5.1. MINTAVÉTEL ÉS DNS IZOLÁLÁS
A markerfejlesztés alapját képező genomszekvencia meghatározásához, valamint a markerek teszteléséhez a Kaposvári Egyetem Vadgazdálkodási Tájközpontból (Bőszénfa, Somogy megye) származó, zártkertben tartott és nevelt gímszarvas bikák vérmintáit használtam fel. A vérvételt képzett állatorvos végezte 7 bikából, az állatok alapvető egészségügyi kezelésének részeként. A vérmintákat 9 ml-es EDTA borítású vérvételi csövekbe gyűjtötték és felhasználásig -20 °C-on tároltuk.
Az ivari kromoszómás markerek teszteléséhez ezen túlmenően a vérvételen átesett fiatal bikák anyaállatából, összesen 5 tehénből, szőrminták gyűjtése is történt. A szőrminták tárolása száraz borítékban, a mintavétel után a lehető leghamarabbi lefagyasztást követően -20 °C-on történt.
A populációgenetikai vizsgálatokhoz legálisan szervezett vadászatok során terítékre került gímszarvas bikákból történt szövet mintavétel a 2014/2015-ös vadászati szezonban. A mintavétel során 123 gím bikából történt harántcsíkolt izomszövet (hús) gyűjtése abszolút etanolt tartalmazó mintavételi csövekbe.
A szövetminták adatait a laborba érkezéskor az általunk vezetett biobankban rögzítettük, a szövetmintákat felhasználásig -20 °C-on tároltuk. Teljes genomi DNS izolálása vérmintákból Duplicα Prep Automated DNA/RNA Extraction System (EuroClone, Olaszország), a tüszővel rendelkező szőrszálakból QIAamp DNA Investigator Kit (QIAGEN, Németország), az izomszövet mintákból pedig Genomic DNA Mini Kit (Geneaid Biotech, Tajvan) segítségével történt, a gyártók utasításait követve. Az izolált DNS minták mennyiségét és minőségét NanoDrop (Thermo Scientific, USA) készülékkel ellenőriztem, majd felhasználásig -20 °C-on tároltuk azokat. A genomszekvencia meghatározásához szükséges DNS mintákat hígítatlanul
26
használtuk, a PCR vizsgálatokhoz pedig desztillált vízzel 15 ng/μl koncentrációra hígítottam a mintákat, és a hígított DNS mintákat használtam.
5.2. BIOINFORMATIKAI MIKROSZATELLITA KERESÉS
A bioinformatikai markerfejlesztés alapját a genomszekvenálás eredményeként kapott szekvenciák (readek) de novo illesztésével kialakult összefüggő genomszakaszok (scaffoldok) jelentették. Ezek teljes hossza 3 409 397 972 bp, 34 724 scaffoldba rendezve. Időközben a scaffoldok kromoszómákba rendezése is megtörtént, így kialakult az első gímszarvas referencia genom, a CerEla1.0; de a munkám kezdetén még a scaffoldok jelentették a markerfejlesztés alapját. Így az ismétlődő motívumok (mikroszatelliták) szűrése a scaffold szekvenciákon történt, QDD Perl szkript csomag (Meglécz et al. 2010) segítségével. A mikroszatellita szűréshez mononukleotidok estében 10, dinukleotidok esetében 7, trinukleotidok esetében 5, tetra-, penta- és hexanukleotidok esetében 3-3 minimális ismétlődésszám lett beállítva, legalább 200 bp határoló régióval mindkét oldalon. Az egyéb paramétereket alapbeállításon hagytam.
A mindkét oldalon legalább 80 bp hosszúságú határoló régióval rendelkező egyedi lókuszokra Primer3 (Rozen & Skaletsky 2000) segítségével terveztem primereket. A tervezési beállítások közül a primerek hossza 18-23 nukleotid, 21 nukleotid optimummal, a primerek tapadási hőmérséklete 55-63 °C, 60 °C optimummal, a termék mérete pedig 100-500 bp között lett megadva; az egyéb alapbeállításokon nem változtattam.
A gímszarvas genom összeállított X és Y kromoszómájára eső scaffoldok szarvasmarha referenciához illesztése BLAST (Altschul et al. 1990) program segítségével történt, az összeállított gímszarvas X és Y kromoszóma ellenőrzése céljából. A mikroszatellita adatbázisunkat ezután az ezen X és Y
27
kromoszómás régiókkal szűrtem az ivari kromoszómás mikroszatelliták kiválogatására. Ezen szűréseket saját Perl szkriptek segítségével végeztem.
