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喙是鸟类重要且特有的采食和饮水器官,起到哺乳动物唇和齿的作用。在家禽生产过程中,喙的健康与其生长状况和生产性能密切相关。本研究团队在北京油鸡的家系选育和扩繁过程中发现了喙畸形(交叉喙,主要表现为上下喙错位、咬合不全、呈交叉状态)的个体。喙畸形鸡生长状况差,产蛋量低甚至不产,死亡率很高,给家禽养殖行业造成了一定的经济损失。据调查,北京油鸡群体中喙畸形发生率可达3%;如清远麻鸡、胡须鸡、丝羽乌骨鸡和文昌鸡等其它鸡种中也有不同程度的喙畸形发生。根据前期喙畸形鸡的个体记录和系谱追溯,喙畸形性状的形成受到遗传因素的影响,但具体遗传机制尚不明确。因此,有必要选择合适的方法筛选与喙畸形性状相关的分子标记、功能基因和通路,最终鉴定并剔除喙畸形/致畸基因携带个体,为揭示喙畸形性状发生的分子机制提供理论基础和科学依据,为其他鸟类及哺乳动物相关遗传疾病研究提供参考。本研究采用喙畸形公、母鸡进行随机交配,构建喙畸形北京油鸡资源群体,探究喙畸形性状可能的遗传规律,为后续研究工作奠定基础。以资源群体子一代的48只喙畸形和48只正常鸡为试验素材,利用Affymetrix公司设计的鸡600K高密度SNP芯片,针对喙畸形性状进行基于单个SNP和基于生物学通路的全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)及拷贝数变异分析(copy number variation,CNV)。同时,结合前期转录组和蛋白组研究结果,试图找到影响喙畸形性状的关键SNP、CNV以及重要候选基因和通路。主要研究结果如下:1、喙畸形北京油鸡资源群体构建及子代喙畸形发生率。采用12只喙畸形公鸡先后与24只喙畸形母鸡进行随机交配,总共获得921个子一代个体,其中喙畸形个体数为72个,群体喙畸形率为7.82%(同批次繁育的正常北京油鸡群体喙畸形率为0.66%);喙畸形鸡的公、母比例约为1:1;早期(20日龄之前)喙畸形发生率高,占喙畸形个体总数的88.89%。混精配种试验结果显示,后代群体喙畸形率为7.87%,且亲本均为喙畸形的后代喙畸形率更高,约为喙畸形与正常鸡交配后代的1.5-2倍;子一代与亲代回交试验结果显示,当子一代与亲代同为喙畸形个体时,子二代畸形率较高,达到10%左右,约为喙畸形子一代与正常亲代交配的子二代的3倍;交叉喙主要分为下喙左偏和下喙右偏两种类型,两者的比例约为1:1,下喙平均偏转角度大于20°,上喙角度正常。2、利用鸡600K高密度SNP芯片对北京油鸡喙畸形性状进行基于单个SNP的GWAS分析。质量控制后,剩余95个个体和429539个SNP,平均标记密度为2.46 Kb/SNP。采用ROADTRIP(V1.2)软件针对case-control试验设计进行分析,结果检测到与喙畸形性状显著关联的SNP位点1个,位于3号染色体;潜在关联的SNP位点7个,分别位于1、3、5、6、6、10以及23号染色体。针对上述关联位点附近的基因进行功能注释,同时结合前期数字基因表达谱(DGE)研究结果发现,LOC421892、TDRD3、RET和STMN1 4个基因可能是鸡喙畸形性状研究的重要候选基因。利用PLINK(V1.07)线性回归和一般线性模型,针对鸡喙偏转方向和偏转角度进行分析。针对偏转方向分析结果显示,无显著和潜在关联位点;针对所有喙畸形和正常鸡喙偏转角度分析结果显示,无显著关联位点,潜在关联位点22个;只针对喙畸形个体,将下喙左偏定为负值,下喙右偏定为正值,作为连续性状进行关联分析,未发现与偏转角度关联的位点。3、利用鸡600K高密度SNP芯片对北京油鸡喙畸形性状进行基于通路的GWAS分析。基于质量控制和信号通路的筛选标准,最终选择149条通路,包含128,072个SNPs,其中12,850个SNPs包含在多个通路内。采用SRT(SNP ratio test)软件进行分析,共发现有6条通路出现显著性关联信号,包括核糖体通路、卵母细胞减数分裂通路、泛酸和辅酶A的生物合成通路、丙酮酸盐代谢通路、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢通路以及钙离子信号调控通路。同时与前期鸡喙组织主要化学成分以及蛋白组学(iTRAQ)研究相结合分析,钙离子信号调控通路可能是鸡喙畸形性状研究的关键调控通路。4、利用鸡600K高密度SNP芯片,应用PennCNV软件对北京油鸡喙畸形性状进行全基因组CNV检测。质量控制后,首先采用LRR(SD)<0.3的非严格标准筛选。结果显示,喙畸形和正常组中分别检测到33和115个CNV区域(CNVRs),总长度分别为0.75 Mb和11.26 Mb。为了获得更准确、高置信以及特异性的CNVRs,采用LRR(SD)<0.135的严格标准筛选。结果显示,喙畸形和正常组中分别检测到2和8个CNVRs,总长度分别为0.32 Mb和2.45 Mb。其中,6个CNVRs的检出率在喙畸形和正常组之间差异极显著(P<0.01),为各组内特异性的CNVRs,可能是鉴定喙畸形性状的重要候选CNVRs。针对上述10个CNVRs进行qRT-PCR验证,有9个CNVRs与PennCNV软件推测结果一致,验证成功率为90%。针对CNVRs区域内的基因进行基因注释和富集分析,结果发现,LRIG2基因根据其已知功能及与GWAS研究中发现的重要候选基因RET的相关性,可能是鸡喙畸形性状研究的重要候选基因。综上所述,本研究推测喙畸形为多基因控制的复杂性状。通过GWAS和CNV的分析,探讨了喙畸形性状形成的遗传机制,与前期研究结果相结合,鉴定出可能与喙畸形性状相关的重要候选基因和调控通路。