浙大生科大熊猫基因组研究成果登PloS One

　　

生物通报道，浙江大学生命科学院方盛国2009年1月7日在PloS One发表题为：Giant Panda Genomic Data Provide Insight into the Birth-and-Death Process of Mammalian Major Histocompatibility Complex Class II Genes的文章。

 

方盛国教授现任国家濒危野生动植物种质基因保护中心主任；濒危野生动物保护遗传与繁殖教育部重点实验室主任；一直以来方教授致力于国宝大熊猫的研究，在大熊猫保护方面作出的贡献是：1994年应用DNA指纹技术实现大熊猫迁地保护工作中繁育后代的亲子鉴定；1996年成功提取大熊猫的全组DNA；1998年建立以大熊猫为代表的珍稀濒危野生动物种群结构确认的分子遗传学方法，在野生动物保护中引入“个体遗传身份证”和“种群户籍管理档案”；2001年绘制了世界首张野生大熊猫基因身份证。

 

今年1月发表在PloS One的文章深入的研究了大熊猫MHC基因的进化情况。方教授领导的研究小组对MHCⅡ型基因区域进行分析。分析结果显示，大熊猫基因组MHCⅡ基因序列中包含有26个转座子（其中17个有表达蛋白的活性），其中有10个为经典的MHCⅡ型基因（1DRA，2DRB，2DQA，3DQB，1DYB，1DPA和2DPB），4个非经典的MHCⅡ型基因（1DOA，1DOB，1DMA和1DMB）。其中，DYB与其他宿主相比较（小鼠、人、狗、牛）具有特异性，DYB是反刍动物特有的一个基因。研究小组绘制了基因进化树，对大熊猫的MHCⅡ型基因进行遗传学分析。

 

附新闻

世界首张大熊猫基因身份码在浙大诞生

2001年2月22日，浙江大学生命科学学院方盛国教授在 “濒危野生动物保护遗传与繁殖教育部重点实验室”公开展示了由他负责的研究小组研制的世界首张野生大熊猫基因身份证，以及陕西佛坪和四川唐家河两个国家级自然保护区野生大熊猫种群完整的基因户籍档案。当人类的户籍管理还停留在电子时代时，野生大熊猫的户籍管理已正式步入基因管理时代。

    野生大熊猫究竟有多少只？每只熊猫的性别和所属的家庭及其之间的亲缘关系如如……？有关野生大熊猫的诸多问题，一直受到国内外各界的极大关注。要合理地制定野生大熊猫物种保护对策，实施野外就地保护和人工圈养迁地保护计划，国家主管部门必须组织有关的科研机构，对野生大熊猫种群的数量和结构进行研究，以掌握物种的野外现状。近年来，为了改进目前大熊猫野外数量调查中关于数量和种群结构的确认方法，提高种群的动态监测和管理水平，方盛国负责的研究小组开展了该领域的方法性探索。在完成了“大熊猫DNA指纹探针研制及其全基因组DNA提取方法”的前期工作，并解决了野生大熊猫基因材料难以获得、家庭结构难以确认等世界性难题后，从1998年8月起，浙江大学、中科院动物研究所、成都大熊猫繁育研究基地，以及佛坪、唐家河国家级自然保护区等单位组成的联合研究组，地毯式收集两保护区约900平方公里的熊猫粪便，毛发样品，在实验室提取了每份样品的大熊猫全基因组DNA；利用基因探针进行检测，得到了每份样品的基因指纹图；通过计算机识别软件分析，确认了野外大熊猫的数量和家庭成员；再利用自己研制的性别鉴定基因检测试剂盒，确定了每一个体的性别。基于上述研究结果，方盛国于2月22日在他的实验室完成了这两个保护区大熊猫种群的个体基因身份证管理系统和户籍管理档案系统的构建。据介绍，每只大熊猫的基因身份证由两部分构成：一是约定俗成的数字码，由国家代码、省（自治区）代码、地区代码、县代码、保护区代码、家庭代码和个体代码共同构成。另一个是由每只熊猫的性别和个体确认的基因条形码构成，这种码具有唯一性，误差率在大熊猫为十六亿分之一。在此基础上，将保护区所有大熊猫的基因码集中起来，就形成了一个完整的，且以保护区为管理单元的大熊猫户籍档案。有了这个基因身份证管理系统和基因户籍档案系统，管理人员在进行动态监测时，若发现一只不知名的熊猫，就可以通过基因检测确定它的性别和所属家庭，发放一个基因身份证给它，并报上户口。若死亡一只或从野外捕捉一只个体，通过此方法可知道此个体是来源于哪一个家庭，据此将其在野外的户口注销。对于人工饲养种群，管理人员在人工繁殖的亲本选择时，就能避免近亲繁殖。

