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线粒体DNA与Y染色体微卫星(Y-STR)、Y染色体单核苷酸多态性(Y-SNP)标记是研究动物母系与父系遗传变异与起源进化的重要工具。利用常染色体微卫星标记和线粒体基因组分析马、驴遗传多样性、起源进化的研究很多,但利用Y染色体雄性特异区Y-STR和Y染色体拷贝数变异(Y-CNV)研究马属动物遗传变异的报道甚少。Y-CNV可以揭示动物Y染色体雄性特异区基因的拷贝数变异,该变异与雄性繁殖力性状密切相关。许多物种的Y染色体基因拷贝数已被鉴定,但马和驴Y染色体基因的拷贝数变异未见报道。睾丸组织是精子发生的场所,了解公畜睾丸组织基因差异表达及microRNAs的表达对提高雄性繁殖力非常重要。隐睾症是单侧或双侧睾丸未下降至阴囊的先天性畸形,会降低动物繁殖力。因此,研究马正常睾丸与隐睾间的差异表达基因,对揭示动物隐睾的遗传机理及导致繁殖力下降的原因十分重要。本研究利用荧光微卫星方法分析了马、驴Y染色体遗传多样性与父系起源;利用实时荧光定量方法鉴定了马、驴Y染色体基因的拷贝数变异;利用RNA-seq和生物信息学方法分析了马正常睾丸和隐睾的差异表达基因和microRNAs表达差异,中国地方驴睾丸组织的差异表达基因及microRNAs表达情况,获得如下创新性结果:1)发现马Y-STR的Eca.YA16标记存在明显的多态性:家马Eca.YA16标记有2种等位基因(156 bp/152 bp),这2个等位基因均在于中国地方马品种中,在欧美马品种中只有1个等位基因156 bp,表明中国马是多父系起源的,全世界马的父系很可能起源于东方马种,否定了马驯化过程中有限的父系起源和单个Y染色体单倍型的观点。普氏野马也有2种等位基因(160 bp/158 bp),表明普氏野马也有Y染色体多态性,对于其遗传资源保护极其重要。2)首次发现家驴有3个父系起源:利用14对已发表的马Y-STR标记,在395头来自中国、埃及、西班牙和秘鲁的家驴中,共发现7个雄性特异的多态Y-STR标记,分别有2-8个等位基因,界定21个单倍型及3个单倍群,表明家驴有3个父系起源。3)发现马Y染色体基因具有明显不同的拷贝数分布模式:通过对8个马Y染色体基因(EIF1AY、ETSTY1、ETSTY4、ETSTY5、ETY4、UBE1Y、SRY)拷贝数变异分析,发现这8个基因的拷贝中值数分别为1、3、8、9、26、7、1、12,拷贝数变异范围分别为1-37、1-25、1-156、1-80、1-173、1-77、1-17、1-92,表明中国马品种间Y染色体基因表现出明显的拷贝数变异和不同的分布模式。4)揭示驴Y染色体基因存在明显的拷贝数变异:通过对5个驴Y染色体基因(CUL4BY、ETSTY1、ETSTY4、ETSTY5、SRY)CNV分析,发现均存在拷贝数变异,拷贝中值数分别为5、45、2、2、12,拷贝数变异范围为1-57、1-227、1-37、1-86、1-152,揭示中国地方驴Y染色体基因具有广泛的CNV变异。5)发现马睾丸组织有84个与精子功能相关的差异表达基因:基于马正常睾丸和隐睾样本转录组分析,共发现84个富集到精子能动性、精子发生、精子顶体、精子主成分相关功能的差异表达基因,其中11个基因(CATSPERD、NME8、SPAG6、AKAP4、CATSPER1、ENKUR、AKAP3、TXNDC8、CATSPER3)已被证实与雄性精子发育和繁殖相关。本研究将这11个基因作为公马精子发育和繁殖能力相关的候选基因,在其中9个基因中发现了35个错义突变。6)发现马睾丸组织有42个共有差异表达microRNAs:基于马正常睾丸和隐睾样本的转录组差异表达microRNAs分析,发现42个共有差异表达microRNAs,其中16个microRNAs的8个靶基因参与精子能动性、精子发生、精子顶体和精子主成分,推测这16个microRNA可能与公马繁殖性能及隐睾形成有关。7)发现驴睾丸组织存在102个差异表达基因及2个差异表达microRNAs:对3头泌阳驴和3头德州驴的睾丸转录组进行测序分析,在泌阳驴与德州驴睾丸组织发现102个差异表达基因及2个差异表达microRNAs,说明泌阳驴和德州驴间差异不明显;通过分析驴睾丸组织11个与精子繁殖性能相关候选基因的SNP,发现6个基因(NME8、SPAG6、CATSPER1、CCNYL1、ENKUR、CATSPER3)存在9个错义突变,这些突变可能与公驴繁殖能力相关。本研究通过对马属动物Y染色体多态性及睾丸组织表达基因及microRNA表达进行综合分析,发现中国马、驴具有较丰富的Y染色体遗传多样性与父系起源、广泛的CNV变异、大量与精子功能相关的差异表达基因和microRNA表达差异,对于了解马属动物遗传多样性和父系起源及其资源保护与利用提供了遗传学证据,对于马属动物睾丸组织基因及microRNA表达模式及隐睾相关基因的表达提供了转录组学数据,具有一定的科学意义。