基于全基因组遗传标记开展上海白猪（上系）种质特性及其杂种优势预测研究

发布时间：2020-05-14 09:03

【摘要】：上海白猪(上系)是通过十几年的选育而培育成的一种地方肉脂兼用型品种,具有肉质好、产仔数较多、胴体瘦肉率较高和耐粗饲等优良特点,早在1986年被收录至《中国猪品种志》,2012年列入《上海市畜禽遗传资源保护名录》。上海白猪(上系)曾作为供港猪杜长上杂交组合的母本风靡一时,但随着国内外猪种严重冲击,上海白猪(上系)的群体规模受到了极大的影响,生产指标出现一定程度的衰退。针对这一问题,本研究应用基因组简化测序平台—GGRS对上海白猪(上系)基因组遗传变异与遗传多样性进行了检测分析,对上海白猪(上系)当前核心群种猪的生产、繁殖、胴体肉质等性状进行系统测定,并基于遗传变异信息和生产性能,提出了上海白猪(上系)杂交利用模式。本研究旨在全面解析上海白猪(上系)种质特性,为上海白猪(上系)的保护、选育和开发利用提供理论依据。主要研究结果如下:1、上海白猪(上系)的基因组遗传变异检测:本研究应用基因组简化测序平台—GGRS,对82头上海白猪(上系)群体进行基因组测序,经过序列的质控后,上海白猪(上系)共获得大约3.65亿条高质量的reads,其中,最小检测个体和最大检测个体测序reads数目分别为84万条和1941万条,个体平均reads数目为445万条,基因组测序平均覆盖度为2.93%,平均测序深度为3.95层。经SNP calling和过滤后,上海白猪(上系)共检测到328,586个SNP、693,220个InDels。进一步分析表明,SNP和Indel在染色体上的分布相对均一,但在不同染色体上数量和密度的分布存在一定差异。同时基于上海白猪(上系)SNP分型等基因组变异信息构建了上海白猪(上系)的数字保种库,并将其整合在中国地方猪种猪登记平台中(http://www.pigbreeds.org.cn),有效地充实我国地方猪种遗传变异数据库。2、上海白猪(上系)的基因组功能特性研究:为揭示上海白猪(上系)种质特性的遗传机制,针对已检测到的SNP和InDel,对其所落入的基因、QTL及通路富集进行了映射分析。结果表明,结构注释显示SNP和InDel对应基因的数量分别为11,496个和13,2]6个,按照基因的结构区域分类,SNP和InDel在各类功能基因区间的分布特点一致,绝大多数的SNP和InDel变异都分布在基因间区,分别为74.61%和83.38%。内含子中次之,分别为22.76%和14.98%。大效应突变的基因富集分析结果显示,不同类型变异富集的通路存在差异。SNP显著参与的通路大部分是与蛋白高分子合成与调控有关。比如,蛋白代谢过程(G0:0019538)、高分子代谢过程(G0:0043170)等。而InDel多在组织、器官发育和疾病相关的通路中发生了富集,比如single-multicellular organism process(GO:0044707)和Arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy(ssc05412)等。此外,我们还发现含有 SNP和InDel等遗传变异对应的基因主要集中在肉质与胴体性状和健康性状QTL区间上。这些结果有利于对上海白猪(上系)基因组功能特点的了解,为进一步深入揭示其种质特性的遗传机制提供参考。3、上海白猪(上系)及其它猪品种遗传多样性和群体结构比较分析:为揭示上海白猪(上系)群体遗传多样性和群体结构,引入了 6个太湖流域地方品种(梅山猪、二花脸、枫泾猪、米猪、沙乌头、嘉兴黑猪)和5个西方引进品种(包括杜洛克、长白猪、大白猪、皮特兰、巴克夏猪)的GGRS遗传变异检测信息。遗传多样性参数统计结果显示,上海白猪(上系)的标记多态性的比例(the proportion of polymorphic markers,PN)为0.731、等位基因的丰度(allelic richness,AR)为 1.709、群体期望杂合度(expected heterozygosity,HE)为0.221,均高于太湖猪种和西方猪种;群体间遗传距离分析结果显示上海白猪(上系)相对于太湖猪种更接近西方猪种;主成分分析、聚类分析与群体结构分析皆显示上海白猪(上系)能够形成独立的分组。