二花脸猪品种内产仔数变异关键基因的鉴别

发布时间：2018-02-04 06:28

本文关键词： 二花脸母猪产仔数 GWAS Fst值精细定位 RNA-Seq　出处：《南京农业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：产仔数是猪生产行业中最重要的经济性状之一,是反映母猪繁殖力的重要指标。产仔数是微效多基因控制的复杂性状,遗传力低,通过传统的选育方法提高猪产仔数的进展缓慢,因此开发和利用新的分子选育标记来提高猪的繁殖性能倍受重视。二花脸猪是世界最高产的猪品种,但其高产的遗传机制尚不明确,而本实验室通过长期对二花脸母猪产仔性能的跟踪记录与分析发现品种内产仔数性状分离明显。因此,可利用二花脸猪为研究素材,来鉴别影响猪产仔数变异或二花脸猪高产的关键基因,并为猪产仔数遗传改良提供重要的分子标记。本研究以极端高产与极端低产的二花脸母猪为试验对象,对高、低产二花脸母猪的产仔数表型与生理上的差异进行分析,然后通过全基因组关联分析与遗传分化系数(Fst)分析两种方法从基因组水平鉴别与产仔数相关的候选基因;再利用RNA-Seq技术从转录组水平鉴别高、低产二花脸母猪卵巢内基因的表达差异,从而鉴别控制二花脸母猪产仔数性状的关键基因。主要结果如下:1.二花脸猪母猪产仔数变异及高、低产母猪的生理差异分析对177头二花脸母猪的总产仔数与产活仔数进行分析,结果发现高产的二花脸猪群体内存在着明显的产仔数表型性状分离。初产总产仔数的变异系数高达21.30%,二胎与经产总产仔数的变异系数也达18.00%。通过计算所有母猪总产仔数的育种值,在育种值排名前、后10%的母猪中,挑选出年龄、胎次、发情周期相近的母猪各9头进行同期发情,于下一自然发情周期配种第13 d屠宰统计高、低产母猪排卵数及胚胎着床率的差异。通过分析发现高产母猪不仅总产仔数极显著高于低产母猪(P0.01),其排卵数也显著高于低产母猪(P0.05)。在胚胎着床率表型上,由于妊娠12 d时母猪着床位点难以分辨,且在妊娠母猪的子宫冲洗液中收集到的球状或纤维状的胚胎缠绕在一起无法分开,因此,无法统计到胚胎着床率。但本研究发现排卵数差异可能是高、低产二花脸母猪产仔数表型分离的原因。2.极端高产与极端低产二花脸母猪的全基因组扫描分析根据177头二花脸母猪总产仔数育种值的排序,筛选出18头极端高产(前10%,EH组)与18头极端低产(后10%,EL组)的个体,对两组的总产仔数进行分析发现,EH组母猪的总产仔数极显著多于EL组(P 0.01 )。为了鉴别与产仔数相关的SNP,利用60 K芯片获得EH与EL组母猪的分型数据,进行以育种值为表型的全基因组关联分析,以及进行群体间遗传分化系数Fst值的计算。结果显示在两组之间一共鉴别到了 154个显著分化的位点,其中Fst值排在第二位的12号染色体上的rs81434499也是全基因组关联分析中鉴别到的的位点。深入研究Fst值排在前10位的SNP位点发现,8号染色体上的rs81399474、rs81400131 和 rs81405013 及 12 号染色体上的 rs81434499 和 rs81434489 位于已报道的产仔数的QTL内;另外5个分别位于2、7、12和14号染色体上的SNP是新鉴别到的影响猪产仔数的QTL。本试验通过132头二花脸母猪内的相关性分析发现,7号染色体上的rs80891106、8号染色体上的rs81399474以及12号染色体上的rs81434499对总产仔数有极显著影响。在前10个SNP上下各100kb范围内共鉴定到40个基因,其中8号染色体上的UCHL1基因,12号染色体上的RPS6KB1和CLTC基因是已报道的影响排卵数的重要候选基因。3.猪12号染色体上产仔数QTL的精细定位在试验2中通过两种基因组分析方法均检测到了 rs81434499,为了进一步鉴别rs81434499位点所在影响猪产仔数的QTL内真正影响产仔数的位点,在rs81434499位点上下300kb范围内每10kb增加一个SNP利用SNaPshot SNP分型技术在试验2中产仔数存在差异的36头二花脸母猪中进行分型。然后将成功分型且存在多态的33个位点与试验2中通过猪60 K芯片在12号染色体上鉴别到的所有有效SNP合并,计算高、低产组间的Fst值。结果rs81434499位点仍然是选择信号最强的SNP位点。利用196头二花脸母猪验证rs81434499位点对总产仔数的效应,发现该位点与二花脸猪的总产仔数显著相关(P0.05),AA基因型母猪的总产仔数显著多于CC型母猪(P0.05)。因此,该位点可作为二花脸品种内产仔数选育的分子标记。鉴于rs81434499位点位于基因间隔区且其上游的RPS6KB1基因与卵母细胞成熟、排卵有关,因此,RPS6KB1基因是该区域内影响二花脸猪产仔数变异的重要候选因果基因。4.极端高产与低产二花脸母猪卵巢基因表达差异的分析从试验1采集的卵巢样品中挑选出处于发情周期第13 d,且无卵巢囊肿的3头高产母猪(EH)与3头低产二花脸母猪(EL)的卵巢样品,利用RNA-Seq技术检测高、低产二花脸母猪卵巢的基因表达差异。6个样品中获得的总reads数为51～60 M。从EH与EL组分别鉴定到23,108与23,406个基因,其中31个基因特异表达于EH组,49个特异表达于EL组。在6个样品中分别鉴别到3,130、3,149、3,152、3,151、3,150和3,143个新转录本,其中有7个是EH组特异的,12个是EL组特异的。共有39个基因在两组都有表达且在高、低产组表达水平存在显著差异(Padj 0.05 ),包括15个EH组上调的基因与24个EH组下调的基因。另外,还有两个基因内包含在两组间差异表达的剪切体。对表达模式存在差异的基因进行功能富集,GO注释排在前10位的生物功能是核糖或脱氧核糖核酸的合成与分解、氧化还原活性、体细胞DNA重组和多样化等,共富集到包括TGF-β信号通路在内的8个显著KEGG信号通路。通过对这些基因进行综合分析,3个EL组特异的基因(FOXE1、MC5R、和ACTA1), 3个EL组上调的基因(ADAMTS1、RARRESL和SERPINE2)以及3个EH组下调的基因(INHBA、INHA和SPTA1)可能是影响排卵数或产仔数的候选基因,而其中的INHBA、INHA是已报道的具有调节卵泡生成功能的基因,因此该两个基因是影响二花脸猪排卵数或产仔数的重要候选基因。综上所述,本文得出如下结论:1.二花脸猪群体内存在着明显的产仔数表型性状分离,高、低产二花脸母猪排卵数存在显著差异。2.7号染色体上的rs80891106,8号染色体上的rs81399474和12号染色体上的rs81434499与二花脸猪的总产仔数显著相关,在相应SNP周围区域内鉴别到UCHL1、RPS6KB1和CLTC等3个影响二花脸猪产仔数和排卵数的重要候选基因。3.在高、低产二花脸母猪卵巢内鉴别到121个差异表达转录本,其中INHA与INHBA基因是影响二花脸猪产仔数和排卵数变异的重要候选基因。
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【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S828

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