基于全基因組選擇信號(hào)挖掘中國(guó)地方綿羊在馴化過(guò)程中的選擇印記.pdf

1、綿羊是世界上最早被馴化的家養(yǎng)動(dòng)物之一，也是新石器時(shí)代人類(lèi)馴化最成功的動(dòng)物之一。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的馴化，綿羊在形態(tài)、生理和行為等方面與其野生祖先相比均發(fā)生了巨大的變化。之后，綿羊隨著人類(lèi)活動(dòng)的遷徙，擴(kuò)散至世界的各個(gè)角落，形成了性狀特征各異的不同品種或類(lèi)群。然而這些在馴化過(guò)程中形成的表型變異和馴化后在特定自然生態(tài)條件和人工選擇的作用下分化成具有不同表型特征的品種的分子機(jī)理仍不清楚。我國(guó)養(yǎng)羊歷史悠久，遺傳資源極為豐富，是研究綿羊馴化模式和品種分化遺傳

2、機(jī)理的理想遺傳資源。本研究利用全基因組重測(cè)序技術(shù)，比較分析亞洲摩弗倫野羊（Ovis ortentalis）與阿勒泰羊、多浪羊、湖羊、蒙古羊和藏羊等5個(gè)具有代表性的中國(guó)地方綿羊品種（Ovis aries）在全基因組水平的差異，構(gòu)建上述5個(gè)中國(guó)地方綿羊品種的遺傳變異圖譜，分析其與野羊之間的遺傳關(guān)系，鑒定其在馴化過(guò)程中受到選擇的染色體區(qū)域及基因。取得結(jié)果如下:
　　(1)本研究采集了338份來(lái)自阿勒泰羊、多浪羊、湖羊、蒙古羊和藏羊等5個(gè)

3、具有代表性的中國(guó)地方綿羊品種的全血樣，按照個(gè)體DNA等量混合的策略每個(gè)品種構(gòu)建2個(gè)DNA混合池，進(jìn)行全基因組重測(cè)序，共生成了1.427Tb的原始測(cè)序數(shù)據(jù)，總測(cè)序深度達(dá)549×。質(zhì)量過(guò)濾后，獲得了1.172Tb的高質(zhì)量的中國(guó)地方綿羊品種的基因組數(shù)據(jù)。
　　(2)比較上述5個(gè)地方綿羊品種與公共數(shù)據(jù)庫(kù)中亞洲摩弗倫野羊的基因組測(cè)序數(shù)據(jù)，共檢出64，105，124個(gè)SNP和7，985，424個(gè)InDel。亞洲摩弗倫野羊中的SNP的數(shù)量、SN

4、P雜合子所占的比例以及InDel數(shù)量和長(zhǎng)度均高于5個(gè)地方綿羊品種，表明地方綿羊品種在馴化過(guò)程中受到了強(qiáng)烈的自然選擇和人工選擇。
　　(3)將5個(gè)中國(guó)地方綿羊品種的基因組數(shù)據(jù)合并成一個(gè)整體數(shù)據(jù)集，與亞洲摩弗倫野羊的基因組測(cè)序數(shù)據(jù)相比較，采用滑動(dòng)窗口策略，在全基因組水平進(jìn)行固定選擇指數(shù)(FST)和雜合子率（HP）分析，篩選到101個(gè)選擇區(qū)域，包含365個(gè)編碼蛋白基因，這些基因參與生物調(diào)節(jié)、細(xì)胞過(guò)程、免疫應(yīng)答等生物學(xué)過(guò)程，與繁殖、神經(jīng)發(fā)

5、育、骨骼發(fā)育、消化道發(fā)育和視力相關(guān)。
　　(4)分別對(duì)阿勒泰羊、多浪羊、湖羊、蒙古羊和藏羊的基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行FST和HP分析，分別鑒定出選擇區(qū)域95個(gè)、99個(gè)、100個(gè)、100個(gè)和104個(gè)，總長(zhǎng)度分別為21.375Mb、20.775Mb、22.2Mb、22.875Mb和22.575Mb，分別占整個(gè)基因組全長(zhǎng)的0.827％、0.804％、0.859％、0.885％和0.873％，分別包含303個(gè)、234個(gè)、288個(gè)、364個(gè)和289個(gè)

6、編碼蛋白的基因。對(duì)5個(gè)地方綿羊品種選擇區(qū)域取交集，最終獲得了20個(gè)共享的選擇區(qū)域，其中常染色體上有18個(gè)，X染色體有2個(gè)，總長(zhǎng)為3.75Mb，占整個(gè)基因組的1.451‰，共包含67個(gè)編碼蛋白的基因。GO分析的結(jié)果顯示這些基因富集于骨骼形態(tài)發(fā)生、纖維母細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體凋亡信號(hào)通路、子宮內(nèi)胚胎發(fā)育和神經(jīng)嵴細(xì)胞發(fā)育等180個(gè)GOterms。
　　(5)在常染色體共享的選擇區(qū)域中發(fā)現(xiàn)了4個(gè)與視覺(jué)功能相關(guān)的基因，分別為PDE6B、PANK2

7、、GMDS和FOXC1。其中位于PDE6B基因HDc結(jié)構(gòu)域中的c.G2944C/p.A982P錯(cuò)義突變的C等位基因幾乎在5個(gè)地方綿羊品種完全固定下來(lái)了，而在亞洲摩弗倫野羊中處于雜合狀態(tài)，表明該基因及其關(guān)鍵變異可能在馴化的早期受到了選擇，并與綿羊的視力退化有關(guān)。
　　(6)在X染色體上僅發(fā)現(xiàn)了2個(gè)共享的選擇區(qū)域，分別包含AR和OPHN1基因，與繁殖和神經(jīng)發(fā)育相關(guān)，其中位于OPHN1基因RhoGAP結(jié)構(gòu)域中的c.A1579G/p.I5

8、79V錯(cuò)義突變的A等位基因幾乎在5個(gè)地方綿羊品種完全固定下來(lái)了，而在亞洲摩弗倫野羊中處于雜合狀態(tài)。這兩個(gè)基因及其變異受到選擇可能是人類(lèi)在馴化早期對(duì)綿羊繁殖能力和性情選擇的結(jié)果。
　　(7)通過(guò)品種間的比較，鑒定出7個(gè)反映品種特征的選擇區(qū)域及基因。其中發(fā)現(xiàn)2個(gè)與環(huán)境適應(yīng)性相關(guān)的新基因，分別為與藏羊低氧適應(yīng)性相關(guān)的CYP17基因和多浪羊抗逆性相關(guān)的DNAJB5基因。驗(yàn)證了5個(gè)與綿羊重要表型相關(guān)的基因，分別為產(chǎn)羔數(shù)相關(guān)的BMPR-1B基

9、因（湖羊）、角的有無(wú)相關(guān)的RXFP2基因（湖羊和多浪羊）、脊椎數(shù)變異相關(guān)的HOXA cluster（蒙古羊）、控制尾椎數(shù)變異的致因突變T基因的c G334T/p G112W突變位點(diǎn)（阿勒泰羊和多浪羊）及耳型相關(guān)的MSRB3基因（多浪羊）。
　　本研究對(duì)5個(gè)具有代表性的中國(guó)地方綿羊品種進(jìn)行大規(guī)模、高覆蓋的深度全基因組重測(cè)序，構(gòu)建了5個(gè)地方綿羊品種的高分辨率遺傳變異圖譜，鑒定了在馴化過(guò)程中共享的和品種特異的選擇區(qū)域及相關(guān)基因，發(fā)現(xiàn)了視