利用基因组重测序鉴定巴克夏猪的人工选择痕迹

发布时间：2020-07-09 12:04

【摘要】：驯化是使野生动物适应人类以及人类为其提供的生存环境的过程。在驯化过程中,不同物种的行为以及其它特征会发生相似性的改变,比如驯化早期野生动物抗应激能力增加、恐惧感减小是非常重要的；接着人类会选择生产性能更高、繁殖能力更强的个体。全世界范围内,许多家畜动物在不同的环境下都经历了剧烈的人工选择和自然选择,产生出了极高的表型多样性,这些家畜动物为人类研究选择对于基因组的影响提供了宝贵的资源。家猪在全世界广泛分布,共有730个品种或品系,为人类提供了大量的肉质产品并且可以作为医学研究的模式动物。由于家猪是一种重要的经济动物和医学研究的模式动物,因此解析家猪的“驯化基因”对农业的发展以及医学的研究都有重要的意义。为了快速有效的沉积肌肉并且提高肉质,比如多汁性、风味、嫩度、大理石纹,巴克夏猪从18世纪以来经历了剧烈的人工选择。在本试验中,我们对三头巴克夏母猪进行了基因组重测序；探讨了巴克夏猪与其它猪种之间的遗传关系；鉴定出了由于驯化导致的受选择基因组区域,结果如下所示：1.通过对三头巴克夏母猪的基因组测序,我们共得到了36.65 Gb的原始DNA序列,其中36.29 Gb(99.02%)的高质量双末端测序片段能够匹配到猪的基因组上面(Sus scrofa 10.2)。对于单个个体而言,78.75%的双末端序列能够匹配到猪79.39%的基因组上面,平均测序深度为3.64倍。2.我们从公共数据库中下载了38个个体的重测序数据,在所有41个体中共鉴定出了18.69 M (million)个单核苷酸多态位点,并将这些SNP位点共分为了三组：有5.25 M来自于23头家猪个体；有5.47 M来自于13头野猪个体；15.73 M来自于4头外群猪个体。在所有18.68 M SNP位点中,仅有2.48 M的SNP位点是3组SNP种类所共有的。在巴克夏中鉴定出了3.65 M SNP位点,其中有21,905个SNP分布在3,978个基因的编码区内并导致了7,773个非同义突变的产生(7,713个错义突变、44个翻译终止的获得、16个翻译终止的丢失)。3.在41个个体中共鉴定出了2.93 M的插入或缺失位点(1-30 bp)。对这些InDels的位置进行分析后发现,只有2,991(0.10%)的InDels位于编码序列内,其中29.35%InDels变异的碱基数为3的倍数。受InDels影响的基因主要富集在细胞的一些基础功能中,比如腺嘌呤、嘌呤ATP、离子结合(binding of adenyl nucleotide, purine nucleoside,ATP, cationion, metalion and nucleoside)、蛋白激酶活性(protein kinase activity)。4.为了进一步探寻巴克夏猪和其他地区猪种的亲缘性,我们使用基因组中的SNP进行了主成分分析。结果表明,第一特征向量很好的将地缘不同的23个欧洲猪、17个亚洲猪和非洲疣猪分开；第二特征向量很好的区分了猪(包括家猪和野猪)和其它外群(猪属的其他近缘物种)之间的生物学差异。ABBA/BABA分析显示巴克夏猪拥有更多的"ABBA" SNP位点(0D1),表明巴克夏猪比其它五个欧洲家猪品种含有更多中国猪的血缘。5.与野猪相比,巴克夏猪具有更低的连锁不平衡值,揭示了巴克夏猪基因组更低的遗传多样性。同时,我们共鉴定出11.95 Mb(覆盖基因组的4.75%,包含482个基因)的基因组区域受到选择性清除作用((P10-16, Mann-Whitney U-检验)。与作为背景值的全基因组相比,受选择区域拥有更高的log2 (θπ比值)以及FSr值。受选择的482个基因主要富集在免疫(如病毒防御反应(defense response to virus,4个基因,P=0.001)、免疫球蛋白(Immunoglobulin,11个基因,P=0.001)、生长(如生长调控(regulation of growth,1个基因,P=0.003))以及繁殖(如繁殖系统发育(reproductive developmental process,9个基因,P=0.005))等过程。6.除此之外,有8个受到剧烈选择的基因与身高相关。包括整合素样金属蛋白酶与凝血酶Ⅰ型-3(a disintegrin-like and metalloprotease domain with thrombospondin type I motifs-like 3, ADAMTSL3), G蛋白欧联受体126(G-protein coupled receptor 126, GPR126),鸟苷酸环化酶依赖的Ⅱ型蛋白激酶(cGMP-dependant type Ⅱ protein kinase, PPKG2)、胰岛素样生长因子1(Insulin-like growth factor 1, IGF-1)等。本研究揭示了巴克夏猪和其它猪种之间的遗传关系,鉴定出了驯化的遗传痕迹,这将为猪遗传育种的提高提供重要的信息。并且,本研究所做的工作将为日后解析基因组差异提供典型的参考。
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S828

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