SNP用于新疆绵羊亲子鉴定的生物信息学方法研究

发布时间：2020-08-06 08:03

【摘要】：近年来,畜禽群体育种技术的不断发展使得我国绵羊业取得了极大的进步。但与发达国家相比,我国绵羊产业仍处于初级阶段,绵羊遗传评估技术的滞后更是制约我国绵羊业发展的一个重要问题。错误的系谱记录会在很大程度上降低绵羊遗传评估的准确性,进而减缓绵羊群体的遗传进展。为了降低错误系谱对遗传育种造成的负面影响并节约鉴定成本,建立精确完善的系谱已迫在眉睫。而准确的系谱记录信息除了严格的生产管理制度外,更依赖于绵羊个体间亲缘关系的确认。据此,本文研究内容由以下两部分组成:1.验证SNP标记用于新疆不同地方绵羊品种间亲子鉴定的准确性并寻找影响鉴定准确性的主要因素。研究依据国际绵羊基因组学协会(International Sheep Genomics Consortium,ISGC)推荐的SNP标记组合,通过累积非父排除概率(CPE)衡量SNP标记的亲子鉴定效力,由此确定该组合在新疆绵羊品种之间的亲子鉴定准确性,最后利用改进后的似然法验证系谱鉴定结果。结果表明,由ISGC推荐的SNP标记组合在新疆部分绵羊品种间的亲子鉴定准确性可以达到99.9%以上,绵羊个体间亲子关系的分配结果与已有系谱一致。另外研究确定最小等位基因频率(MAF)和SNP标记数量为影响亲子鉴定准确性的主要指标。2.提出一套用于新疆地方绵羊品种亲子鉴定的SNP标记选择优化方案。研究结合新疆地方绵羊品种遗传特性,在对50K中密度SNP芯片质量控制、编码基础上利用蒙特卡罗模拟算法实现SNP标记基因型填充;然后利用主成分分析(PCA)大规模过滤冗余标记,得到候选信息SNP标记组合;再基于贪婪算法,同时结合MAF、标记间的连锁不平衡程度r~2和遗传距离各遗传多样性指标作进一步筛选,得到最优信息SNP标记组合;最后通过CPE衡量最优信息SNP标记组合的亲子鉴定效力,并与ISGC公布的SNP标记组合、随机筛选同等数量的SNP标记组合的亲子鉴定效力进行对比。同时,本文还对比了筛选前后SNP标记组合的遗传多样性差异,并通过NJ法构建了新疆13个绵羊品种的系统发育进化树。实验结果表明,本文采取的优化方法得到的132个SNP构成的标记组合相比其他两种标记组合具有更高的亲子鉴定效力,CPE可以达到99.99%以上,并且大大降低了原本鉴定所需标记数量,具有较好的遗传多样性。另外,通过发育树发现该套SNP标记组合还能有效区分不同绵羊品种间亲缘关系的远近。
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S826;Q811.4
【图文】：

绵羊品种,韦恩图,标记信息

图 3-3 各绵羊品种中MAF 0.3的 SNP 韦恩图羊品种中的共同 SNP 标记仅有 34 个，的共同 SNP 标记增加至 51 个。表（3 SNP 标记信息。表 3-3 五个绵羊品种中的 SNP 标记统计分析ChromosomeMAFKSK DLS CMS ALT五个地方绵羊品种的 SNP 标记（MAF 0.3）9 0.2174 0.1786 0.214 0.254 0.1925 0.08333 0.1169 0.2052 0.1335 0.1071 0.2356 0.102四个地方绵羊品种的 SNP 标记（MAF 0.3）3 0.2795 0.2738 0.5i0.264

曲线,标记数目,区间

本文将 CPE 作为衡量 SNP 标记系统所具有的亲子鉴定效力的客观指标因此，为寻找影响 CPE 的主要因素，本章分别选取 5 个绵羊品种质控后的 49400 个 SN标记，按照 MAF 大小（0~0.5）划分 5 个区间，再将落在每个区间内的 SNP 标记以 10 个SNP 标记作为梯度等级，得到 9 个密度梯度等级内的 SNP 亚组合，再分别计算每组 SN标记的 CPE。不同 MAF 区间下，CPE 与 SNP 标记数目的关系曲线如图（3-4）所示。

曲线,鉴定类型,标记数目,绵羊品种

以 10 为密度梯度，在 BYS、DLS、ALT、CMS、KSK 共 5 个绵羊品种中分别依次选取 10、20、30、…、88 个 SNP 标记，构成共9 5组 SNP 标记亚组合，分别计算每组 SNP 标记的 CPE，结果如图（3-5）所示。观察图（3-5（a）），用于鉴定全部 5 个绵羊品种亲子关系的 88 个 SNP 标记在三种鉴定类型下的 CPE 曲线呈现一致的趋势，均随 SNP 标记数目的不断增加而呈上升趋势，且CPE2>CPE1>CPE3。在图（3-5（a））基础上，图（3-5（b~f））估计出 5 个绵羊品种在三种鉴定类型下的CPE值均到99.9%时的最少SNP标记数目分别是：ALT-54；BYS-55；CMS-54；DLS-58；KSK-53。当三种鉴定类型下的 CPE 值均达到 99.95%时的最优 SNP 标记数目分别是：ALT-61；BYS-63；CMS-62 个；DLS-67；KSK-59。需要注意的是，除 DLS外的其他 4 个绵羊品种包含的均是MAF 0.3的 SNP 标记，且 DLS 需要的最少和最优 SNP标记都要多于其他绵羊品种鉴定亲子关系时需要的标记。当 SNP 标记数目达到上限 88个时，5 个绵羊品种在三种鉴定类型下的 CPE 值均在 99.98%以上，此时 CPE 曲线的上升是以增加 SNP 标记数目为代价的。

【参考文献】