中国媒介生物学及控制杂志  2018, Vol. 29 Issue (2): 143-146

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姚丹丹, 冯志勇, 姜洪雪
YAO Dan-dan, FENG Zhi-yong, JIANG Hong-xue
广东省青毛鼠的DNA条形码鉴定
Identification of Berylmys bowersi based on DNA barcoding in Guangdong province
中国媒介生物学及控制杂志, 2018, 29(2): 143-146
Chin J Vector Biol & Control, 2018, 29(2): 143-146
10.11853/j.issn.1003.8280.2018.02.007

文章历史

收稿日期: 2017-09-25
网络出版时间: 2017-12-09 10:47
广东省青毛鼠的DNA条形码鉴定
姚丹丹, 冯志勇, 姜洪雪     
广东省农业科学院植物保护研究所, 植物保护新技术重点实验室, 广州 510640
摘要: 目的 利用DNA条形码技术对未知鼠种样本进行种类鉴定。方法 以2016年在广东省阳春市捕获的2只鼠样本为研究对象,提取其基因组DNA,采用通用引物BatL5310和R6036R扩增线粒体细胞色素C氧化酶亚基Ⅰ基因片段并进行测序,将测序结果在美国国立生物技术信息中心(NCBI)中进行BLAST比对,采用邻接法构建分子系统发育树,基于双参数模型计算遗传距离。结果 2只鼠样本的DNA条形码序列一致,为同一种鼠,与NCBI中青毛鼠的序列相似度高达99%,且与青毛鼠(JN105108.1)的遗传距离为0.004 6,低于种内遗传距离1%的阈值,因此确认未知鼠为青毛鼠。结论 DNA条形码技术是一种高效、快捷的鼠类鉴定方法,可弥补形态学鉴定缺陷。
关键词: 青毛鼠     DNA条形码     细胞色素C氧化酶亚基Ⅰ基因    
Identification of Berylmys bowersi based on DNA barcoding in Guangdong province
YAO Dan-dan, FENG Zhi-yong, JIANG Hong-xue     
Guangdong Provincial Key Laboratory of High Technology for Plant Protection, Plant Protection Research Institute, Guangdong Academy of Agricultural Sciences, Guangzhou 510640, Guangdong Province, China
Supported by the National Natural Science Foundation of China Youth Fund (No. 31501662), Science and Technology Project of Guangdong Province of China (The Construction of Green Management R & D Center for Crop Pests in Guangdong Province), and the Science and Technology Program of Guangzhou City (No. 201604020034, 201607010020)
Corresponding author: FENG Zhi-yong, Email: 13318854585@163.com.
Abstract: Objective Two previously unknown rodent species were identified by DNA barcoding from Yangchun city, Guangdong province. Methods Genomic DNA was extracted from samples, and the mitochondrial cytochrome c oxidase subunitⅠ genes were amplified using universal primers (BatL5310 and R6036R), then sequenced. BLAST comparison was subsequently carried out in NCBI. The phylogenetic tree was constructed using the Neighbor-Joining method. Genetic distances were calculated based on double parameter model. Results DNA sequences from two samples were consistent, suggesting they were the same species. It showed high sequence similarities with Berylmys bowersi(99%) in GenBank. In addition, genetic distance with B. bowersi was 0.004 6, less than 1% threshold of intraspecific genetic distance. Therefore, the unknown species was B. bowersi. Conclusion DNA barcoding is a highly effective approach to rapidly identify species, which could make up the shortages of morphological taxonomy.
Key words: Berylmys bowersi     DNA barcoding     Cytochrome c oxidaseⅠgene    

鼠类的分类鉴定是鼠害研究的重要内容,目前大多数研究以形态学特征为基础,如外形特征、头骨特征和牙齿特征等[1]。形态学鉴定要求标本具备比较典型的外部形态特征,同时鉴定人员需具备丰富的鉴定经验,实际工作中往往影响鉴定结果的准确性。DNA条形码(DNA barcoding)是近年来发展较快的一项分子鉴定新技术,是通过对标准目的基因DNA序列进行分析快速鉴定物种的技术[2]。与传统依赖形态进行鉴定的方法比较,DNA条形码不受生物性别、发育阶段、性状相似性和表型可塑性的限制和影响,且对鉴定人员的专业分类知识要求不高,因而迅速成为动物生态学和动物流行病学调查研究的有用工具[3-5]