5.3. IVARI KROMOSZÓMÁS STR MARKEREK FEJLESZTÉSE
Az ivari kromoszómás mikroszatelliták közül 18 lókuszt, valamint a rájuk tervezett primereket választottam ki genetikai vizsgálatokhoz. UCSC In-Silico PCR adatbázis (https://genome.ucsc.edu/cgi-bin/hgPcr, Speir et al. 2016) segítségével ellenőriztem, hogy a kiválasztott primer párok szarvasmarha referencián is X illetve Y kromoszómán adnak terméket. Az Y kromoszóma fajok közötti nagyfokú konzervációja miatt (Gallagher & Womack 1992, Murphy et al. 1999) a szarvasmarha ivari kromoszómára térképeződő primerekről joggal feltételezhetjük, hogy gímszarvasban is a megfelelő kromoszómára bekötve adnak PCR terméket.
Ezután a kiválasztott primereket egyesével teszteltem gímszarvas DNS mintákon. Az egyedi PCR-ek során detektálható terméket adó primerpárokat nagyság szerint két 8-8 primer párt tartalmazó multiplex rendszerbe rendeztem, és az így kapott multiplexeket optimalizáltam PCR vizsgálathoz. A markerek egyedi ellenőrzéséhez a vérvételen átesett bőszénfai bikák mintáit használtam, a multiplexek optimalizálásához pedig az egyik gím tenyészbika 5 bikaborjának valamint a fiatal bikák anyaállatának mintáit dolgoztam fel; a mintaszettel kapott eredményeken ellenőriztem a markerek öröklődését is. Az optimalizált multiplexek 15 μl végtérfogatban lettek összemérve, 45 ng templát DNS mintát, 1 × QIAGEN Multiplex PCR Master Mixet (QIAGEN, Németország) és optimalizált mennyiségű primert (0.06–0.40 mM) tartalmaztak, desztillált vízzel hígítva. Az amplifikáció GeneAmp PCR System 9700 (Applied Biosystems, USA) készülékben zajlott, egy kezdeti 15 perces lépéssel 95 ºC-on, amit 29 ciklus követett az alábbi lépésekből 30 másodperc
28
94 ºC, 90 másodperc 60 ºC és 60 másodperc 72 ºC, egy végső extenzióval 60 perc 60 ºC. A későbbi populációgenetikai vizsgálatokhoz is ezt a protokollt használtam. Az egyedi reakciók sikerességét, azaz, hogy adott PCR eredményezett-e terméket, agaróz gélelektroforézis segítségével értékeltem, 2%-os agaróz gélben, GeneRuler 100 bp DNA Ladder (Thermo Scientific, USA) segítségével.
5.4. POPULÁCIÓGENETIKAI VIZSGÁLATOK STR MARKEREKKEL
A populációgenetikai vizsgálatokhoz 130 gímszarvas bika mintát dolgoztam fel, 5 különböző élőhelyről (Bőszénfa N=7; Lábod N=21, Vajszló N=15, Gemenc N=51, Zemplén N=36). Az ivari kromoszómás mikroszatellitákat tartalmazó multiplexek esetében a már ismertetett optimalizált PCR protokoll alapján végeztem a vizsgálatokat, Szabolcsi és munkatársai (2014) által fejlesztett autoszómás mikroszatellita multiplexek vizsgálatakor pedig a leírt protokollt követtem, annyi változtatással, hogy ezek a reakciók is QIAGEN Multiplex PCR Kit (QIAGEN, Németország) használatával lettek összemérve.
Az amplifikáció GeneAmp PCR System 9700 (Applied Biosystems, USA) készülékben zajlott, az ivari kromoszómás multiplexek esetében a korábban ismertetett programmal, az autoszómás multiplexek esetében az eredeti szerzők protokollja alapján (Szabolcsi et al. 2014).
