温氏S21系和S22系杜洛克猪日增重和瘦肉率的全基因组关联分析及荟萃分析

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平均日增重(Average Daily Gain,ADG)和瘦肉率(Lean Meat Percentage,LMP)是影响生猪养殖企业的生产成本和经济效益的重要因素,通常被认为是猪的主要经济性状,因此增加ADG和提高LMP一直是育种工作者的主要目标。然而,猪的ADG和LMP的遗传机制尚不明晰,缺乏精准的分子选育手段。随着猪基因组测序的完成和高密度单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism,SNP)芯片的发展,使得对猪进行全基因组关联分析(Genome-Wide Association Study,GWAS)研究成为现实。但GWAS需要足够大的样本量才能找到与性状真正关联的SNP,由于GWAS巨大的工作量和高额的实验成本,使得单个实验样本量难以达到GWAS要求。荟萃分析(又称Meta分析,Meta-analysis)可以结合多个独立研究数据来扩大样本量,从而提高实验结果可靠性,是解决样本量不足的有效方法。本研究拟通过对3917头S21系杜洛克猪(美系来源)和2127头S22系杜洛克猪(加系来源)的ADG和LMP进行GWAS及荟萃分析,以揭示新的影响猪ADG和LMP的主效位点及候选基因。本研究主要实验结果如下:(1)S21系和S22系杜洛克猪的ADG和LMP的遗传力范围在0.36~0.42之间,是中等偏高遗传力;且这两个群体的ADG和LMP表型变异系数均大于2.5%。结果表明,ADG和LMP具有一定的遗传改良空间。(2)在S21系杜洛克猪中,检测到6个达到染色体显著水平的SNP与ADG相关;还检测到6个SNP与LMP相关,其中有3个SNP达到基因组显著水平。此外,有2个SNP没有位于先前报道的与ADG和/或LMP相关的QTL中;其中1个位于6号染色体上的SNP与ADG和LMP相关,该位点的候选基因Olfr1328功能尚未清楚;另外1个SNP在12号染色体上与LMP相关,该位点的候选基因TOB1可能参与骨骼肌发育。(3)在S22系杜洛克猪中,检测到10个达到染色体显著水平的SNP与ADG相关。还检测到12个达到染色体显著水平的SNP与LMP相关,这些SNP没有位于先前报道的与LMP相关的QTL中。其中有9个SNP位于16号染色体上的一个651 kb的QTL中,该区域强候选基因SNX18参与细胞有丝分裂过程;另外3个SNP位于1号染色体上,离这3个SNP最近的候选基因TLE3参与脂肪合成过程。(4)荟萃分析结果表明:检测到8个和16个分别达到基因组和染色体显著水平的SNP与ADG相关;3个和9个分别达到基因组和染色体显著水平的SNP与LMP相关。此外,与LMP相关的12个SNP中,有8个SNP没有位于先前报道的与LMP相关的QTL中;其中1个SNP在1号染色体上,该位点的候选基因GLRX与血脂异常有关;另外7个SNP在16号染色体上,与S22系杜洛克猪鉴定的关联SNP重叠。与单群体GWAS结果相比,荟萃分析检测出20个额外的相关SNP,分别包括17个和3个SNP与ADG和LMP相关。结果表明,荟萃分析显著增强QTL的检出率。(5)基于SNP位置在Ensembl网站上查找离SNP最近的基因,分别筛选到潜在影响ADG和LMP的23个和12个候选基因。通过基因富集分析发现:潜在影响ADG的候选基因富集在尿酸代谢过程、转录调控和DNA模板化;潜在影响LMP的候选基因富集在Ras信号通路、MAPK信号通路以及小GTP酶介导的信号转导。本研究通过对总计6044头S21系和S22系杜洛克猪的ADG和LMP进行GWAS和荟萃分析,首次报道15个与ADG和/或LMP相关的SNP。其中,有14个SNP与LMP相关,并筛选了4个潜在影响LMP的候选基因(SNX18、GLRX、TLE3和TOB1);发现1个SNP可能对ADG和LMP具备“一因多效”作用,通过该位点信息筛选到候选基因Olfr1328。本研究结果为ADG和LMP的遗传机制提供了新的视角,有助于猪ADG和LMP的分子标记辅助选择。
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