DNA条形码由Hebert等[6]于2003年首次提出,并提出将一段长648 bp的线粒体细胞色素C氧化酶亚基Ⅰ(COⅠ)基因作为动物鉴定的通用条形码序列。线粒体DNA基因重组率低,同时进化速率较快,是进行遗传进化和种群分析研究的良好材料[7]。Robins等[8]、Tamrin和Abdullah[9]先后采用COⅠ基因进行鼠种鉴定。此外,DNA条形码还在国内一些地区的鼠形动物分类和鉴定中得以应用,均证实了DNA条形码技术是一种可行的鼠类鉴定方法[10-12]

1 材料与方法 1.1 样本来源

以2016年在广东省阳春市捕获的2只鼠样本为研究对象,因其形态差异较大,且1只头骨被鼠夹破坏,因此,分别取少许肝脏保存于无水乙醇中,放置4 ℃冰箱备用。

1.2 试剂

DNA提取试剂盒、PCR试剂盒、DNA凝胶回收试剂盒、DNA Marker、上样缓冲液和Gold View核酸染料均购自TaKaRa公司,其他试剂均为国产分析纯。

1.3 方法 1.3.1 DNA的提取

取鼠肝脏约25 mg,按照DNA提取试剂盒说明书提取基因组DNA。

1.3.2 COⅠ基因的扩增

通用引物BatL5310:5′-CCT ACT CRG CCA TTT TAC CTA TG-3′和R6036R:5′-ACT TCT GGG TGT CCA AAG AAT CA-3′,由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。PCR反应体系:10×缓冲液5 μl,dNTP 4 μl,引物各1 μl,Taq DNA聚合酶0.5 μl,模板DNA 1 μl,加ddH2O至50 μl。PCR反应条件:95 ℃预变性3 min,95 ℃变性30 s,55 ℃退火30 s,72 ℃延伸1 min,32个循环,最后再72 ℃延伸10 min。反应结束后以1%琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物,PCR产物纯化回收后送生工生物工程(上海)股份有限公司进行测序。

1.3.3 COⅠ基因序列分析

将测定序列在美国国立生物技术信息中心(NCBI)网站上运行BLAST核酸序列同源性检索,从GenBank中选取与目的片段核苷酸序列同源性较高及近似属的序列,采用MEGA 5.1软件构建Neighbor-Joining(NJ)系统发育树,基于Kimura-2-parameter(K2P)模型计算遗传距离。

2 结果 2.1 COⅠ基因片段扩增结果及序列同源性分析

2只未知鼠样本经通用引物扩增后得到长度约750 bp的片段,与目的片段大小一致,经过测序、校对分析并去除两端错误碱基后,长度为692 bp。将未知鼠样本的COⅠ序列进行同源性比对,2只鼠个体间的COⅠ基因序列同源性为100%,为同一种鼠。采用DNAStar软件对该序列的碱基组成进行分析,结果见表 1。将序列在NCBI网站上运行BLAST核酸序列同源性检索,与样本COⅠ基因片段同源性最高的为青毛鼠(Berylmys bowersi),同源性为99%,见图 1

表 1 未知鼠样本COⅠ序列核苷酸组成 Table 1 Nucleotide composition of COⅠ sequence in unknown rodent samples
图 1 未知鼠样本的DNA条形码序列在NCBI中的比对结果 Figure 1 Results of the DNA barcoding sequences blasted in the NCBI
2.2 系统进化树的构建

从GenBank中选取与目的片段核苷酸序列同源性较高及近似属的14条序列(表 2),加上实验室饲养的褐家鼠(Rattus norvegicus)和黄毛鼠(R. losea)所测得的序列共16条。应用MEGA 5.1软件构建NJ系统进化树(图 2),显示本研究的2只未知鼠序列聚在一起,与GenBank中的巨鼠属(Berylmys)聚为一类,并与青毛鼠(JN105108.1)聚为一支,相似度为99.5%,推断2只未知鼠均为青毛鼠。

表 2 未知鼠序列与GenBank中相似性较高的鼠种序列比较 Table 2 Comparisons of the unknown sample to its relative species from GenBank
图 2 基于DNA条形码序列构建的系统发育树 Figure 2 Phylogenetic tree based on DNA barcoding sequences
2.3 未知鼠与广东省其他啮齿动物的遗传距离比较

