CN105368941B - 一种用于奶牛生产寿命辅助选择的分子标记检测方法 - Google Patents
一种用于奶牛生产寿命辅助选择的分子标记检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种对奶牛生产寿命进行辅助选择的检测方法,包括以下步骤:1)从样品中提取DNA;2)以提取的DNA为样本,使用用于奶牛生产寿命辅助选择的分子标记引物进行PCR扩增;3)检测步骤2)中的PCR产物的序列,根据CXCR1基因第816位点的SNP突变,判定其样品的基因型为AA,AC或者CC型。本发明首次披露了CXCR1‑816的SNP突变位点的基因型在对奶牛生产寿命进行辅助选择方面的应用。相比于现有技术,本发明设计分子标记引物时使用的CXCR1基因与奶牛生产性能、免疫和疾病等性状密切相关,其SNP突变标记点与奶牛生产寿命显著相关,具有更高的准确性和可信度,因而可以有效地针对奶牛生产寿命对种牛进行辅助选择,以提高后代奶牛的生产寿命,并间接地提高产值。
Description
技术领域
本发明主要通过测序或者飞行质谱等方法对CXCR1基因编码区SNP突变点进行检测,属于分子生物学领域。
背景技术
奶牛生产寿命是指奶牛从第1次产犊到死亡或者淘汰之间的时间,它能够反映奶牛避免被淘汰的能力。奶牛的生产寿命是一个重要的经济指标,它在增加牧场主的收入和育种方面有重要的作用。有研究表明(Wolfova M et al,2007),奶牛的产奶胎次从第3胎提高到第4胎,其效益将增加11%~13%。另外,生产寿命的增加有利于减少淘汰奶牛以及购买其他奶牛的所产生的费用。
然而,随着对全球对奶牛产奶量等数量性状的高度选择,奶牛乳房炎、繁殖病症、营养代谢病等疾病逐渐增加,其生产寿命呈下降趋势。目前国内大多数牛场淘汰奶牛的平均胎次约为2.8胎(约为5.5岁)。这种情况说明了每头奶牛总价值的下降,同时也导致了淘汰奶牛以及购买其他奶牛的费用的增加,给牧场造成了较大的经济损失。因此,急需一种能预测和提高奶牛生产寿命的分子标记,以便于结合其信息,对奶牛进行以增长后代奶牛生产寿命为目的的选择,并结合传统的奶牛育种、人工授精等技术,提高奶牛的有效生产寿命,从而提高奶牛的终生产值和牛场的经济效益。
近年来,国外围绕影响奶牛生产寿命的分子标记进行了部分研究,发现了部分有价值的结果。Ashwell等(1997,1999)分别在奶牛第2、12、16、21、23号染色体上发现了与其生产寿命相关的微卫星;Heyen等(1999)在BTA21上发现了长度为85cM的微卫星ILSTS054;Khatib等(2005,2007)、Komisarek等(2009)、John等(2011)又发现了ABCG2、PPARGC1A、OLR1和SCD1与生产寿命有一定程度的相关性。然而,微卫星主要位于基因非编码区,不是真正意义上的功能基因;而ABCG2、PPARGC1A、OLR1和SCD1等基因本身与免疫、疾病等具体性状并无密切关系,很难从生物学过程上进行解释,从而大大地降低了其可信度,因此到目前为止尚未被运用。因此,急需一种与奶牛生产性能、免疫和疾病等性状密切相关,同时能用于奶牛生产寿命选择的新的分子标记及其检测方法。
本发明专利所利用的分子标记CXCR1基因属于免疫基因家族之一。部分研究表明(Verbeke J,et al,2014,2015;Beecher C et al,2010),CXCR1基因与奶牛泌乳性能、免疫力、乳房炎、产科疾病等疾病有一定程度的关联,但尚未见其与牛科家畜生产寿命的相关报道。由于奶牛生产中,其泌乳性能、免疫力、乳房炎、产科疾病性状与奶牛生产寿命密切相关,低免疫力和生产性能和较高的疾病发生率会导致奶牛提前淘汰或死亡,从而降低其生产寿命,我们推测该基因与奶牛生产寿命也应有一定程度的关联。为此,我们根据研究需要,对奶牛大样本群体CXCR1基因编码区进行了测序,结合其疾病及淘汰等信息,最终发现了一个与生产寿命有显著相关的SNP突变。
参考文献
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发明内容
本发明的目的是确定一种与奶牛生产性能、免疫和疾病等性状密切相关,同时能够被应用于奶牛生产寿命辅助选择的检测方法,以提高奶牛后代的生产寿命和终生生产效益。
