中国媒介生物学及控制杂志  2014, Vol. 25 Issue (6): 581-583

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杨志俊, 胡云
YANG Zhi-jun, HU Yun
随机扩增多态DNA技术在鼠类种属来源判定中的应用研究
Application of random amplified polymorphic DNA for species identification and origin determination of imported rodents
中国媒介生物学及控制杂志, 2014, 25(6): 581-583
Chin J Vector Biol & Control, 2014, 25(6): 581-583
10.11853/j.issn.1003.4692.2014.06.027

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收稿日期:2014-06-21
随机扩增多态DNA技术在鼠类种属来源判定中的应用研究
杨志俊1, 胡云2    
1 盐城出入境检验检疫局卫生检疫科, 江苏 盐城 224002;
2 镇江出入境检验检疫局
摘要目的 研究如何运用随机扩增多态DNA(RAPD)技术判定鼠类种属及来源。方法 取鼠尾组织制备DNA基因组,并进行RAPD扩增,以强带差异来区分鼠类遗传多态性。结果 建立了褐家鼠DNA快速制备方法,并获得基因图谱。根据120条引物各自表现出的不同多态性,合成一组褐家鼠的通用引物,定名为P1(5'-TCG GCG GTT C-3')、P2(5'-GAG AGC CGT C-3')、P3(5'-ATG GCA TCT C-3')和P4(5'-CTT GGC ACG A-3'),结果显示,该组引物对褐家鼠在目的片段(925 bp)处均有良好的扩增。结论 分析个体DNA序列同源程度判断遗传距离大小,可鉴别鼠的来源是否为输入性鼠类,对追溯某种鼠类扩散途径和历史以及预警鼠传疾病提供科学依据。
关键词随机扩增多态DNA     输入性鼠类     种属鉴定    
Application of random amplified polymorphic DNA for species identification and origin determination of imported rodents
YANG Zhi-jun 1, HU Yun2    
1 Yancheng Entry-Exit Quarantine and Inspection Bureau, Yancheng 224002, Jiangsu Province, China;
2 Zhenjiang Entry-Exit Quarantine and Inspection Bureau
Abstract:Objective To use random amplified polymorphic DNA (RAPD) for species identification and origin determination of imported rodents. Methods Genetic DNA of rodents was extracted from tail tissue specimens and amplified by RAPD. Genetic polymorphisms in rodents were distinguished by differences in strong RAPD banding patterns. Results A quick DNA preparation method for sewer rats and their genetic maps were established. In accordance with different polymorphisms of 120 primers, a set of universal primers for sewer rats were synthesized, designated P1 (5'-TCG GCG GTT C-3'), P2 (5'-GAG AGC CGT C-3'), P3 (5'-ATG GCA TCT C-3'), and P4 (5'-CTT GGC ACG A-3'). Amplification of a target fragment (925 bp) in sewer rats using the universal primers all yielded good results. Conclusion Analysis of the degree of homology between individual DNA sequences and determination of their genetic distance allow identifying the origin of rodents as imported or not. The obtained data provide a reference for tracing the dispersal path and history of rodents and detecting early-warning signs of rodent-borne diseases.
Key words: Random amplified polymorphic DNA     Imported rodent     Species identification    

近年来,鼠类随国际航行交通工具在世界范围内迁移速度和频率有增加趋势[1],尤其是一些远洋货轮船龄长、航程远,停泊过上百个国家和港口,同一艘船上可能存在2种鼠甚至同种鼠多亚种共生情况,仅依靠外形鉴定是否为输入性或不同亚种存在较大困难或争议。

  随机扩增多态DNA(random amplified polymorphic DNA,RAPD)技术通过选择合适引物,用少量未知基因核苷酸序列模板DNA即能把基因间差异显示出来,从而获得DNA多态性图谱[2],且成本低、结论快,不需要知道被检生物遗传背景,适合于口岸鼠类监测技术支撑。 1 材料与方法 1.1 材料