以上结果表明,从分子水平上看,上海白猪(上系)具有丰富的遗传多样性和独特的遗传结构,应进一步加强其保护、开发和利用。4、上海白猪(上系)的性能测定与杂交利用模式预测:对上海白猪(上系)开展提纯复壮,并对上海白猪(上系)进行生产性能测定,结果显示,上海白猪(上系)原始核心群(未经提纯复壮)初产仔数达10.98头,经产仔数达12.22头,与历史数据相比,均有一定程度的退化,而肥育性能和屠宰性能维持较好水平。但经提纯复壮后,繁殖性能均有一定程度的提高,平均日增重、膘厚、系水率、脂肪率和肌内脂肪等指标的变异系数较大,仍具有一定选育潜力。根据数量遗传学的基本理论,杂种优势与杂交亲本之间的遗传距离成正比。根据生产、胴体与肉质、健康等性状遗传变异信息,构建基于性状特异的杂种优势预测方法,提出上海白猪二元杂交和三元杂交预测模型。通过长白猪与上海白猪杂交实验,验证了基于全基因组遗传变异信息预测二元杂交效果的可靠性。同时,综合考虑经营管理、成本及当前市场对优质猪肉的需求,预测分析上海白猪(上系)与长大二元杂种母猪的杂交组合(S×LY)为最宜三元杂交配套系组合,为上海白猪(上系)的高效杂交利用奠定了基础。综上,上海白猪(上系)虽在繁殖性能上有所退化,但肥育性能、屠宰性能维持较高水平;研究构建了上海白猪(上系)的数字保种库,有效地充实了我国地方猪种遗传变异数据库;上海白猪(上系)具有丰富的遗传多样性和独特的遗传结构;上海白猪(上系)SNP和InDel等遗传变异信息主要集中在肉质与胴体性状和健康性状QTL区间上;构建的基于性状特异的杂种优势预测方法,筛选确定了长白猪(?)与上海白猪♀和上海白猪(?)与长大母猪♀分别为最宜的二元和三元杂交配套系组合。
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富集测序后平均每头奶牛和太湖猪分别得到约４０万和３５万个ｌＯＯｂｐ唯一位置定位的逡逑序列标签。测序深度平均６层，１００ｂｐ读长序列的每一位置上碱基的测序准确率均大于９９％，，逡逑前８５位置碱基测序的准确率均大于９９．９％邋（流程图如图１－丨所示）。本研究中我们将采用逡逑此平台开展上海白猪（上系）的基因组简化测序和分析工作。逡逑１．邋Ｄｅｓｉｇｎ逦２Nｉｂｒａｒｉｅｓ逦３．Ｑｕａｌｉｔｙ邋ｃｏｎｔｒｏｌ邋４．邋Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ逡逑ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ逡逑８．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ逦７．Ｉｍｐｕｔａｔｉｏｎ逦６．Ｇｅｎｏｔｙｐｉｎｇ邋５．邋Ｄａｔａ邋ｐｒｏｃｅｓｓ＾邋Ｌ＿－逡逑ＧＷＡＳ，邋ＧＳ，逦－ｉｉＣＧ－．邋Ｔ逦Ｉｎｄｉｖｉ邋－－＾ＴＣＧ－邋Ｗ逦ＡＧＴＣＧＡＣＣＣＧ邋Ｃ６—Ａ逡逑ｅｔＣ逦．邋－ｆＴＣＧ邋－邋Ｃ邋＾逦＼ＴＣＧ邋＊逦ａ＾邋ＴＣＧＡＧＧＡＣＣＧ６ＣＧ－－Ｃ逡逑ａ逦／邋—１｜邋Ａ邋－ＡＴＣＪＩ－邋／邋—Ｉｔ邋ｌｎｄｉｖ２逦－ＡＴＣＩ－邋／邋—１｜邋ＡＧＴＣＧＴＣＣＣＴＣＣＧＡ－－－Ｔ逡逑ＡＴｆ邋ｎ邋ＡＴｆ邋Ｎ邋ＸＸＸＸＸＧＴＣＣＧＴＧ邋－Ｇ逡逑Ｎ邋－－ＷＴＣＧ－邋－ＡＴｄｒ邋－逦ｉｎｄｌｖｎ邋＇｜ＴＣ６＊＇邋－ＡＴＣＩ邋＇逦ＴＣＧＡＧ６ＴＣＣＡ邋ＴＧ－－Ｇ逡逑。—＿ＵＬ＿ＭＬ逦你ＣＧ逦ＡＴ＜＾逦－－ｇｒｃＧ－邋－ＡＴｑｎ－逦ｘｘｘｘｘｇａｃｃｔｃｇａ－－ａ逡逑图１－１邋ＧＧＲＳ实验与生物信息学分析平台逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋ＧＧＲＳ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ邋ａｎｄ邋ｂｉｏｉｎｆｏｎｎａｔｉｃｓ邋ａｎａｌｙｓｉｓ邋ｐｌａｔｆｏｒｍｓ逡逑２．３遗传变异功能注释分析逡逑目前

保种数据库，依托上海交通大学潘玉春教授课题组的服务器机组开展上海白猪（上系）数逡逑字保钟库的存储分析，该系统预装了邋ＣｅｎｔＯＳ邋６４ｂｉｔ企业级Ｌｉｎｕｘ操作系统，１８个ＣＰＵ计逡逑算节点，６００Ｔ存储节点，确保了上海白猪（上系）保种数据库的建设（图２－１）。逡逑ｔ邋圈＿邋１逦＇－ｇｇａｉ逡逑ｒ．邋ＫＳ邋．／逦ｔｍｌ邋Ｈ逦W逡逑｜Ｈ邋疆

本文编号：2663121