将未知鼠1序列与广东省其他啮齿动物黄毛鼠(R. losea)、板齿鼠(B. indica)、褐家鼠(R. norvegicus)、黄胸鼠(R. tanezumi)、大足鼠(R.nitidus)、北社鼠(N. confucianus)、针毛鼠(N. fulvescens)和屋顶鼠(R. rattus)进行遗传距离比较,其中黄毛鼠和褐家鼠为实验室饲养个体所测序列,其他鼠种为GenBank中获取序列。经过双参数法计算可知,未知鼠1基因序列与青毛鼠(JN105108.1)的遗传距离最接近,为0.004 6,进一步确认未知鼠1为青毛鼠;其次是与针毛鼠(KC010237.1)的遗传距离为0.116 6,种间遗传距离是种内遗传距离的25.35倍。与未知鼠1遗传距离最远的是板齿鼠(JQ667597.1)和屋顶鼠(AB752801.1),遗传距离分别为0.156 5和0.156 4。9种鼠中,同属种间遗传距离最近的为黄胸鼠(JQ906931.1)和屋顶鼠(AB752801.1),遗传距离为0.039 3,最远的为大足鼠(JQ918374.1)和屋顶鼠(AB752801.1),遗传距离为0.142 0;而属间遗传距离最近的为未知鼠1和针毛鼠(KC010237.1),遗传距离为0.116 6,最远的为北社鼠(KP745971.1)和板齿鼠(JQ667597.1),遗传距离为0.168 1,见表 3

表 3 广东省主要啮齿动物的种内和种间遗传距离 Table 3 Intraspecific and interspecific genetic distances of main rodents in Guangdong province
3 讨论

青毛鼠隶属于鼠科(Muridae)巨鼠属,广泛分布于印度、印度尼西亚、老挝、马来西亚、缅甸和泰国等国家,在我国华南热带、亚热带地区均有分布,主要分布于福建、广东、浙江、安徽、四川等省,多见于森林、田野[13]。青毛鼠属大型鼠类,体较细长,尾长为体长的105%~115%,后足长一般>50 mm,耳大而薄,向前拉可以遮住眼部。体背毛青褐色,两侧呈青灰色,腹毛及四肢内侧均为白色,背腹毛色在体侧有明显的分界线。尾青褐色,上下毛色基本一致。前足背面灰白色,后足背面暗棕褐色。头骨较细长,脑颅较低平,门齿孔较短,后端达不到臼齿前缘的水平线。听泡较大,其长度接近枕鼻长的15%。鼻骨前端突出门齿外,其后端与前颌骨后端平齐。上颌第1臼齿最大,第3臼齿最小,约为第1臼齿的一半。第1臼齿第1横嵴前外齿突发育不全,内侧齿突较发达并向后延伸,中间齿突较大。第2横嵴的3个齿突都较发达,内侧齿突亦向下延伸,第3横嵴内外齿突均消失,中央齿突特别发达。第2臼齿第1横突退化,仅余内侧1个齿突,第2横嵴齿突发育正常,第3横嵴内外齿突均消失,中央齿嵴特别发达。第3臼齿第1横嵴退化,仅余1个内齿突,第2、3横嵴连接成环状。青毛鼠为广东省偶见鼠种,仅通过外形特征难以进行准确鉴定,利用头骨和牙齿特征进行鉴别对鉴定人员的专业分类知识要求很高,故采用DNA条形码对未知鼠样本进行鉴定,2只未知鼠样本虽然外形差异较大,经鉴定基因相似度为100%,为同一种鼠,推测样本1为青毛鼠成体,样本2为青毛鼠幼体。

Hebert等[14-16]曾对动物不同种群进行种类鉴定,发现同属种间COⅠ序列的平均差异程度为11.3%,而种内COⅠ序列差异程度基本<2%,绝大部分<1%。本研究未知鼠与青毛鼠的遗传距离<1%,而同属种间的遗传距离均>3%,与Hebert等[14-16]研究结果一致。

传统的形态分类学在长期的发展过程中暴露了一些不足之处,如无法鉴定种群中普遍存在的隐存分类单位、受生物性别和发育阶段的限制等,因而无法满足科学发展的巨大需求。而DNA条形码技术可作为传统形态学鉴定的有效补充,快速准确地进行物种鉴定[17]。由于分子生物学方法需要在实验室条件下利用专用试剂盒、PCR仪等实验设备完成生物鉴定,对于从事野外工作的科研人员和林业工作者比较受限,且单纯依赖DNA条形码进行鉴定,会使鉴定人员缺乏通过实物鉴定物种的能力及缺乏形态学检验,导致可靠性降低。因此,在鉴定需要重点保护的物种时,应将传统分类学鉴定方法和现代分子生物学方法进行结合,以保证鉴定结果准确可靠[18]

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