太湖流域地方品種豬基因組結(jié)構(gòu)及其功能研究.pdf

1、太湖流域地方品種豬具有繁殖力高、抗病力強、耐粗飼、性情溫馴、肉質(zhì)鮮美、雜種優(yōu)勢等許多優(yōu)良經(jīng)濟性狀，尤其繁殖力在所有豬種中幾乎最高。闡明這些復(fù)雜性狀（complex traits）的分子遺傳機制（molecular genetic mechanism）是當(dāng)前豬遺傳育種工作者的重要研究課題。隨著研究的不斷深入、技術(shù)的不斷進(jìn)步以及研究方法的不斷更新，單純依靠傳統(tǒng)的單個或少數(shù)幾個位點（基因）的研究顯然已經(jīng)不能滿足研究需要，而從基因組層面（gen

2、ome-wide）進(jìn)行整體研究、揭示上述重要經(jīng)濟性狀的遺傳機制、實現(xiàn)遺傳改良的要求已變得越來越迫切。然而令人遺憾的是，迄今為止，只有少量研究針對某一個或幾個太湖地方品種進(jìn)行了全基因組范圍遺傳變異的研究，且實驗樣本較少。而全面系統(tǒng)的比較6個太湖品種（包括梅山豬、二花臉豬、米豬、楓涇豬、沙烏頭豬和嘉興黑豬），在全基因組范圍內(nèi)對其遺傳變異進(jìn)行普查的研究工作目前尚未見報道；并且這些種質(zhì)特性的遺傳機制研究更是遠(yuǎn)未達(dá)到令人滿意的地步，其遺傳機制尚不

3、清楚；此外，對于這些品種、類群等的劃分多依賴于表型、產(chǎn)地、分布而缺乏充分的分子遺傳依據(jù)。據(jù)此，本研究擬開展以下工作：（1）對太湖流域地方豬群體的基因組進(jìn)行遺傳變異（SNP、Indel和CNV等）檢測；（2）全基因組范圍內(nèi)的遺傳標(biāo)記在保種等生產(chǎn)實踐上的應(yīng)用，即利用分子標(biāo)記進(jìn)行群體遺傳多樣性和群體結(jié)構(gòu)研究；（3）綜合考慮QTL、KEGG和GO等基因注釋庫信息，對上述基因組遺傳變異的功能進(jìn)行初步預(yù)測分析；（4）全基因組范圍內(nèi)的SNP遺傳標(biāo)記在

4、揭示遺傳機制上的應(yīng)用，即結(jié)合選擇信號分析對太湖流域地方豬群體繁殖力高、抗病能力強、性格溫順等優(yōu)良性狀遺傳基礎(chǔ)進(jìn)行研究。具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　一、全基因組遺傳變異檢測：利用本實驗室構(gòu)建的簡化基因組測序平臺——GGRS，對太湖流域6個品種，共計252頭地方豬進(jìn)行了全基因組范圍內(nèi)遺傳變異的檢測。共檢測到105,550個SNP、122,632個Indel、31,444個Insertion、44,056個Deletion和455個C

5、NV。與當(dāng)前dbSNP數(shù)據(jù)庫比對的分析，發(fā)現(xiàn)其中有29,575個為新的SNP，這表明太湖流域地方品種存在一定程度的遺傳特異性。進(jìn)一步分析表明，SNP在單個染色體上的分布相對均一，但在不同染色體上數(shù)量和密度的分布存在一定差異，其MAF的分布偏向中低值。這些結(jié)果將有利于對太湖地方品豬種遺傳基礎(chǔ)的認(rèn)識，同時也豐富了中國地方品豬種的分子標(biāo)記數(shù)據(jù)庫。
　　二、遺傳多樣性及群體結(jié)構(gòu)分析：品種或類群的劃分，直接關(guān)乎一個資源群體的保護(hù)力度和重視程

