阿勒泰白头牛基因组结构变异分析.pdf

中国牛业科学():科学试验科学试验阿勒泰白头牛基因组结构变异分析惠科铭李 莎曹琴琴陈秋明郭 杨(.新疆农业大学动物科学学院乌鲁木齐.新疆维吾尔自治区畜牧总站乌鲁木齐)摘 要:阿勒泰白头牛是新疆阿勒泰地区的乳肉役兼用地方品种具有白头、抗病力强和性情温顺特点 结构变异()是影响牛表型性状的重要遗传变异形式本研究旨在获得阿勒泰白头牛基因组 的特征和种质特征的候选基因 以 头阿勒泰白头牛测序深度为.的基因组序列为基础通过、和 三个软件进行 的检测并通过 软件取交集进行整合总共鉴定到 个 从类型看缺失、易位、倒位、复制和插入的比例分别为.、.、.、.和不足.从长度看缺失、倒位和复制的分布呈现右偏态 以频率大于.为标准获得 个高频涉及 个蛋白编码基因 基因注释和富集分析发现阿勒泰白头牛的高频 与免疫抗病和神经功能相关契合了抗病力强和性情温顺特征可作为相关特征的候选基因(免疫抗病:、和 神经性情:、和)值得注意的是我们发现 基因非编码区存在一个缺失该基因可减少真黑素的合成在哺乳动物毛色调控中起着重要作用 研究的结果可以为阿勒泰白头牛种质特征的遗传机制解析奠定基础也可以为阿勒泰白头牛的资源利用提供基础资料关键词:阿勒泰白头牛基因组结构变异种质特征中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:修回日期:基金项目:新疆维吾尔自治区自然科学基金资助项目()新疆农业大学 年大学生创新项目()作者简介:惠科铭()男本科生研究方向为动物遗传育种通讯作者:郭杨()女高级畜牧师研究方向为动物遗传育种 阿勒泰白头牛是新疆阿勒泰地区的乳肉役兼用地方品种主要分布于布尔津、吉木乃和哈巴河等县其典型特征是头部呈现白色兼具耐粗饲、抗病力强等特点 目前该品种的研究非常少 以其为关键词在中国知网进行搜索只显示 篇文献在分子遗传学方面微卫星标记的方法发现阿勒泰白头牛属于普通牛亚种事实上牛基因组问世后牛的遗传学研究进入后基因组时代包括基因芯片在内的各种高通量技术应运而生 等利用 芯片获得了阿勒泰白头牛观测杂合度和近交系数等遗传多样性指标 随着测序成本的降低目前群体水平的全基因组测序已经在很多品种上得以实施 截至 年 月 数据库已经释放了超过 个品种 个个体的全基因组序列 最近 等利用基因组数据发现阿勒泰白头牛主要以东亚普通牛和欧洲普通牛血统为主并发现、和 可能是环境适应性和白头特征的种质基因全基因组序列的另一个应用场景为结构变异()检测 是遗传变异的重要形式之一为五十到几百万碱基序列的变异包含不平衡的拷贝数变异()(缺失、重复和插入)以及平衡的重排(倒位、染色体间和染色体内易位)与容易检测的 相比 影响了更多核苷酸在遗传多样性和进化中具有重要作用 另一方面 可以通过改变基因剂量、改变基因结构、暴露隐性等位基因和改变基因调控等特定机制对表型产生影响如 的重复导致安格斯牛无角本研究以阿勒泰白头牛的基因组序列为基础通过、和 软件进行 的检测获得 的特征并通过筛选高频 进行相应的注释获得阿勒泰白头牛种质特征的候选基因为解析阿勒泰白头牛种质特征的遗传机制提供基础资料 材料与方法.试验材料从西北农林科技大学雷初朝教授实验室获得 头阿勒泰白头牛的基因组数据该批数据样本通过新疆畜牧科学院董红研究员联系采自新疆阿勒泰地区布尔津县禾木乡阿勒泰白头牛核心群并且已经释放可以开放获取.基因组数据的质控与比对使用 软件对测序下机的原始读段()进行了质控处理获得清洗读段()使用 算法将 比对到参考基因组(.)使用 软件的 和 模块将比对结果进行排序和去除 重复序列 最后使用 软件进行比对率等参数的计算.检测与注释首先分别使用 软件、软件和 软件进行 的检测和分型 其后使用 软件对前述三种工具的结果进行整合 以家牛参考基因组的注释文件为基础利用 软件进行 的注释 以注释的蛋白编码基因集合为基础使用 网站进行京都基因与基因组百科全书()和基因本体()数据库的富集分析 结果与分析.基因组数据描述 头阿勒泰白头牛基因组序列质控产生了 条 和.碱基 比对到参考基因组后的比对率为.深度为.的鉴定利用、和 三款软件检测到 个 从染色体分布来看数量最高的是 号染色体()最低的是 号染色体 从类型上看缺失占比超过 最少的为插入不足.从长度来看缺失、倒位和复制的分布都呈现右偏态即长度越大数量越少(图)图 特征:的染色体分布:的类型:缺失长度的直方图:倒位长度的直方图:复制长度的直方图.高频 的功能注释以频率大于.