为了实现以上目的,本发明的技术方案如下:
本发明提供了一种用于奶牛生产寿命辅助选择的分子标记检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)从样品中提取DNA;
2)以提取的DNA为样本,使用用于奶牛生产寿命辅助选择的分子标记引物进行PCR扩增;
3)检测步骤2)中的PCR产物的序列,根据分子标记,即:CXCR1基因第816位点的SNP突变,判定其样品的基因型为AA,AC或者CC型,对奶牛生产寿命进行辅助选择。
可选地,步骤3)中的检测方法可以是普通测序法,此时步骤2)中使用的用于奶牛生产寿命辅助选择的分子标记引物的核苷酸序列为:
上游引物为:5’-ATGACAATCATCCTGAAAGA-3’;
下游引物为:5’-TCAGAGGGTAGTAGACGTGT-3’。
可选地,步骤3)中的检测方法也可以是SNP突变采用飞行时间质谱法。此时使用的用于奶牛生产寿命辅助选择的分子标记引物的核苷酸序列为:
cxcr1-816-F 5’-ACGTTGGATGTCATCTTTGCTGTCGTGCTC-3’
cxcr1-816-R 5’-ACGTTGGATGAGGTCTCAGCAATCACATGG-3’
cxcr1-816-U 5’-CTACAACCTGGTCCTGAT-3’
此外,本发明所提供的检测方法中步骤3)中所使用的分子标记,即:在所述CXCR1基因的核苷酸序列第816位有一个碱基突变(A/C)的等位基因的SNP标记,也可以应用于其他与奶牛生产寿命相关的判定或者检测中。
本发明达到了如下的有益效果:
1)本发明首次披露了CXCR1-816的SNP突变位点的基因型在对奶牛生产寿命进行辅助选择方面的应用。相比于现有技术中围绕奶牛生产寿命进行的分子标记,本发明设计标记引物时使用的CXCR1基因与奶牛生产性能、免疫和疾病等性状密切相关,其CXCR1-816的SNP突变标记点与奶牛生产寿命显著相关,因而具有更高的准确性和可信度。
2)本发明提供的检测方法操作简单灵活、检测准确率高、效率高,且节约成本。针对于CXCR1-816位点多态性的检测,可以使用普通测序方法,也可以采用飞行时间质谱法。相对于传统测序而言,后者对于大样本(500个DNA样本以上)检测更具有优势,最低成本可达5元/个体,而传统PCR测序成本至少在6倍以上(即30元/个体)。另外,由于采用飞行时间质谱法检测是自动化检测,检测时间也大大缩短,500-1000个DNA样品,最快可在2-3天内完成。对于相同样本量,使用传统PCR测序方法鉴定至少在10天以上。
3)使用本发明的分子标记检测方法可以有效地针对奶牛生产寿命对种牛进行辅助选择,以提高后代奶牛的生产寿命,从而减少因淘汰奶牛而购买其他奶牛的所产生的费用,间接地提高产值。
附图说明
图1是CXCR1-816测序图。
图2是CXCR1-816位点不同基因型质谱分型图。
图3是CXCR1-816位点不同基因型1-5胎内的累积生存概率。
具体实施方式
为了阐明本发明的技术方案及技术目的,下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步的介绍。
实施例1:
本实施例中,对CXCR1-816位点的SNP突变进行普通测序。
本实施例1中提供的对奶牛生产寿命进行辅助选择的分子标记检测方法主要包括如下步骤:
(1)样品采集:使用常规方法从10mL奶牛尾静脉抗凝血中提取DNA;
(2)引物设计:根据CXCR1基因编码区序列,使用原始序列用软件(Primer 5.0)设计引物,该引物的核苷酸序列如下:
F:ATGACAATCATCCTGAAAGA
R:TCAGAGGGTAGTAGACGTGT
(3)PCR扩增体系及PCR扩增程序:使用步骤(2)中设计的引物,以步骤(1)中所获得的总DNA为模板,进行PCR扩增:
30μL的反应体系中含有:10×PCR Buffer 3μL,dNTP mix(10mM)0.5μL,rTaq 0.5μL,10μM Forward Primer 0.5μL,10μM Reverse Primer 0.5μL,DNA样品1μL,Water(nuclease-free)24μL。
PCR扩增的反应条件为:预变性94℃5分钟,再经94℃变性30秒,55℃复性30秒,72℃延伸30秒,35循环,最后72℃延伸10分钟。