江苏口岸捕获本土褐家鼠(Rattus norvegicus)34只;远洋货轮输入性鼠8只。 1.1.2 主要试剂

琼脂糖(麦琪公司)、蛋白酶K(Merck公司)、核酸染料GOLDVIEW、MgCl2 (25 mmol/L)(上海赛百盛基因技术有限公司)、dNTP Mixture、Taq DNA聚合酶(5 U/μl)及DNA Markers等〔宝生物工程(大连)有限公司〕。 1.1.3 实验引物

 购自生工生物工程(上海)有限公司,RAPD扩增随机引物为10 bp寡聚脱氧核苷酸,纯度HPLC级。 1.1.4 主要仪器

BG-Power600i电泳仪、Eppendorf PCR扩增仪及GIS-2008紫外凝胶成像系统。 1.2 DNA制备

 取鼠尾组织约1.5 cm,置于eppendorf管中,加入500 μl消化液(10 mmol/L Tris-HCl,pH 8.0,100 mmol/L EDTA,0.15% SDS,20 μg/ml RNase,100 μg/ml蛋白酶K),混匀后置56 ℃电热恒温水槽过夜至完全消化,期间上下颠倒混匀数次。消化后液体,离心半径16 cm,8000 r/min离心4 min,取500 μl上清液于第2支eppendorf管中,再加入300 μl苯酚、300 μl氯仿于该管中,颠倒混匀后,离心半径10 cm,13 000 r/min离心4 min,小心吸取200 μl上清液于第3支eppendorf管中,然后在该管中加入2倍体积无水乙醇,上下轻轻颠倒混匀后,离心半径10 cm,13 000 r/min离心10 min,弃上清,加入500 μl 75%乙醇洗涤沉淀,弃上清,室温晾干后加入100 μl灭菌双蒸水溶解,置-20 ℃冰箱备用。 1.3 RAPD扩增

 RAPD反应体积为25 μl,其中含2.5 μl 10×PCR buffer,1 μl MgCl2(25 mmol/L),2.5 μl dNTP Mixture(2.5 mmol/L),2 μl Primer(25 μmol/L),0.5 μl Taq DNA聚合酶(5 U/μl),1 μl 基因组DNA,15.5 μl ddH2O。扩增程序:94 ℃预变性3 min后进入循环,94 ℃变性45 s,37 ℃退火45 s,72 ℃延伸2 min,35个循环,最后1个循环后于72 ℃延伸10 min。扩增产物用1%琼脂糖凝胶(含核酸染料)电泳,紫外凝胶成像系统观察成像。 1.4 遗传距离分析

 对扩增结果进行统计,根据Nei和Li[3]的相似系数公式F=2Nxy/(Nx+Ny),计算出RAPD片段的遗传相似指数F(也称共享度)和不同品系间的平均遗传距离指数P=(1~F)。其中>NxyX、Y两个个体共有的扩增带,Nx、NyXY个体分别拥有的扩增带。根据遗传距离对检测样品的关系进行聚类分析,绘出聚类图。 2 结果 2.1 RAPD引物筛选结果

 以江苏口岸褐家鼠基因组DNA为模板,用120条引物首先扩增,随机选取20条引物再扩增,共扩增出108条带,每个引物平均扩增5.4条。结合PCR产物电泳条带大小、数目和清晰度,确定引物2、3、4和8为多态性良好的RAPD扩增引物,分别定名为P1(5′-TCG GCG GTT C-3′)、P2(5′-GAG AGC CGT C-3′)、P3(5′-ATG GCA TCT C-3′)和P4(5′-CTT GGC ACG A-3′),扩增结果见图 1

图 1 20条随机RAPD-PCR引物筛选电泳结果
2.2 江苏口岸褐家鼠RAPD扩增

 以P1、P2、P3和P4为引物,对江苏口岸褐家鼠进行遗传距离分析。经35个循环后,将PCR产物进行1%琼脂糖凝胶电泳、染色和拍照,结果发现4条引物中3号引物P3多态性最强,条带最清晰,因此将P3引物重复3次,重复性较好。扩增条带片段大小在250~2000 bp之间,比较清晰的DNA条带数为5~15条(图 2),以强带的差异来区分褐家鼠遗传多态性。

