学位论义摘要本研究构建了中国特有鸡种丝羽鸟骨鸡基因组BAC文库并进行了文库质鼙鉴定,它所具有的13倍高基冈组覆盖率、6%的嵌合率和部分重叠的克隆使其成为完善鸡的基因组幽谱、研究基因功能和构建BAC重叠群的优质资源。其次。本文对首次测定的TYRPl的全基因序列和SNP进行分析,发现丝羽岛骨鸡的TYRPl具有与其它鸡种不同的微卫星标记和转录调控位点,说明TYRPI的序列和SNP造成的表达调控的变化可能与乌骨鸡独特的黑色素沉积方式有关。通过对乌骨鸡与白莱航鸡不同发育期胚胎的TYRPI表达谱和对鸡胚的黑色素沉积时间和分布的观察,进一步证明了力1妒,与黑色素沉积存在密切的关系,为研究丝羽鸟骨鸡体内黑色素沉积的分子机理提出了新的假设和新的证据。最后,本文在ID基因区域进行染色体步行,构建了覆蔫387kb的BAC重叠群,建立了构建染色体未知区域物理图谱的技术方法、J,jID基网朱来的定能和克隆打F了良好的基础。

关键词:黑色素,丝羽乌骨鸡,BAC文库.TYRPI,1D

Abstract

Tbrcsearchmelaninsynthesisanditsaccumulationmechanism,we

constructedaSilkybacterialartificialchromosome(BAC)library.ThelibrarywasusedtostudythetwogenesonchickenChr.Zwhichinvolveinmelanin.tyrosinaserelatedproteinlgene(TYRPI)anddermalmelanininhibitorgene

q∞.ThegenomicstructureofTYRPiwasdeterminedanditscorrelationbetweenmelaninaccnmulationandTYRPIexpressionwasstudied.Moreover,weconstructedaBACcontignear/DlocuswhichwasonaregionshortofDNAmarkerinChr.Z.

I.ResultsofSilkyBAClibraryconstruction:

(I)ThechickenBAClibraryconsistsof138,240BACclonesintotal(72superpools,eachfor2096-wellplates).Thestoredlibrarywasorganizedintwogradesand3-dimensionstructuretandaPCRscreeningsystemwithhighefficiencywasbuilt.

(2)Averageinsertsizeofthelibraryis118kbevaluatedfromanalysisof452BACsrandomlypickedfromlibrary,Sothegenomecoverageofthelibraryis13.34andthepossibilitytofindasingle—copygeneinthelibraryis99.984%.Resultsofscreeningby40microsatellitemarkersand8functionalgenesshowedtheaveragepositiveclonenumbersofthemwere10.423and11.125respectively.Andmaxichimerismrateis6%estimatedfromFISHresultsof32BACs.PFGEanalysisof6EcoRIdigestedBACscloneswhichWerederivedfromthelibraryandcontainedLMBRIsequenceprovedtheoverlapamongtheBACs.

11.ResultsofstudyonTyRPjand/D:

(1)Wefirstsequencedthe10,066bpwholegenomicsequencesofchickenr豫P,.Analysisofthesequencesindicatesthat:comparedwithhumanTYRPj.chickenTyRPlisshoaofanintronandthereistwomicrosatellitesinintrons.GeneScanningresultinresourcefamilywiththemicrosatelliteinintronlindicatesthatTYRPiaffectsthecolorofskinandclawonasignificantlevel(0.01<P<O.05).Andr豫P』affectslegcoloronextemesignificantlevel(P<0.01).Chicken力便P,exonsshow70.I%nucleotidesequencehomologywithhumanexonsFISHresultshowsthatTYRPllocatesonthelongarmofZandWneartothecentromere

(2)WesearchedforSNPsin7exertsandintron6ofr】:RP,byPeRandsequencingusinggenomicDNAfrom4breeds.TheyareSilky,WhiteLeghom,BlueShellLayerandShouguang.Thereare2SNPsinintron6.Oneofthemwasforecastedtoproducetranscriptfactorbindingsiteinintron6ofSilkyTyRPiGel—shiftresultofthismutationprovedthatthereistranscriptfactorbindingsitearoundthemutatedsite.

(3)TYRP/expressionwasdetectedinchickenembryofrom0.5to16daybyRT-PCR.Resultsshowed

thatTYRPlstartedtoexpressineyesof6dayembryo.andthen

expressedinothertissuesofIOdayembryosorlatenObservationofchickenphenotypeandRT-PCRresultsofTYRPIexpressionin8day,16dayembryosand2dayhatchedchickenalsoshowedthatmelaninaccumulatinnwas

appearedafterdetectionof订时lin

Silky.Meanwhile.TYRPiexpressionwasonlydetectedin

ffI

ofWhiteLeghorn(exceptforkidney),theonlytissuewheremelaninexists-Alltheseresultseyes

showthatTYRPlexpressionisconsistentwiththemelaninaccumulationtime-

“)StartedwithAC01(aconitaseI)’wegotpositivecloneofAC01thenobtained16clonesby

chromosomewalking.Afteranalysisfingerprintingof16BACclonesWeobtaineda387kbBAC

endoflongaiTrlofChr,Zbycontigcontaining13BACs.Thecontigwasconfirmedtolocateonthe

F1SH.

Insummary,weconstructedandcharacterizedaBAClibraryofSilky,auniqueChinesenativebreedofchicken.Thelibraryhashighgenuinecoverage(13一ford),chimerism(6%)andoverlappedBACs,whichmadeitavaluableresourcetocompletechickenphysicalmap,studyfunctionalgenesandconstructBACcontigs.WeanalyzedthewholegenomicsequenceandSNPsofTyRPlandfoundthatSiIkyTYRPIisdifferentwithotherbreedsbothinmicTosatelliteandtranscriptionregulationsite.ThismightindicatethatthevariationofSilkytranscriptionregulationmayinvolveintheuniquemelaninaccumulationwayofSilky.AccordingtotheobservationoftheTYRPiexpressionandmelaninaccumulationtimeanddistributionintissuesofSilkyandWhiteLeghOm,weprovedthecloserelationshipbetweenr}僵尸,andmelaninaccumulation.thusweofferedanewassumptionandflewprooffortheresearchofmelaninsynthesisandaccumulationmechanismofSilkyAsfor/Dregion,weconstructeda387kbBACcontigbychromosomewalking.Thuswebuiltamethodtoconstructphysicalmapofunknownchromosomeregionandpreparedforlocatingandcloning/Dinfuture.

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