6、度，因此合理的品種劃分才能更好地實現(xiàn)對當(dāng)前種質(zhì)資源的有效保護(hù)和執(zhí)行國家對其有效利用的戰(zhàn)略。然而，當(dāng)前品種和類群的劃分多依賴于表型、產(chǎn)地、分布而缺乏充分的分子遺傳依據(jù)。為此，本研究應(yīng)用全基因組范圍內(nèi)的遺傳標(biāo)記，對太湖流域地方豬種群體進(jìn)行了遺傳多樣性和群體結(jié)構(gòu)的分析。首先對反映群體內(nèi)遺傳多樣性的三個重要指標(biāo)：等位基因的豐度（allelic richness，AR）、標(biāo)記多態(tài)性的比例（the proportion of polymorphic

7、 markers，PN）、期望雜合度（expected heterozygosity，HE）進(jìn)行了分析、計算。結(jié)果顯示：米豬基因豐度值最高（AR=1.736），而楓涇表現(xiàn)最低（AR=1.481）；PN范圍為0.946（長白）到0.999（二花臉）；長白豬雜合度最高（HE=0.375），而米豬最低（HE=0.343）。其次對群體間的遺傳多樣性進(jìn)行了評估。結(jié)果顯示，二花臉和米豬之間的群體分化指數(shù)（FST）最小，低于小梅山和中梅山之間的分化程

8、度；PCA、STRUCTURE和NJ-tree等分析均顯示各個品種（包括小梅山和中梅山）之間能夠清晰地進(jìn)行聚類區(qū)分。以上結(jié)果表明，當(dāng)前太湖流域地方品種劃分整體而言是合理的，但需要進(jìn)行局部微調(diào)，若把小梅山和中梅山當(dāng)作兩個品種而非兩個類群進(jìn)行保種或許更加合理。
　　三、遺傳變異功能預(yù)測分析：為了進(jìn)一步探究各類變異的初步功能，我們利用當(dāng)前已有的基因注釋庫（如NCBI、QTL、KEGG和GO等）對這些變異進(jìn)行了初步的功能注釋。研究結(jié)果顯示

9、：各類變異位于基因上的比例在27.5％~39.5%之間，位于QTL上的比例在25%左右。基因富集分析結(jié)果表明，不同類型的變異在不同的通路上發(fā)生了富集，SNP主要與脂肪相關(guān)，Indel更多的與疾病相關(guān)，Insertion和Deletion與內(nèi)吞作用相關(guān)，而CNV與神經(jīng)功能相關(guān)。此外，我們還發(fā)現(xiàn)含有高密度變異的QTL主要集中在胴體與肉質(zhì)性狀、健康性狀。這些研究結(jié)果，將有利于我們對太湖流域地方豬基因組遺傳變異的分布特點及其功能的了解，為進(jìn)一步

10、深入地研究其功能提供參考。
　　四、選擇信號分析：經(jīng)歷了長期的人工或者自然選擇，太湖流域地方品種豬群體形成了今天繁殖力高、抗病力強等優(yōu)良性狀，這些選擇作用很可能在其基因組上留下了印跡。有鑒于此，我們采用群體內(nèi)（REHH）和群體間（XPEHH）兩種選擇信號檢測方法，對太湖流域地方品種豬群體進(jìn)行了全基因組選擇信號的檢測分析。研究結(jié)果顯示：在太湖群體基因組上分別發(fā)現(xiàn)282（REHH法）和112（XPEHH法）個選擇信號候選區(qū)域，對應(yīng)基因

11、組長度為159.78 Mb和62.29 Mb，占基因組總長的6.15%和2.40%。進(jìn)一步對這些選擇信號候選區(qū)域進(jìn)行了基因或QTL映射分析，發(fā)現(xiàn)許多基因或QTL與繁殖（比如TLR9基因）、毛色（比如KIT基因）、脂肪代謝（如CPT1A和MAML3基因）等表型相關(guān)。此外，通過對選擇信號候選區(qū)域內(nèi)基因的富集分析，發(fā)現(xiàn)了多個顯著的基因富集通路，其中多數(shù)與疾病相關(guān)，如哮喘、免疫性甲狀腺病等。因此，選擇信號候選區(qū)內(nèi)的基因可以作為與豬繁殖、抗病等性