    目前，世界上仅有方盛国教授的实验室能够以粪便为基因的材料来源进行上述研究工作，其基因探针的核苷酸序列和粪便中大熊猫全基因组DNA的提取方法，已获得国家发明专利。

    方盛国介绍说：大熊猫是我国特产的世界濒危野生动物，材料很难取到，野生动物也不可能采取损伤性的取样，我们首先对野外大熊猫粪便，材料来源进行研究。从粪便里，我们把消化道里脱落的细胞组织提取出来，然后再把基因组DNA提取出来，然后再用探针对大熊猫进行检测，确定熊猫在野外的数量，家庭结构和遗传关系，这样根据基因制作大熊猫基因身份证，同时建立保护区的户籍管理档案。

 

方盛国简介

　1984年7月毕业于四川大学动物学专业。现任国家濒危野生动植物种质基因保护中心主任；濒危野生动物保护遗传与繁殖教育部重点实验室主任；《科学通报》特邀编辑；《兽类学报》编委。获国家技术发明二等奖一项、省部科技进步奖多项、1999年度全国自然保护区科研先进个人、2000年度国务院政府特殊津贴、2003年国家杰出青年基金、浙江省151一层次培养人才。主要从事濒危野生动物分子生态学、保护遗传学和繁殖生物学的研究。在《Electrophoresis》，《BioTechniques》和《Molecular Ecology Notes》等SCI学术期刊发表学术论文20余篇。解决了脊椎动物基因材料的长期保存问题和定量检测与评价大熊猫等濒危野生兽类遗传分化的基因探针问题，引起了国内外同行的广泛关注。

 

原文检索：Giant Panda Genomic Data Provide Insight into the Birth-and-Death Process of Mammalian Major Histocompatibility Complex Class II Genes

原文链接：http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0004147

 

【Abstract】

To gain an understanding of the genomic structure and evolutionary history of the giant panda major histocompatibility complex (MHC) genes, we determined a 636,503-bp nucleotide sequence spanning the MHC class II region. Analysis revealed that the MHC class II region from this rare species contained 26 loci (17 predicted to be expressed), of which 10 are classical class II genes (1 DRA, 2 DRB, 2 DQA, 3 DQB, 1 DYB, 1 DPA, and 2 DPB) and 4 are non-classical class II genes (1 DOA, 1 DOB, 1 DMA, and 1 DMB). The presence of DYB, a gene specific to ruminants, prompted a comparison of the giant panda class II sequence with those of humans, cats, dogs, cattle, pigs, and mice. The results indicated that birth and death events within the DQ and DRB-DY regions led to major lineage differences, with absence of these regions in the cat and in humans and mice respectively. The phylogenetic trees constructed using all expressed alpha and beta genes from marsupials and placental mammals showed that: (1) because marsupials carry loci corresponding to DR, DP, DO and DM genes, those subregions most likely developed before the divergence of marsupials and placental mammals, approximately 150 million years ago (MYA); (2) conversely, the DQ and DY regions must have evolved later, but before the radiation of placental mammals (100 MYA). As a result, the typical genomic structure of MHC class II genes for the giant panda is similar to that of the other placental mammals and corresponds to BTNL2~DR1~DQ~DR2~DY~DO_box~DP~COL11A2. Over the past 100 million years, there has been birth and death of mammalian DR, DQ, DY, and DP genes, an evolutionary process that has brought about the current species-specific genomic structure of the MHC class II region. Furthermore, facing certain similar pathogens, mammals have adopted intra-subregion (DR and DQ) and inter-subregion (between DQ and DP) convergent evolutionary strategies for their alpha and beta genes, respectively.