全基因组重测序揭示中国短脂尾绵羊微进化关系及繁殖相关基因的遗传变异

摘要

我国短脂尾绵羊品种资源丰富，分布广泛于中北部区域。据考古学和遗传学研究，蒙古羊是短脂尾绵羊品种的共同祖先，在经过迁移、驯化和适应之后，许多演化品种在表型性状上发生了明显变化，特别是在繁殖、生长等性状上差异较大，但由进化所导致表型差异的遗传机制尚不清楚，缺乏全基因组水平的系统研究。本研究以蒙古羊、小尾寒羊和多浪羊为研究对象，采用全基因组重测序、生物信息学分析等技术方法开展了相关研究。取得结果如下:
　　(1)本研究通过全基因组重测序，总共获得三个绵羊品种基因组测序数据78 G，深度达到已公布的绵羊参考基因组的43.2×，平均每个品种14.4×;与参考基因组比对，共获得13，209，060个高质量SNPs（单核苷酸多态性）和912，131个InDels（插入缺失位点），通过Sanger测序验证SNP准确率达到95.8％(115/120)。
　　(2)位于小尾寒羊蛋白编码区(CDS)的SNP共90，853个，其中同义SNP有36，820个，错义SNP有54，033个（分别位于11，063个基因内），无义SNP有2，474个（分别位于1，789个基因内）。位于蒙古羊CDS的SNP共90，720个，其中同义SNP有37，449个，错义SNP有53，271个（分别位于11，421个基因内），无义SNP有2，421个（分别位于1，810个基因内）。位于多浪羊CDS的SNP共56，804个，其中同义SNP有21，029个，错义SNP有35，775个（分别位于7，724个基因内），无义SNP有1，786个（分别位于1，192个基因内）。
　　(3)由于小尾寒羊和多浪羊都具有多胎、常年发情的表型，而蒙古羊为单胎、季节性发情，因此我们选取了同时在小尾寒羊和多浪羊中发生错义突变而不在蒙古羊中发生错义突变的基因共797个，进行GO功能注释，主要富集于6大类生物学功能，其中15个基因富集于繁殖条目（其中12个基因富集于GO:0007283精子发生），KEGG通路分析共注释到5条生化通路，其中Progesterone-mediated oocyte maturation（孕激素介导的卵母细胞成熟）通路包含7个基因（RPS6KA3、MAD2L1、CCNB2、GNAI2、ADCY5、PIK3R5、CDC25B），我们推测这些基因与短脂尾绵羊的繁殖性状有关。
　　(4)我们在小尾寒羊基因组上共鉴定出选择进化区域145个，总长度45.3 Mb，占整个基因组长度的1.74％。其中常染色体上，以Z(HP)＜-4和Z(FST)＞4为阈值，有108个高度纯合的区域和65个与蒙古羊的遗传距离极远的区域。合并后共136个区域，包含774个蛋白编码基因。X染色体上，以Z(HP)＜-3和Z(FST)＞3为阈值，共有9个区域包含24个蛋白编码基因被鉴定。
　　(5)对小尾寒羊选择进化区域内的基因进行GO功能注释，主要富集到8大类生物学功能（发育过程、细胞过程、多细胞生物过程、生物调节、代谢过程、繁殖、定位和生长）的32个功能条目。KEGG通路分析注释到11个生化通路，其中包括Endometrialcancer（子宫内膜癌）、Prostate cancer（前列腺癌）等，可能与短脂尾绵羊的繁殖性状具有潜在的关系。
　　(6)小尾寒羊基因组选择进化区域内繁殖功能相关的基因共25个，其中只在小尾寒羊发生进化的有8个:MMP14、PMCH、HMGCR、SLC6A3、PRL、OXT、TSSK3、FLT1;同时在小尾寒羊和多浪羊中发生进化的有5个:ADAM2、GAMT、NR3C1、DAZAP1、ADAM29;只在蒙古羊发生进化的有1个:HOXA10;三个品种都发生进化的有5个:DMRTB1、RQCD1、FGF、ABCB9、YBX2。

目录

声明

符号说明

摘要

1 引言

1．1 家养动物微进化研究进展

1．1．1 微进化的概念

1．1．2 微进化的研究方法

1．1．3 不同家养动物微进化研究

1．1．4 绵羊起源与进化研究进展

1．2 中国短脂尾绵羊的起源与进化

1．2．1 蒙古羊的起源、进化与分布

1．2．2 短脂尾绵羊的遗传多样性

1．2．3 短脂尾绵羊各品种之间的差异

1．3 绵羊繁殖相关基因的研究进展

1．3．1 绵羊季节性繁殖相关基因的研究进展

1．3．2 绵羊多胎性状相关基因的研究进展

1．4 本研究的目的意义

2 材料与方法

2．1 试验材料

2．1．1 试验动物及样品采集

2．1．2 主要数据库及生物分析软件

2．2 试验方法

2．2．1 基因组DNA的提取与检测

2．2．2 绵羊基因组文库的构建及高通量测序

2．2．3 SNP准确性验证

2．3 数据分析

2．3．1 测序数据与参考基因组比对

2．3．2 变异检测与注释

2．3．3 选择进化分析

2．3．4 基因功能注释

3 结果与分析

3．1 DNA提取质量检测

3．2 高通量测序数据的生物信息学分析结果

3．2．1 数据产出概述

3．2．2 测序数据比对结果与测序深度分布

3．2．3 变异检测与注释

3．2．4 利用同义／非同义SNP预测进化基因

3．2．5 选择进化分析

3．2．6 选择进化基因的功能注释

3．2．7 繁殖相关基因的研究

3．2．8 SNP准确性验证

4 讨论

4．1 选择信号的检测

4．2 X染色体变异分布

4．3 选择进化区域与先前研究的比较

4．4 两种方法检测到的进化基因功能一致

4．5 绵羊繁殖相关QTL在中国短脂尾绵羊微进化中的作用

5 结论

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表论文情况