(4)反应结束后,将所获得的PCR产物直接用ABI 9700型测序仪进行测序。对测序所得结果,用DNAMAN软件与参考序列(登录号:NM_001105038.1))进行比对,并判定其突变位点。随后,用Chromas软件打开测序图,根据CXCR1基因外显子第816位碱基序列,对照该位置碱基和图形,即可判定CXCR1-816的基因型(见图1)。图中箭头指示处即为CXCR1-816突变位点,其中双峰为杂合子基因型。
实施例2:
本实施例中,对CXCR1-816位点的SNP突变采用飞行时间质谱法进行检测。此方法更适用于检测大批量样本(如,样本数大于500),高效且价格便宜。
本实施例2中提供的对奶牛生产寿命进行辅助选择的分子标记检测方法主要包括如下步骤:
(1)样品采集:使用常规方法从10mL奶牛尾静脉抗凝血中提取DNA;
(2)引物设计:根据CXCR1基因编码区序列,PCR引物和单碱基延伸引物用AssayDesigner(Sequenom)软件包设计如下:
cxcr1-816-F 5’-ACGTTGGATGTCATCTTTGCTGTCGTGCTC-3’
cxcr1-816-R 5’-ACGTTGGATGAGGTCTCAGCAATCACATGG-3’
cxcr1-816-U 5’-CTACAACCTGGTCCTGAT-3’
(3)PCR扩增体系及PCR扩增程序:
其中,所有需要分型的DNA样本都稀释到5ng/μl,取1μl DNA样本,将其与0.95μl水、0.625μl PCR缓冲液(含15mM MgCl2)、1μl 2.5mM dNTP、0.325μl的25mM MgCl2、1μl PCR引物以及0.1μl HotStar Taq酶(Qiagen)混合在一起。PCR扩增的反应条件为:94℃ 15分钟;94℃ 20秒,56℃ 30秒,72℃ 1分钟,共45个循环;最终72℃ 3分钟。
(4)采用飞行质谱方法检测步骤(3)中所获得的PCR产物:
所述SNP分型利用美国Sequenom公司的MassARRAY系统完成,该系统是基于基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术(MALDI-TOF)。飞行时间质谱法检测方法如下:
PCR扩增后,剩余的dNTP将被去磷酸消化掉,反应体系包括1.53μl水、0.17μl SAP缓冲液、0.3单位碱性磷酸酶(Sequenom)。该反应在37℃进行40分钟,然后85℃ 5分钟使酶失活。碱性磷酸酶处理后,针对SNP的单碱基延伸引物在下列反应体系中进行:0.755μl水、0.2μl 10X iPLEX缓冲液、0.2μl终止混合物、0.041μl iPLEX酶(Sequenom),0.804μl 10μM的延伸引物。
单碱基延伸反应在下列条件下进行:94℃ 30秒;94℃ 5秒,52℃ 5秒,80℃ 5秒5个循环,共40个循环;最后72℃ 3分钟。在终止反应物中加入6mg阳离子交换树脂(Sequenom)脱盐,混合后加入25μl水悬浮。使用MassARRAY Nanodispenser(Sequenom)将最终的分型产物点样到一块384孔的spectroCHIP(Sequenom)上,并用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱进行分析。最终结果由MassARRAY RT软件系统(版本号3.0.0.4)实时读取,并由MassARRAY Typer软件系统(版本号3.4)完成基因分型分析(见图2)。图2中,横座标为质谱分子量单位(道尔顿),纵座标为不同等位基因光强度值。CXCR1-816位点检测范围在5680-5720道尔顿间,其中A基因检测分子量为5708左右,C基因检测分子量为5680左右。如在相应检测分子量处有较高的光强度值,则表示该个体具有该等位基因。如在这2个分子量处有双峰,则该个体为杂合子。如上3张图分别表示CXCR1-816位点3种不同的基因型(AA、AC和CC)。
实施例3
