食蟹猴全基因组微卫星分布特征分析

涂飞云 刘 俊 韩卫杰 黄 挺 黄晓凤*

(1.江西省林业科学院，南昌，330013;2.四川大学生命科学学院，四川省濒危野生动物保护生物学重点实验室，成都，610064)

微卫星又称为简单序列重复(simple sequence repeats，SSRs)，是指由1～6个核苷酸为基本组成单元的串联重复序列［1］，广泛存在于真核生物和原核生物基因组中［2］。微卫星具有分布广、选择中性、多态性高、共显性遗传等特点，是比较理想的分子标记，被广泛应用于遗传图谱构建、个体识别、群体遗传结构分析以及疾病研究等。

食蟹猴(Macaca fascicularis)分类上属猴科(Cercopithecidae)猴属物种，是被列入CITES附录Ⅱ的保护物种，也被当作灵长类动物模型应用于生物医药及疾病研究。关于微卫星标记用于食蟹猴群体遗传多样性有少量的报道。李瑞生等［3］利用15个多态性微卫星位点分析了食蟹猴群体间的遗传多样性。禹文海等［4］利用19个微卫星标记对恒河猴(Macaca mulatta)遗传多样性水平进行了评估。刘欢［5］利用微卫星标记我国笼养的食蟹猴种群的遗传多样性。皮道元等［6］利用11个微卫星标记分析了4个食蟹猴群落的遗传多样性。有关食蟹猴全基因组微卫星数量及分布特征研究，有助于筛选和开发更多的微卫星标记。本研究分析了食蟹猴各重复类型微卫星数量、分布以及微卫星数量与染色体GC含量、微卫星GC含量的关系，旨在为食蟹猴微卫星标记的筛选和开发提供参考依据。

1 研究方法

1.1 基因组序列

雌性食蟹猴全基因组下载自ftp:∥ftp.ncbi.nih.gov/genomes/Macaca_fascicularis/，基因组全长大小约为2.92 Gb，未定位到染色体上的序列约93.3 Mb，占整个基因组序列的1.96%。

1.2 数据分析

利用微卫星搜索及统计软件MSDB(2.4版本)对全基因组微卫星进行搜索［7］，搜索设置为默认模式，即Perfect Search，最小重复次数分别是12、7、5、4、4和4。同时，利用编制的perl脚本将可循环的SSR序列及其互补的SSR序列合并为一类，如ACT重复拷贝类别，可以与之合并为一类的重复拷贝类别是TGA、CTA、GAT、TAC和ATG。为了研究微卫星丰度和密度与染色体GC含量，微卫星GC含量的关系，本研究利用DNASTAR中的EditSeq计算序列GC含量。

2 结果

2.1 食蟹猴各重复类型微卫星分布特征

食蟹猴基因组中微卫星总数为1284929个，长度是26044651 bp，占全基因组的0.890%。食蟹猴基因组微卫星的平均丰度(451.3个/Mb)和平均密度(9118.7 bp/Mb)。食蟹猴基因组不同重复类型微卫星表现为单碱基(56.74%)＞四碱基(16.72%)＞二碱基(16.67%)＞三碱基(5.96%)＞五碱基(3.35%)＞六碱基(0.56%)。食蟹猴基因组不同染色体上微卫星数量上，以1号最多，其次是3号、2号，最少的是18号、19号。

2.2 食蟹猴染色体微卫星丰度、密度与GC含量关系

食蟹猴基因组染色体上微卫星丰度与染色体GC含量呈显著线性正相关(r=0.838，P＜0.01)，微卫星密度和染色体GC含量呈正相关(r=0.819，P＜0.01)。本研究同样调查了食蟹猴基因组各染色体上微卫星丰度、密度和微卫星GC含量的关系，各染色体上微卫星丰度与其微卫星GC含量呈显著线性负相关(r=－0.876，P＜0.01)，各染色体上SSR密度和各染色体上微卫星GC含量同样呈显著线性负相关(r= －0.849，P ＜0.01)。

表1 食蟹猴不同染色体上不同重复类型微卫星数量的分布特点Tab.1 Distribution of SSRs in each chromosome of Macaca fascicularis