Az STR markerek vizsgálatához fluoreszcensen jelölt primereket használtunk, a PCR termékek detektálása az allélméretek meghatározásához kapilláris elektroforézissel történt egy ABI 3100 Genetic Analyzer (Applied Biosystems, USA) segítségével. Az elektroferogrammok PeakScanner szoftver (Applied Biosystems, USA) segítségével lettek feldolgozva, az állatok genotípusait Excel táblázatban rögzítettem, és a különböző szükséges formátumokra alakítás is ebből a genotípus táblázatból történt a GenAlEx Excel bővítmény
29
(Peakall & Smouse 2012) segítségével. A nullallélok és genotipizálási hibák feltárására MICRO-CHECKER programot (Van Oosterhout et al. 2004) használtam. A CERVUS program „Identity Analysis” (Kalinowski et al. 2007) opciója segítségével ellenőriztem a minta szettet a megegyező genotípusok kiszűrésére. Az egyedi genotípusok alapján az allélgyakoriságok, valamint ivari kromoszómás mikroszatelliták esetében a haplotípus gyakoriságok meghatározása, továbbá az alléldiverzitások és heterozigozitás értékek számítását CERVUS (Kalinowski et al. 2007) és GenAlEx (Peakall & Smouse 2012) segítségével végeztem. A Hardy-Weinberg egyensúly eltéréseit exact-teszt (Guo & Thomson 1992) alkalmazásával és Bonferroni-korrekcióval vizsgáltam CERVUS (Kalinowski et al. 2007) használatával. Az allélgyakoriságok alapján Shannon-Weaver diverzitás indexet, haplotípus gyakoriságok alapján pedig Nei-féle haplotípus diverzitás értéket (Nei &
Tajima 1981) számoltam a genetikai sokszínűség meghatározására a GenAlExben (Peakall & Smouse 2012). Az egyedi genotípusokat főkomponens analízissel (PCA) és klaszteranalízissel is értékeltem, az egyedek populációhoz rendelése céljából. A PCA számítása a variancia-kovariancia mátrixból történt Jaccard index alapján, a klaszteranalízist Jaccard hasonlósági index párosított csoport algoritmussal végeztem PAST program (Hammer et al. 2000) segítségével. A genetikai struktúra vizsgálatát a Structure program algoritmusával (Pritchard et al. 2000) is elvégeztem. Az elemzés az admixture modell használatával, korreláló allélgyakoriságok beállítás mellett futott 250 000 ismétléses burn-in periódus után 750 000 ismétléssel egytől hétig terjedő K értékig, minden K értékre 3 független futással. A genetikai klaszterek legvalószínűbb számának megállapításához a
“likelihood score” értékét, valamint a második deriváltjának változását (Evanno et al. 2005) határoztam meg Structure Harvester (Earl & vonHoldt 2012) segítségével.
30
5.5. MITOKONDRIÁLIS KONTROLL RÉGIÓ VIZSGÁLATA
A mitokondriális kontroll régió vizsgálatához a teljes D-loopot és az azt határoló két tRNS gén részleges szekvenciáját tartalmazó 1014 bp-os szakaszt szaporítottam fel L-Pro és H-Phe primerekkel (Fickel et al. 2012). A reakciók 25 μl végtérfogatban lettek összemérve, 60 ng templát DNS, 1 × Phusion HF Buffer (Thermo Scientific, USA), 0,4 U Phusion Hot Start II High-Fidelity DNA Polymerase enzim (Thermo Scientific, USA), az egyes dNTP-ből 0,8-0,8 mM és a primerekből 0.28 mM tartalommal, desztillált vízzel hígítva. Az amplifikáció GeneAmp PCR System 9700 (Applied Biosystems, USA) készülékben zajlott, egy kezdeti 30 másodperces lépéssel 98 ºC-on, amit 35 ciklus követett az alábbi lépésekből 30 másodperc 98 ºC, 30 másodperc 62,5 ºC és 70 másodperc 72 ºC, egy végső extenziós lépéssel 5 perc 72 ºC.
A reakciók sikerességét, agaróz gélelektroforézis segítségével értékeltem, 2%-os agaróz gélben, GeneRuler 1 kb DNA Ladder (Thermo Scientific, USA) segítségével. A PCR termékeket Gel/PCR Fragments Extraction Kit (Geneaid Biotech, Tajvan) segítségével tisztítottam, majd a szekvenciájuk meghatározása Sanger-féle láncterminációs módszerrel történt mindkét irányból, az amplifikációhoz is használt primerekkel, egy ABI 3100 Genetic Analyzer (Applied Biosystems, USA) készüléken. A szekvenciák feldolgozásához DNAStar (DNASTAR Inc., USA) programcsomag SeqMan modulját használtam. A mitokondriális DNS nehéz láncának nukleotid szekvenciáit MEGA6 (Tamura et al. 2013) szoftver ClustalW algoritmusával illesztettem egymáshoz. A haplotípusok meghatározásához, valamint a populációk összehasonlításához DnaSP (Librado & Rozas 2009) programot használtam. A szekvenciák közötti filogenetikai kapcsolatok feltárása Markov láncú Monte Carlo (MCMC) ismétlések segítségével történt a BEAST (Drummond et al. 2012) beépített Bayesi algoritmusával; 1 000 000 ismétléssel, az első 250 000 ismétlést burn-in periódusként használva.
31