通过大样本数据(647头奶牛)分析表明(见表1):CXCR1基因816A/C突变显著影响奶牛生产寿命,CC型奶牛极显著低于AA和AC型奶牛,CC型奶牛提前淘汰3个月左右。Cox生存分析表明:CXCR1基因4个SNP突变位点中,只有816位点对奶牛生产寿命的影响达到显著水平(见表2),CXCR1-816位点不同基因型1-5胎内的累积生存概率CC型个体在24月龄后其累积生存概率均低于AA和AC型(见图3)。因此,在常规奶牛育种工作中,增加本研究发现的分子标记CXCR1-816(A/C)检测,筛选其中AA型个体公牛,并与其它母牛进行配种,可增加其后代母牛CXCR1-816AA和AC型个体比例,逐渐淘汰CC型母牛个体。
表1:奶牛CXCR1-816位点不同基因型离群月龄和离群胎次的平均数、标准差与方差分析:
注:同列不同上标表示差异显著(P<0.05)
在全国各种公牛站进行常规奶牛育种工作中,增加本研究发现的分子标记CXCR1-816(A/C)检测,筛选其中AA型个体公牛,并与母牛进行配种,可增加其后代母牛CXCR1-816AA和AC型个体比例,逐渐淘汰后代中CC型母牛。按AA和AC型母牛比CC型母牛多产奶90天左右,目前平均产奶水平25kg/天、4元/kg奶价格计算,AA和AC型奶牛可增加产值900元左右。如按目前中国荷斯坦牛1000万头计算,共可增产90亿元。同时可减少因淘汰奶牛而购买其他奶牛的所产生的费用。因此,如这一技术能在全国范围内推广应用,其间接产值可增加100亿元以上。
表2:奶牛CXCR1基因4个SNP突变位点对其生产寿命的显著性检验:
注:显著水平小于或等于0.05表示该位点对生产寿命达到显著水平。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种用于奶牛生产寿命辅助选择的分子标记检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)从样品中提取DNA;
2)以提取的DNA为样本,使用用于奶牛生产寿命辅助选择的分子标记引物进行PCR扩增;
3)检测步骤2)中的PCR产物的序列,根据分子标记,即:CXCR1基因第816位点的SNP突变基因型,对奶牛生产寿命进行辅助选择。
2.如权利要求1所述的一种用于奶牛生产寿命辅助选择的分子标记检测方法,其特征在于,步骤3)中使用普通测序法检测PCR产物序列,且其在步骤2)中使用的用于奶牛生产寿命辅助选择的分子标记引物的核苷酸序列为:
上游引物为:5’-ATGACAATCATCCTGAAAGA-3’;
下游引物为:5’-TCAGAGGGTAGTAGACGTGT-3’。
3.如权利要求1所述的一种用于奶牛生产寿命辅助选择的分子标记检测方法,其特征在于,步骤3)中使用飞行时间质谱法检测PCR产物序列,且其在步骤2)中使用的用于奶牛生产寿命辅助选择的分子标记引物的核苷酸序列为:
cxcr1-816-F 5’-ACGTTGGATGTCATCTTTGCTGTCGTGCTC-3’;
cxcr1-816-R 5’-ACGTTGGATGAGGTCTCAGCAATCACATGG-3’;
且其在步骤3)中的飞行时间质谱法检测时使用的针对SNP的单碱基延伸引物的核苷酸序列为:
cxcr1-816-U 5’-CTACAACCTGGTCCTGAT-3’。
4.如权利要求1中步骤3)所述的分子标记在对奶牛生产寿命的判定或者检测中的应用。
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中国荷斯坦牛白介素8 受体基因编码区多态性与乳腺炎的关联分析;官久强 等;《中国农业科学》;20100308;第43卷(第5期);第1057页摘要,第1058页右栏倒数第2段-第1059页左栏第3段,第1060页右栏第2段,第1059页表1,第1061页表2,第1064页右栏第2段 * |
奶牛乳房炎与经济性状之间关系的研究进展;储明星 等;《中国畜牧杂志》;20020919;第38卷(第5期);第44页摘要,第45页右栏第2段 * |
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Legal Events
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---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
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