2.3 食蟹猴重复拷贝类别分析

食蟹猴有208种重复拷贝类别。出现次数最多的10种重复拷贝类别见表2，其中排名前5位的拷贝类别依次是A、AC、AAAT、AG、AT(表2)。食蟹猴微卫星，其中单碱基以A占绝对优势，二碱基AC占优势，其次是AG，三碱基以AAT、AAC数量多，四碱基则以AAAT占优势，五碱基AAACA，六碱基AAACAA最多。

表2 出现次数最多的10种重复拷贝类别Tab.2 The ten SSRs repeat type motifs occurs most frequently

3 讨论

本研究利用生物信息学方法搜索、统计、分析了食蟹猴全基因组微卫星数量、分布特征。食蟹猴全基因组中微卫星总数为1284929，其序列长度占全基因组的0.890%。食蟹猴微卫星序列长度所占比例高于偶蹄目(Artiodactyla)某些物种(如猪Sus scrofa、牛Bos taurus、牦牛 Bos mutus、水牛 Bubalus bubalis、绵羊Ovis aries、山羊Capra hircus和藏羚羊Pantholops hodgsonii)［8－11］、食肉目(Carnivora) 的大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)、北极熊(Ursus maritimus)［12］和灵长目(Primates)的恒河猴［13］，但低于啮齿目(Rodentia)的大鼠(Rattus norvegicus) 和小鼠(Mus musculus)［14－15］。可见，食蟹猴全基因组微卫星较为丰富。

大量的研究表明染色体长度与其微卫星数量呈显著线性正相关［8－9，12－13，15］，本研究同样支持该结论。另外，本研究调查了各染色体长度与不同重复类型微卫星数量的关系，表明染色体长度与单碱基、二碱基、三碱基、四碱基、五碱基、六碱基微卫星数量都呈显著线性正相关(P＜0.01)，进一步支持 Hancock［16］等的假说，反映了不同重复类型微卫星在染色体上分布具有随机性。

GC含量是生物体核酸序列重要组成部分，其含量的变化与基因密度、重复元件分布等密切相关［17－18］。Qi等［19］研究表明牛、绵羊、山羊全基因组微卫星丰度、密度与染色体上GC含量显著负相关(P＜0.01)，而牦牛、水牛、藏羚羊未发现相关关系。本研究表明食蟹猴基因组微卫星丰度、密度与染色体上GC含量呈显著正相关(P＜0.01)，这可能是物种差异或个体差异引起的，但需要更多的研究来证实。另外，食蟹猴染色体上微卫星丰度、密度与微卫星GC含量呈显著线性负相关(P＜0.01)，与恒河猴的结果一致［13］。

本研究微卫星以单碱基A数量最多，与猪、牛和绵羊、大熊猫和北极熊结果一致［8－9］，而有别于某些啮齿动物以二碱基占优势［15，20］。不同重复优势拷贝类型，除四碱基外，其余单碱基、二碱基、三碱基、五碱基、六碱基的优势拷贝类型与恒河猴是一致的［13］，其原因可能是食蟹猴和恒河猴的亲缘关系近［21］，在历史上可能发生过杂交［22］。

有研究表明四碱基微卫星比二碱基、三碱基更为准确和可靠［23－24］。与恒河猴相比，食蟹猴四碱基微卫星数量高于二碱基;Bonhomme等［25］利用15个现代人的微卫星标记对13个猴科物种实现了跨物种应用，其中9个微卫星标记为四碱基微卫星。因此，猴科动物中应用四碱基建库可能是不错的选择。

目前，利用生物信息学方法对基因组进行搜索，筛选稳定的多态性微卫星位点有较好的应用。Huang等［24］利用生物信息学方法对大熊猫基因组微卫星进行了搜索，并从四碱基微卫星中挑选设计出160对微卫星引物，最终筛选出15对稳定的微卫星多态性引物。都玉蓉等［26］同样基于生物信息学方法对藏羚羊基因组进行了微卫星进行扫描，并从随机挑选出的100个微卫星座位中，筛选到8个具有多态性的微卫星位点。本研究对食蟹猴的全基因组微卫星进行了搜索、统计与分析，期望能用于食蟹猴多态性微卫星筛选。

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