基于全基因組選擇信號挖掘中國地方綿羊在馴化過程中的選擇印記.pdf

1、綿羊是世界上最早被馴化的家養(yǎng)動物之一，也是新石器時代人類馴化最成功的動物之一。經(jīng)過長期的馴化，綿羊在形態(tài)、生理和行為等方面與其野生祖先相比均發(fā)生了巨大的變化。之后，綿羊隨著人類活動的遷徙，擴(kuò)散至世界的各個角落，形成了性狀特征各異的不同品種或類群。然而這些在馴化過程中形成的表型變異和馴化后在特定自然生態(tài)條件和人工選擇的作用下分化成具有不同表型特征的品種的分子機(jī)理仍不清楚。我國養(yǎng)羊歷史悠久，遺傳資源極為豐富，是研究綿羊馴化模式和品種分化遺傳

2、機(jī)理的理想遺傳資源。本研究利用全基因組重測序技術(shù)，比較分析亞洲摩弗倫野羊（Ovis ortentalis）與阿勒泰羊、多浪羊、湖羊、蒙古羊和藏羊等5個具有代表性的中國地方綿羊品種（Ovis aries）在全基因組水平的差異，構(gòu)建上述5個中國地方綿羊品種的遺傳變異圖譜，分析其與野羊之間的遺傳關(guān)系，鑒定其在馴化過程中受到選擇的染色體區(qū)域及基因。取得結(jié)果如下:
　　(1)本研究采集了338份來自阿勒泰羊、多浪羊、湖羊、蒙古羊和藏羊等5個

3、具有代表性的中國地方綿羊品種的全血樣，按照個體DNA等量混合的策略每個品種構(gòu)建2個DNA混合池，進(jìn)行全基因組重測序，共生成了1.427Tb的原始測序數(shù)據(jù)，總測序深度達(dá)549×。質(zhì)量過濾后，獲得了1.172Tb的高質(zhì)量的中國地方綿羊品種的基因組數(shù)據(jù)。
　　(2)比較上述5個地方綿羊品種與公共數(shù)據(jù)庫中亞洲摩弗倫野羊的基因組測序數(shù)據(jù)，共檢出64，105，124個SNP和7，985，424個InDel。亞洲摩弗倫野羊中的SNP的數(shù)量、SN

4、P雜合子所占的比例以及InDel數(shù)量和長度均高于5個地方綿羊品種，表明地方綿羊品種在馴化過程中受到了強(qiáng)烈的自然選擇和人工選擇。
　　(3)將5個中國地方綿羊品種的基因組數(shù)據(jù)合并成一個整體數(shù)據(jù)集，與亞洲摩弗倫野羊的基因組測序數(shù)據(jù)相比較，采用滑動窗口策略，在全基因組水平進(jìn)行固定選擇指數(shù)(FST)和雜合子率（HP）分析，篩選到101個選擇區(qū)域，包含365個編碼蛋白基因，這些基因參與生物調(diào)節(jié)、細(xì)胞過程、免疫應(yīng)答等生物學(xué)過程，與繁殖、神經(jīng)發(fā)

5、育、骨骼發(fā)育、消化道發(fā)育和視力相關(guān)。
　　(4)分別對阿勒泰羊、多浪羊、湖羊、蒙古羊和藏羊的基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行FST和HP分析，分別鑒定出選擇區(qū)域95個、99個、100個、100個和104個，總長度分別為21.375Mb、20.775Mb、22.2Mb、22.875Mb和22.575Mb，分別占整個基因組全長的0.827％、0.804％、0.859％、0.885％和0.873％，分別包含303個、234個、288個、364個和289個

6、編碼蛋白的基因。對5個地方綿羊品種選擇區(qū)域取交集，最終獲得了20個共享的選擇區(qū)域，其中常染色體上有18個，X染色體有2個，總長為3.75Mb，占整個基因組的1.451‰，共包含67個編碼蛋白的基因。GO分析的結(jié)果顯示這些基因富集于骨骼形態(tài)發(fā)生、纖維母細(xì)胞生長因子受體凋亡信號通路、子宮內(nèi)胚胎發(fā)育和神經(jīng)嵴細(xì)胞發(fā)育等180個GOterms。
　　(5)在常染色體共享的選擇區(qū)域中發(fā)現(xiàn)了4個與視覺功能相關(guān)的基因，分別為PDE6B、PANK2

7、、GMDS和FOXC1。其中位于PDE6B基因HDc結(jié)構(gòu)域中的c.G2944C/p.A982P錯義突變的C等位基因幾乎在5個地方綿羊品種完全固定下來了，而在亞洲摩弗倫野羊中處于雜合狀態(tài)，表明該基因及其關(guān)鍵變異可能在馴化的早期受到了選擇，并與綿羊的視力退化有關(guān)。
　　(6)在X染色體上僅發(fā)現(xiàn)了2個共享的選擇區(qū)域，分別包含AR和OPHN1基因，與繁殖和神經(jīng)發(fā)育相關(guān)，其中位于OPHN1基因RhoGAP結(jié)構(gòu)域中的c.A1579G/p.I5

8、79V錯義突變的A等位基因幾乎在5個地方綿羊品種完全固定下來了，而在亞洲摩弗倫野羊中處于雜合狀態(tài)。這兩個基因及其變異受到選擇可能是人類在馴化早期對綿羊繁殖能力和性情選擇的結(jié)果。
　　(7)通過品種間的比較，鑒定出7個反映品種特征的選擇區(qū)域及基因。其中發(fā)現(xiàn)2個與環(huán)境適應(yīng)性相關(guān)的新基因，分別為與藏羊低氧適應(yīng)性相關(guān)的CYP17基因和多浪羊抗逆性相關(guān)的DNAJB5基因。驗(yàn)證了5個與綿羊重要表型相關(guān)的基因，分別為產(chǎn)羔數(shù)相關(guān)的BMPR-1B基

9、因（湖羊）、角的有無相關(guān)的RXFP2基因（湖羊和多浪羊）、脊椎數(shù)變異相關(guān)的HOXA cluster（蒙古羊）、控制尾椎數(shù)變異的致因突變T基因的c G334T/p G112W突變位點(diǎn)（阿勒泰羊和多浪羊）及耳型相關(guān)的MSRB3基因（多浪羊）。
　　本研究對5個具有代表性的中國地方綿羊品種進(jìn)行大規(guī)模、高覆蓋的深度全基因組重測序，構(gòu)建了5個地方綿羊品種的高分辨率遺傳變異圖譜，鑒定了在馴化過程中共享的和品種特異的選擇區(qū)域及相關(guān)基因，發(fā)現(xiàn)了視