绵羊角蛋白基因鉴定及毛用性状关联性研究

发布时间：2020-05-31 22:25

【摘要】：羊毛是人类最早开始利用的天然纤维之一。世界绵羊业通过改良现有绵羊品种的产毛性状以满足国际羊毛市场需求。应用基因标记技术(Gene Markers)可从绵羊基因库中筛选、标记目的基因。分子水平上对绵羊毛用性状进行改良,可以缩短育种进程,提高育种效率。角蛋白中间丝蛋白(Keratin Intermediate Filament Proteins,KIFs)和角蛋白关联蛋白(Keratin Associated Proteins,KAPs)是组成羊毛纤维的主要结构蛋白,分别由KRTs和KRTAPs编码。已有研究发现这两个基因家族成员的变异表达与羊毛性状存在相关。候选基因法可用于鉴定羊毛表型性状相关的潜在遗传标记,主要对原毛重(GFW)、净毛重(CFW)、产毛率(Yield)、平均纤维直径(MFD)、平均纤维长度(MSL)、平均纤维曲率(MFC)、平均纤维强度(MSS)、纤维直径标准差(FDSD)、纤维直径变异系数(CVFD)、粗毛率(CEM)、刺痒因子(PF)和毛色(Clour)等绵羊羊毛性状产生影响的遗传标记进行筛选。目前对这两个基因家族在绵羊中的研究还不完善。本论文的研究内容主要针对5个角蛋白关联蛋白基因(KRTAP6-1、KRTAP8-1、KRTAP15-1、KRTAP20-2和KRTAP27-1)和1个角蛋白中间丝蛋白基因(KRT81)。以新西兰罗姆尼羊(Romney)、美利奴羊(Merino)、美利奴羊(Merino)×南丘羊(Southerndown)的杂交后代为研究对象,参考其他物种已知的KRTAPs和KRTs序列,采用基因组分析、同源性搜索和进化分析方法,筛选绵羊毛用性状疑似基因,通过基因扩增测序,分析鉴定绵羊角蛋白家族基因新成员;应用PCR-SSCP和测序相结合的技术,筛选新基因的SNPs,比较基因变异在不同类群间的差异,分析SNPs与羊毛性状的相关性。主要结果如下:(1)对381只新西兰罗姆尼羊KRTAP6-1进行多态性检测及毛用性状关联性分析。结果共发现4个等位基因(A、B、E和F,未发现新的等位基因)。A的存在与新西兰罗姆尼羊较高的CVFD、CEM和MFD相关,AA型绵羊高于AB和BB型绵羊(P0.05)。若以提高罗姆尼羊CVFD、CEM及MFD为育种目标,KRTAP6-1可作为绵羊毛用性状改良的分子标记基因。(2)对406只新西兰罗姆尼羊KRTAP8-1的多态性与毛用性状进行相关性分析。共发现5个等位基因(A-E),基因型为AD、BD的绵羊GFW、CFW和MFD 3个性状明显高于基因型为AA、AB和AC的绵羊(P0.001);基因型为AD、BD的绵羊PF相比较其他基因型绵羊明显降低,(P0.05)。结果表明,绵羊KRTAP8-1可作为提高产毛量的潜在分子标记。(3)在573只绵羊中检测到KRTAP15-1共有4个等位基因(A-D),编码区内发现4个SNPs,其中3个非同义突变。等位基因B的存在与绵羊Yeild的降低相关(P0.05),而等位基因C的存在与Yield的增加相关(P≤0.05)。对GLMM(一般线性混合模型)中的其他变体进行校正时,这种相关性不受影响;C的存在还与较低的纤维直径标准差FDSD相关(P0.05),并对MFD和PF有降低的趋势,P值分别为0.098和0.08。基因型为AC的绵羊产毛率高于基因型为AA或AB的绵羊产毛率。结果说明KRTAP15-1可作为提高绵羊产毛率的潜在分子标记。(4)以人类KRTAP20-1(登录号:NM_181615)的序列为参考设计引物,对假定绵羊KRTAP20-1基因进行PCR扩增。聚丙烯酰胺凝胶电泳结果发现8个等位基因(A-H),测序发现扩增序列与人类KRTAP20-1具有高度同源性,但又区别于其他基因序列,说明扩增序列就是绵羊KRTAP20-1,并定位于绵羊1号染色体,属于高甘氨酸-酪氨酸蛋白(HGT-KAP)。序列分析中存在一处12-bp的插入/缺失和6个SNPs;等位基因A的存在与绵羊MFD、FDSD和PF的降低相关(P0.001);等位基因C的存在与绵羊GFW和Yield的降低相关(P0.05)。KRTAP20-1的变异影响羊毛产量和平均纤维直径,可作为绵羊毛用性状改良的分子标记。(5)以人类KRTAP27-1编码序列(登录号:AB_096937)为参考设计引物,扩增绵羊假定KRTAP27-1序列,对549只新西兰罗姆尼羊PCR-SSCP检测后发现4个等位基因,(A-D),共6种基因型(AA、AB、AC、BB、BC和BD);测序结果与人类KRTAP27-1基因序列比对具有高度同源性,可确定扩增序列即为绵羊KRTAP27-1,定位于绵羊1号染色体,属高硫蛋白(HS-KAP)。检测到5个SNPs,其中2个为非同义突变,在c.72C/A和c.442T/G引起P.Asp24Glu和P.Ser148Pro的氨基酸改变。等位基因B的存在与绵羊GFW、CFW和MSL的增加相关(P0.05)。结果说明KRTAP27-1可以作为绵羊产毛量的潜在分子标记。(6)以绵羊KRT81(登录号NM_002281)序列为参考设计引物,对402只新西兰罗姆尼羊进行PCR-SSCP检测,结果发现3个等位基因(A、B和C),在编码区存在一处24-bp的插入。羊毛表型性状的关联性分析发现,C的存在与新西兰罗姆尼羊GFW和CFW的增加相关(P0.05);A的存在对新西兰罗姆尼羊GFW有降低的趋势(P=0.0610.2);B的存在对新西兰罗姆尼羊CFW的降低相关(P0.05),并使新西兰罗姆尼羊的产毛率有降低的趋势(P=0.0670.2)。结果表明,KRT81可作为提高新西兰罗姆尼羊羊毛产量的候选基因。结论:本论文中涉及的研究鉴定出绵羊KAPs家族2个新成员,分别是:KRTAP20-1和KRTAP27-1。检测发现绵羊KRTAP6-1、KRTAP8-1、KRTAP15-1、KRTAP20-1、KRTAP27-1和KRT81的变异都与羊毛性状相关,可以作为羊毛性状分子标记辅助选择育种的候选基因。
【图文】：

