通城豬兩頭烏毛色遺傳規(guī)律研究及其全基因組選擇區(qū)域分析.pdf

1、第一章、通城豬顯性白基因座分析及兩頭烏毛色遺傳規(guī)律研究
　　毛色是豬的一種重要的表型性狀。目前，對(duì)豬毛色基因的研究主要集中在西方品種中，并已鑒別出兩個(gè)重要的毛色基因座:顯性白基因座(Inhibition，I)及擴(kuò)展基因座(Extension，E)。其中，豬6號(hào)染色體上的MC1R基因?yàn)閿U(kuò)展基因座的主效基因，該基因控制黑色素細(xì)胞中真黑色素或褐黑色素的合成，因此也被稱作毛色“開(kāi)關(guān)基因”;顯性白基因座由豬8號(hào)染色體上的KIT基因控制。如今

2、，KIT基因上至少發(fā)現(xiàn)了4種不同的拷貝數(shù)變異(DUP1-4)及1種剪切突變。這些突變位點(diǎn)的相互作用，從不同程度上抑制了成黑色素細(xì)胞在胚胎時(shí)期的正常遷移，形成了大白豬及長(zhǎng)白豬的全白毛色、皮特蘭豬的斑點(diǎn)毛色及漢普夏豬的白色肩帶毛色。然而，中國(guó)地方豬毛色類(lèi)型豐富，但研究相對(duì)較少，其遺傳機(jī)理尚不明確。通城豬作為華中地區(qū)的代表品種，其毛色為典型的兩頭烏特征。本研究通過(guò)構(gòu)建杜洛克豬×通城豬回交群體，及大白豬×通城豬F2群體，進(jìn)行子代毛色分離的種類(lèi)及

3、數(shù)量統(tǒng)計(jì)，分析兩頭烏毛色的一般遺傳規(guī)律。另外，對(duì)通城豬中KIT基因的拷貝數(shù)變異及剪切突變進(jìn)行檢測(cè)，并利用其多態(tài)位點(diǎn)在兩個(gè)資源群體中進(jìn)行基因型與毛色表型間的連鎖分析。本研究詳細(xì)描述了通城豬兩頭烏毛色的遺傳規(guī)律，并分析了其與顯性白基因座間的關(guān)系，為今后尋找控制兩頭烏毛色的主效基因及致因突變提供了可靠的遺傳模型。主要結(jié)果如下:
　　(1)杜洛克豬與通城豬的F1代豬表現(xiàn)為全黑毛色，少數(shù)個(gè)體蹄部帶有白色。證明了相對(duì)于全黑毛色，兩頭烏為一種隱

4、性遺傳的毛色性狀。4頭F1代個(gè)體與通城豬回交產(chǎn)生的111頭仔豬中，除了分離出與親本相同的兩頭烏及全黑毛色類(lèi)型外，還出現(xiàn)了介于兩種毛色類(lèi)型的“中間型”毛色。這種非親本類(lèi)型的表型說(shuō)明了兩頭烏毛色是一種多個(gè)基因控制的性狀。
　　(2)對(duì)KIT基因檢測(cè)表明通城豬不存在4種拷貝數(shù)變異及剪切突變，說(shuō)明其并沒(méi)有攜帶顯性白色等位基因。然而，對(duì)比杜洛克豬，通城豬在KIT的編碼序列上存在4個(gè)錯(cuò)義突變及8個(gè)同義突變。使用c.551C＞T作為標(biāo)記，在回交

5、群體中進(jìn)行連鎖分析后發(fā)現(xiàn)，KIT基因與兩頭烏毛色不連鎖。證明了兩頭烏毛色是由獨(dú)立于KIT外的基因控制的。
　　(3)在大白豬與通城豬的F2群體中，我們使用了斷點(diǎn)擴(kuò)增的方法對(duì)顯性白色等位基因進(jìn)行了檢測(cè)。結(jié)果顯示，全白毛色及斑點(diǎn)毛色的個(gè)體都攜帶顯性白色等位基因，且與非全白個(gè)體的比例符合孟德?tīng)枂位蚍蛛x規(guī)律。即，無(wú)論F2個(gè)體在兩頭烏基因座上為何種基因型，當(dāng)KIT基因上存在顯性白色等位基因時(shí)，都表現(xiàn)為全白或斑點(diǎn)毛色。
　　本研究通過(guò)

6、構(gòu)建毛色分離群體及連鎖分析，確定了兩頭烏性狀是一種多個(gè)基因控制的隱性遺傳性狀，且證明了顯性白基因座對(duì)其具有上位作用。
　　第二章、利用高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)通城豬基因組選擇區(qū)域分析
　　家豬的馴化起始于9000年前左右。在此過(guò)程中，家豬在毛色、體型、行為等性狀上都發(fā)生了顯著的改變，而這些形態(tài)學(xué)上的改變往往是人們對(duì)有利表型選擇的結(jié)果。然而，由于獨(dú)立馴化，西方及中國(guó)家豬在生產(chǎn)性能及體型上都存在明顯的差異。因此，對(duì)基因組中選擇區(qū)域的分析

