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(qiáng)、耐粗飼、性情溫馴、肉質(zhì)鮮美、雜種優(yōu)勢(shì)等許多優(yōu)良經(jīng)濟(jì)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(jī)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(gè)或少數(shù)幾個(gè)位點(diǎn)（基因）的研究顯然已經(jīng)不能滿(mǎn)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(jì)性狀的遺傳機(jī)制、實(shí)現(xiàn)遺傳改良的要求已變得越來(lái)越迫切。然而令人遺憾的是，迄今為止，只有少量研究針對(duì)某一個(gè)或幾個(gè)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(shí)驗(yàn)樣本較少。而全面系統(tǒng)的比較6個(gè)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(duì)其遺傳變異進(jìn)行普查的研究工作目前尚未見(jiàn)報(bào)道；并且這些種質(zhì)特性的遺傳機(jī)制研究更是遠(yuǎn)未達(dá)到令人滿(mǎn)意的地步，其遺傳機(jī)制尚不

3、清楚；此外，對(duì)于這些品種、類(lèi)群等的劃分多依賴(lài)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(kāi)展以下工作：（1）對(duì)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(cè)；（2）全基因組范圍內(nèi)的遺傳標(biāo)記在保種等生產(chǎn)實(shí)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(kù)信息，對(duì)上述基因組遺傳變異的功能進(jìn)行初步預(yù)測(cè)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(jī)制上的應(yīng)用，即結(jié)合選擇信號(hào)分析對(duì)太湖流域地方豬群體繁殖力高、抗病能力強(qiáng)、性格溫順等優(yōu)良性狀遺傳基礎(chǔ)進(jìn)行研究。具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　　一、全基因組遺傳變異檢測(cè)：利用本實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建的簡(jiǎn)化基因組測(cè)序平臺(tái)——GGRS，對(duì)太湖流域6個(gè)品種，共計(jì)252頭地方豬進(jìn)行了全基因組范圍內(nèi)遺傳變異的檢測(cè)。共檢測(cè)到105,550個(gè)SNP、122,632個(gè)Indel、31,444個(gè)Insertion、44,056個(gè)Deletion和455個(gè)C

5、NV。與當(dāng)前dbSNP數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)的分析，發(fā)現(xiàn)其中有29,575個(gè)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(gè)染色體上的分布相對(duì)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(duì)太湖地方品豬種遺傳基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也豐富了中國(guó)地方品豬種的分子標(biāo)記數(shù)據(jù)庫(kù)。
　　二、遺傳多樣性及群體結(jié)構(gòu)分析：品種或類(lèi)群的劃分，直接關(guān)乎一個(gè)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(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前種質(zhì)資源的有效保護(hù)和執(zhí)行國(guó)家對(duì)其有效利用的戰(zhàn)略。然而，當(dāng)前品種和類(lèi)群的劃分多依賴(lài)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(duì)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(duì)反映群體內(nèi)遺傳多樣性的三個(gè)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(jì)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(zhǎng)白）到0.999（二花臉）；長(zhǎng)白豬雜合度最高（HE=0.375），而米豬最低（HE=0.343）。其次對(duì)群體間的遺傳多樣性進(jìn)行了評(píng)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(gè)品種（包括小梅山和中梅山）之間能夠清晰地進(jìn)行聚類(lèi)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(gè)品種而非兩個(gè)類(lèi)群進(jìn)行保種或許更加合理。
　　三、遺傳變異功能預(yù)測(cè)分析：為了進(jìn)一步探究各類(lèi)變異的初步功能，我們利用當(dāng)前已有的基因注釋庫(kù)（如NCBI、QTL、KEGG和GO等）對(duì)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(lèi)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(lèi)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(duì)太湖流域地方豬基因組遺傳變異的分布特點(diǎn)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(hào)分析：經(jīng)歷了長(zhǎng)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(qiáng)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(hào)檢測(cè)方法，對(duì)太湖流域地方品種豬群體進(jìn)行了全基因組選擇信號(hào)的檢測(cè)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(gè)選擇信號(hào)候選區(qū)域，對(duì)應(yīng)基因

11、組長(zhǎng)度為159.78 Mb和62.29 Mb，占基因組總長(zhǎng)的6.15%和2.40%。進(jìn)一步對(duì)這些選擇信號(hào)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(guò)對(duì)選擇信號(hào)候選區(qū)域內(nèi)基因的富集分析，發(fā)現(xiàn)了多個(gè)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(hào)候選區(qū)內(nèi)的基因可以作為與豬繁殖、抗病等性