图 1-1.全世界绵羊存栏量及各国比例Fig 1-1. World and proportion of sheep stocks worldwide近十年，全球净毛总供给量维持在 110-120 万吨之间。2015 年到 2017 年全球羊毛净毛产量分别为 116.6 万 t、114.8 万 t 和 115.4 万 t。2017 年，，全球羊毛产量仅占世界纤维总产量的 1.6％。羊毛净毛库存量也维持在较低水平（internationalwool textile organisation，IWTO）。虽然羊毛消费总量减少，但羊毛对许多国家的经济和人们的生活方式都很重要。中国、澳大利亚、新西兰、印度、阿根廷、南非，乌拉圭等国是全世界主要的羊毛生产国。2017 年，中国、澳大利亚和新西兰羊毛产量分别占世界羊毛总量的 20.1%、20.1%和 7.3%，这 3 个国家羊毛产量合计约占世界羊毛总产量的一半（图 1-2）[10-12]。

图 1-1.全世界绵羊存栏量及各国比例Fig 1-1. World and proportion of sheep stocks worldwide，全球净毛总供给量维持在 110-120 万吨之间。2015 年产量分别为 116.6 万 t、114.8 万 t 和 115.4 万 t。2017 年纤维总产量的 1.6％。羊毛净毛库存量也维持在较低水平organisation，IWTO）。虽然羊毛消费总量减少，但羊们的生活方式都很重要。中国、澳大利亚、新西兰、印圭等国是全世界主要的羊毛生产国。2017 年，中国、量分别占世界羊毛总量的 20.1%、20.1%和 7.3%，这 3 世界羊毛总产量的一半（图 1-2）[10-12]。
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S826

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本文编号：2690552