7、，可以獲得與中國(guó)地方豬品種表型特征相關(guān)的染色體區(qū)域，為家豬分子育種提供進(jìn)一步的材料。本研究以通城豬為材料，利用第二代測(cè)序技術(shù)進(jìn)行基因組重測(cè)序，并結(jié)合已經(jīng)公布的中國(guó)野豬數(shù)據(jù)，使用移動(dòng)窗口的策略對(duì)通城豬基因組中受到選擇的染色體區(qū)域進(jìn)行篩選，并對(duì)區(qū)域中的基因功能進(jìn)行分析。
　　(1)比較通城豬與中國(guó)野豬群體的測(cè)序數(shù)據(jù)，我們?cè)诨蚪M中共篩選獲得7，416，043個(gè)有效SNP。對(duì)該SNP數(shù)據(jù)集進(jìn)行注釋?zhuān)⒗肊ST序列比對(duì)的方法，共獲得6個(gè)

8、候選終止突變。然而這些突變?cè)谕ǔ秦i中均未完全純合，表明基因失活并沒(méi)有對(duì)通城豬馴化起到主要貢獻(xiàn)作用。另外，利用5個(gè)外源豬科物種的測(cè)序數(shù)據(jù)，對(duì)通城豬及中國(guó)野豬群體中的同義及錯(cuò)義突變進(jìn)行了判定，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)群體在選擇壓力上不存在顯著差異，與通城豬在近期歷史上沒(méi)有受到強(qiáng)烈選擇的事實(shí)相符。
　　(2)對(duì)基因組進(jìn)行150 Kb窗口的掃描，我們統(tǒng)計(jì)了通城豬全基因組上雜合子率及固定選擇指數(shù)的分布。通過(guò)篩選，在通城豬基因組上共發(fā)現(xiàn)196個(gè)選擇區(qū)域。對(duì)選

9、擇區(qū)域內(nèi)570個(gè)編碼基因進(jìn)行功能聚類(lèi)分析，發(fā)現(xiàn)其主要參與了脂類(lèi)代謝、成黑色素細(xì)胞發(fā)育及神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)等生物學(xué)過(guò)程。這些生物學(xué)過(guò)程都與通城豬表型特征相關(guān)，驗(yàn)證了選擇區(qū)域篩選的可靠性。
　　(3)通城豬在X染色體上64.7-101.2 Mb區(qū)域上平均雜合子率為0.012，表現(xiàn)為高度純合的狀態(tài)。比較該區(qū)域中外不同品種與通城豬的單倍型后發(fā)現(xiàn)，中國(guó)的4個(gè)地方品種:梅山豬，金華豬，內(nèi)江豬及雅南豬與通城豬單倍型高度一致。而國(guó)外三個(gè)品種，長(zhǎng)白豬，大

10、白豬及杜洛克豬在該區(qū)域也為高度純合，但表現(xiàn)為另一種單倍型。此外，通城豬在X染色體中51.45-63.53 Mb約為12 Mb的區(qū)域內(nèi)表現(xiàn)出高度雜合(Hp=0.47)狀態(tài)。
　　(4)在11號(hào)染色體54.60-54.75 Mb及13號(hào)染色體56.4 Mb-56.7 Mb兩個(gè)選擇區(qū)域中存在與兩頭烏毛色相關(guān)的候選基因——EDNRB及MITF。為了研究這兩個(gè)候選基因與中國(guó)地方豬毛色變異的關(guān)系，我們利用中國(guó)6個(gè)地方品種60K SNP芯片數(shù)據(jù)

11、對(duì)這兩個(gè)選擇區(qū)域進(jìn)行了分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，檢測(cè)的所有花豬品種（寧鄉(xiāng)豬，五指山豬，通城豬，陸川豬及巴馬豬）在這兩個(gè)基因上都存在明顯雜合子率下降，而在黑色的萊蕪豬中則沒(méi)有該現(xiàn)象。這種一致的選擇信號(hào)表明了MITF及EDNRB兩個(gè)基因可能為控制中國(guó)花豬毛色的兩個(gè)主效基因。另外，MITF-M在兩頭烏的通城豬及全黑色的萊蕪豬中的表達(dá)量差異顯著，表明MITF-M轉(zhuǎn)錄本的表達(dá)變化可能是中國(guó)地方品種毛色變異的一個(gè)形成原因。
　　(5)在通城豬的選擇區(qū)域

12、中，發(fā)現(xiàn)了與產(chǎn)仔數(shù)高度相關(guān)的ESR1基因。另外，該基因的c.669T＞C同義突變?cè)谝柏i及通城豬群體中基因型頻率差異顯著，且突變型的C等位基因在中國(guó)地方豬中均具有較高頻率。另外，我們發(fā)現(xiàn)了3個(gè)與繁殖性狀相關(guān)的選擇區(qū)域，分別位于豬3、13及14號(hào)染色體上，包括PRM1、PRM2、TNP2，GPR149及JMJD1C等5個(gè)基因。單倍型分析發(fā)現(xiàn)，中國(guó)地方品種在這三個(gè)選擇區(qū)域上都與通城豬序列相似度較高，并且該結(jié)果在進(jìn)化樹(shù)分析中得到了進(jìn)一步驗(yàn)證。因