图 2 江苏口岸褐家鼠RAPD扩增结果
2.3 不同褐家鼠种群的RAPD标记聚类

 用NJ聚类法构建江苏口岸不同褐家鼠种群RAPD标记聚类图(图 3),可以看出长江南北口岸褐家鼠个体之间关系有一定距离。

图 3 不同褐家鼠种群RAPD标记聚类结果
2.4 输入性褐家鼠遗传距离多态性分析

 图 4显示,输入性褐家鼠来源复杂,遗传背景差距较大,种群间具有较高遗传多态性,可能属于多个亚种:首先3艘外轮上的褐家鼠与江苏口岸褐家鼠基因有较大差异,其次3艘外轮上的褐家鼠之间基因有差异,同一艘外轮上的褐家鼠基因也有差异,如印度籍外轮捕获的3、4号鼠之间DNA片段有较大差异;与1、2号比较,3号鼠在750、1700 bp处多1个条带,4号鼠在1800 bp处多1个条带。从同一艘马来西亚籍外轮捕获的5~7号鼠之间DNA片段也有明显差异;与1、2号比较,5号鼠在2000 bp处多1个条带,6号鼠在250 bp处多1个条带,7号鼠在500 bp处多1个条带。8~10号褐家鼠捕自同一艘俄罗斯籍外轮,这3只鼠遗传背景相似,属同一个亚种;与1、2号比较,在1900、1800和250 bp处多3个条带。

图 4 输入性褐家鼠RAPD扩增结果
3 讨论

  研究发现,对外开放口岸(主要是海港)30~50 km范围内存在境外输入性鼠类与本土鼠类的杂交带[4],基因流有不同程度DNA混合,如发生遗传变异将影响口岸本土鼠传疾病的效能。

野生小鼠与近交系小鼠遗传距离分析中,李淑蓉等[5]应用RAPD引物区分小鼠品系,雷建等[6]对河南省地方野生小鼠与近交系小鼠进行了RAPD分析。本研究所有受试个体均为野生褐家鼠,不同受试个体之间基因DNA差异明显,测试样本为RAPD方法的可操作性和结果实用性提供了基础。本研究对口岸本土和输入性褐家鼠遗传背景以及遗传多态性方面差别分析,以个体DNA序列同源程度来判断遗传距离大小鉴别是否为输入性,对跟踪监测口岸范围内褐家鼠遗传变异,分析外来入侵种群对本土鼠种基因的影响以及预警鼠传疾病提供了科学依据。

  由于输入性鼠和口岸本土鼠均是野鼠,与实验用鼠比较DNA序列同源程度较小,经RAPD扩增后遗传多态性丰富,甚至可能会出现怀疑最初形态学鉴别是否正确的情况,因此需要尽可能收集世界各地鼠类DNA资料,建立鼠类基因库。

参考文献
[1] 徐海根,强胜,韩正敏. 中国外来入侵物种的分布与传入路径分析[J]. 生物多样性,2004,12(6):626-638.
[2] Williams JGK, Kubelik AR, Livak J, et al. DNA polymorphisms amplified by arbitrary primers are useful as genetic markers[J]. Nucleic Acids Res,1990,18(12):6531-6535.
[3] Nei M, Li WH. Mathematical model for studying genetic variation in terms of restriction endonucleases[J]. Proc Natl Acad Sci USA,1997,76(10):5269-5273.
[4] 李菁菁,张亚平. 小家鼠的遗传与进化研究进展[J]. 动物学研究,2001,22(5):406-412.
[5] 李淑蓉,陈意生,魏泓. 应用RAPD引物区分小鼠品系[J]. 第三军医大学学报,2010,23(8):951-953.
[6] 雷建,华欣欣,周鑫. 河南地方野生小鼠与近交系小鼠的RAPD分析[J]. 河南农业科学,2010,12(5):105-108.