基于基因组与转录组的杜泊羊遗传变异挖掘及选择信号分析

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杜泊羊是世界著名肉用绵羊品种之一,由于具有生长速度快、屠宰率高、肉质好和抗逆性强等种质特性,已在肉用绵羊新品种培育及地方品种杂交改良中发挥了极其重要的作用。目前大量的纯种繁育以及杂交实验数据表明杜泊羊与中国地方品种小尾寒羊、湖羊、滩羊等相比,生长速度(平均日增重)、屠宰率、肉质等性状具有明显的优势,但目前其优势性状的分子遗传基础尚不清楚,同时也缺乏可应用于早期选择的分子遗传标记。因此,本研究对20只杜泊羊进行基因组重测序,以鉴定杜泊羊全基因组SNP和InDel遗传变异;然后通过比较杜泊羊与NCBI数据库中已有的小尾寒羊、湖羊和滩羊的基因组之间的群体分化指数(FST)、XP-EHH和nSL以鉴定杜泊羊基因组受选择区域,并对其进行基因功能注释和富集分析;最后通过对3只杜泊羊和3只小尾寒羊肌肉和肝脏2个组织的转录组表达谱进行基因差异表达分析,筛选与杜泊羊生长优势相关的差异表达基因,并通过qRT-PCR进行实验验证。本研究主要结果如下:(1)在20只杜泊羊基因组中共鉴定高质量SNP位点20273317个;InDel位点1963246个,包含插入844804个,缺失1118442个。(2)杜泊羊的遗传多样性(PN=0.9236,HE=0.2832,HO=0.2479)低于小尾寒羊,湖羊和滩羊,群体近交程度(Fis=0.1212)高于小尾寒羊,湖羊和滩羊。(3)通过FST、nSL和XP-EHH三种方法共鉴定杜泊羊基因组397个受选择的候选基因,其中包含一些已报道的可能与杜泊羊优势性状相关的候选基因,如肉质性状相关(PPP1R12A和CACHD1),能量代谢与生长(LMO7和RALGAPA2),脂肪生成(PPARG和CAND2),体重(ADSL,PDGFD和PPARG),毛囊再生(CERS4,KATNAL1和CSDC2)等。同时被3种方法鉴定的候选基因共38个,表明这些基因在杜泊羊中被强烈选择。其中,CPT2,EHBP1与脂肪沉积有关,PPIF涉及ATP合成,PDE2A与嗅觉有关。KLF12基因家族所编码的转录因子在脂肪生成过程中具有重要的调控作用。此外,EHBP1和CERS4的单倍型分析结果显示,杜泊羊与其他本地绵羊之间存在明显差异。在候选基因中检测到一个错义突变(EHBP1:rs427725035和一个同义突变(PPARG:rs161286565),与小尾寒羊、湖羊和滩羊相比,杜泊羊的基因频率存在明显的差异,这些候选基因为杜泊羊的生长、胴体和肉质等性状的遗传机制提供了理论依据。(4)在肌肉和肝脏组织中鉴定的DEGs基因2188个,其中肝脏中表达上调和下调的基因分别为950和1007个;肌肉中上调和下调基因分别是160和71个。一些DEGs,如TGFB1、TGFB3、FABP3、LPL可能与杜泊羊的生长发育有关。一些基因富集到了与肌肉的生长和发育相关通路上,如发育生长(GO:0048589),肌原纤维(GO:0030016)。本实验利用qRT-PCR对8个基因(6个上调,2个下调)进行进一步验证,其表达模式与测序结果一致。本研究基于高通量测序技术对杜泊羊的遗传多样性、群体结构、全基因组选择信号、肝脏和肌肉组织基因表达谱及差异基因进行了分析,结果表明杜泊羊的遗传背景与小尾寒羊,湖羊和滩羊明显不同,其遗传多样性低于3个本地品种绵羊;获得了与杜泊羊生长发育、脂肪沉积和胴体性状等优势性状相关的候选基因和分子标记。
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