藏豬高原適應(yīng)性相關(guān)基因的鑒定及其DNA甲基化調(diào)控規(guī)律.pdf

1、藏豬是青藏高原地區(qū)馴化起源的較為古老的地方豬種，為我國(guó)唯一的高原豬種，也是世界少有的微型豬種之一。目前對(duì)藏豬的相關(guān)研究大多停留在表型特征、地理分布和生活習(xí)性等方面，而對(duì)藏豬高原適應(yīng)性和重要經(jīng)濟(jì)性狀的分子機(jī)理研究報(bào)道不多，嚴(yán)重影響了藏豬資源的合理利用。本研究的立意與基本思路是利用高通量基因組測(cè)序技術(shù)，從基因組水平出發(fā)尋找藏豬高原適應(yīng)性的遺傳變異與相關(guān)功能基因。本研究主要通過(guò)將藏豬和其他地方豬種進(jìn)行比較分析，從線粒體DNA、基因組DNA、m

2、RNA轉(zhuǎn)錄組水平全面解析藏豬高原適應(yīng)性的分子機(jī)制，并且通過(guò)藏豬的移居實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建骨骼肌全基因組DNA甲基化圖譜，結(jié)合RNA-seq數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析，試圖探索藏豬高原適應(yīng)性的表觀遺傳機(jī)制。主要結(jié)果如下:
　　(1)獲得了6個(gè)不同地區(qū)藏豬的全線粒體DNA序列，長(zhǎng)度約為16.7kb，發(fā)現(xiàn)藏豬線粒體DNA大部分區(qū)段的核苷酸多樣性高于其他地方豬種。
　　(2)藏豬16s rRNA受到了負(fù)向選擇以適應(yīng)高原環(huán)境，ATP6基因在藏豬的進(jìn)化過(guò)程

3、中經(jīng)歷了正向選擇。
　　(3)包括藏豬和四川地方豬種在內(nèi)的所有個(gè)體重測(cè)序共產(chǎn)生659.4Gb數(shù)據(jù)，不同群體的SNP檢測(cè)結(jié)果顯示，藏豬群體擁有8，390，501個(gè)SNP位點(diǎn)，與中國(guó)其他家豬共享SNP數(shù)目為4，909，564，高于所有豬種共享的SNP數(shù)目3，020，386。
　　(4)基于全基因組SNP信息位點(diǎn)的系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果顯示，所有個(gè)體先按照地理位置的不同聚為歐洲豬和亞洲豬，中國(guó)豬種按照區(qū)域的不同聚類為西南地區(qū)家豬和東南地

4、區(qū)家豬，藏豬則分別按照6個(gè)不同群體各自聚為一小支。
　　(5)群體遺傳結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果與系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果一致，6個(gè)藏豬群體中，甘孜地區(qū)與迪慶地區(qū)藏豬的祖先單倍型更加單一，說(shuō)明這兩個(gè)區(qū)域的藏豬血緣更加純正。
　　(6)基因的受選擇分析結(jié)果顯示，藏豬基因組中有516個(gè)基因受到強(qiáng)烈的自然選擇，而地方家豬有268個(gè)基因受到了強(qiáng)烈的人工選擇。藏豬受選擇的基因主要與DNA修復(fù)等高原適應(yīng)性相關(guān)，地方家豬受選擇基因則主要與生長(zhǎng)和免疫系統(tǒng)發(fā)育相

5、關(guān)。
　　(7)本研究發(fā)現(xiàn)ALB、SPTLC2和GLDC，以及ECE1、GNG2和PIK3C2G這些基因在藏豬中呈現(xiàn)極強(qiáng)的正向選擇信號(hào)，這些基因能促進(jìn)血紅蛋白的生成，并增強(qiáng)血紅蛋白與氧氣的結(jié)合，因而對(duì)藏豬的高原適應(yīng)性起著重要的作用。
　　(8)藏豬與野豬不同組織的mRNA轉(zhuǎn)錄組比較分析結(jié)果顯示，肺組織擁有更多的差異基因(p＜0.001)，且肺組織特異表達(dá)的基因明顯高于其他組織，說(shuō)明這些基因可能通過(guò)提升肺組織的氧通量促進(jìn)藏豬的

6、低氧適應(yīng)性。
　　(9)首次構(gòu)建了藏豬背最長(zhǎng)肌的全基因組單堿基分辨率DNA甲基化圖譜，結(jié)果顯示，藏豬基因組中主要的甲基化位點(diǎn)為CpG二核苷酸，少量DNA甲基化發(fā)生在CHG和CHH序列環(huán)境下。
　　(10)平原藏豬與高原藏豬背最長(zhǎng)肌之間的差異甲基化基因主要富集于代謝、轉(zhuǎn)運(yùn)、氧化磷酸化等各種生物學(xué)過(guò)程，以及ATP結(jié)合、核苷酸合成、轉(zhuǎn)運(yùn)酶等分子功能。這些通路與能量的代謝極其相關(guān)，該結(jié)果從基因甲基化層面印證了藏豬高原適應(yīng)的獨(dú)特能量代

7、謝過(guò)程。
　　(11)平原藏豬與高原藏豬背最長(zhǎng)肌差異表達(dá)基因主要富集于“細(xì)胞合成功能的正向調(diào)節(jié)”，“正向調(diào)節(jié)基因表達(dá)”，“低氧應(yīng)答”等通路。其中EGLN3和ALB基因在藏豬的高原適應(yīng)性上起重要作用。
　　綜上，本研究對(duì)藏豬進(jìn)行線粒體DNA測(cè)序、重測(cè)序、DNA甲基化測(cè)序、mRNA測(cè)序等多層次的功能基因組學(xué)分析，鑒定出藏豬基因組中受自然選擇的區(qū)域或基因，闡明了部分重要功能基因表達(dá)調(diào)控規(guī)律，有助于揭秘藏豬高海拔適應(yīng)性的分子機(jī)制，能