为标准获得 个高频 涉及 个蛋白编码基因如 基因的外显子缺失 基因的外显子复制、和 等基因的内含子缺失 基因 非编码区缺失通过对阿勒泰白头牛高频 区间的基因进行了 富集分析发现 个 条目显著富集这 个 条目中除通过质膜粘附分子实现的嗜同性细胞粘附和黏着连接与免疫疾病功能相关外其余都与神经功能相关 同时 富集分析发现 条显著的通路都与神经功能相关(表)中国牛业科学 第 卷表 区域基因的富集类别名称基因数通过质膜粘附分子实现的嗜同性细胞粘附.谷氨酸能突触.受体复合体.突触.黏着连接.细胞质.连环蛋白复合体.钙粘蛋白结合.钙离子结合.结构域结合.钙信号通路.肾素分泌.神经激活配体 受体相互作用.讨论.的特征由于影响的核苷酸较多 成为遗传变异检测的重要方向 基于高通量的基因组序列目前已经开发出很多算法进行 的检测 集成了读段配对()、拆分读段()和读段深度()算法进行 鉴定 整合、和其他先验知识检测基因组的 软件以 和 为基础进行 的检测 本研究利用这三款软件以取交集的方法检测阿勒泰白头牛的基因组 从而减少假阳性的发生在获得的 个 中 号染色体数量最多随着染色体号的增加而出现降低的趋势这与哺乳动物染色体的命名规则有关(染色体较大编号较小)事实上单核苷酸多态性在染色体上的数量分布也有此趋势 从类型上看缺失占比超过而插入不到.这是由于二代测序技术产生的读长较短难以检测大片段插入所致 从长度来看缺失、复制和倒位的分布都呈现右偏态这与基因组的保守性相关大片段的变异容易引起表型的剧烈变化在中性进化的理论中适应性较低不易存活 事实上本研究得到的类型和长度分布趋势与此前的报道的结果是一致的提示分析结果的可靠程度高.阿勒泰白头牛种质特征的候选 阿勒泰白头牛最显著的特征是头部白色 基因编码刺鼠信号蛋白可以通过阻断黑色素皮质素受体的合成进而减少真黑素和增加褐黑素的产生 在内洛尔牛上发现 基因的 与毛色的深浅有关 我们的研究发现阿勒泰白头牛 端非编码区存在 的缺失这个缺失可以作为该品种毛色特征的候选基因作为地方品种阿勒泰白头牛具有抗病能力强的特点 本研究发现 基因的外显子存在复制该基因编码主要组织相容性复合体其多态性与中国西门塔尔牛和三河牛的乳房炎发生有关 在 基因的外显子上我们发现一个缺失该基因为 诱导的 激活负调节因子其 表达量在重度抑郁症患者 分泌细胞中显著高于健康对照组 我们在 基因的内含子上也发现一个缺失该基因为 型受体复合物的亚基在健康奶牛子宫组织中的相对表达量显著高于患子宫内膜炎奶牛子宫组织 此外我们在 基因的内含子上也发现一个缺失该基因编码白介素 受体蛋白在抗病性好的瘤牛与其杂交牛的外周血单核细胞中存在显著差异在人类的研究中发现该基因的遗传变异与先兆子痫有关 因而本研究发现的这些 可以作为阿勒泰白头牛抗病能力强的候选基因 事实上本研究的富集分析结果也检测到 个显著的与免疫疾病相关的 条目从侧面反映了阿勒泰白头牛的免疫抗病特性阿勒泰白头牛这类地方品种的役用特点对中华文明的诞生和发展起着重要作用该特点提示地方品种 在 性 情 方 面 比 较 温 和 我 们 的 研 究 发 现 基因的内含子区存在 的缺失该基因编码 羟色胺 受体蛋白其多态性与精神分裂症的治疗效果有关 在 基因的内含子上我们也发现一个缺失该基因编码酪氨酸蛋白激酶受体在人类该基因的易位导致智力障碍和神经发育紊乱 此外我们也在 基因的内含子上发现缺失该基因编码谷氨酸受体蛋白其拷贝数变异与人类的精神分裂症相关 因此本研究发现的这些 可以作为阿勒泰白头牛役用、温顺特第 期惠科铭等:阿勒泰白头牛基因组结构变异分析性的候选基因 事实上本研究在富集分析中发现的显著 条目和 通路大多与神经功能相关也能从侧面反映阿勒泰白头牛的役用、温顺特性 结论本研究鉴定的 个基因组 丰富了阿勒泰白头牛的遗传变异资料与免疫疾病、神经性情相关的高频 可以作为阿勒泰白头牛抗病能力强、役用性温的候选基因 基因 非编码区的缺失可以作为阿勒泰白头牛白头典型特征的候选基因这些候选基因的鉴定为解析相关种质特征的遗传机制奠定基础参考文献:吾热力哈孜别克木汗巴合提阿达力沙肯哈提帕.阿勒泰白头牛简介.黑龙江畜牧兽医():.罗永发王志刚李加琪等.采用微卫星标记分析 个中外牛品种的遗传变异和品种间的遗传关系.生物多样性():.():.:.:.():.():.:.():.():.:.():.:.():.:.():.:.():.():.:.():.:.():.():.():.():.():.():.高树新许尚忠李金泉等.种兼用型牛 基因的多态性与乳房炎的相关性.西北农林科技大学学报(自然科学版)():.():.陈秀竹常迪黄启震等.在健康奶牛与患子宫内膜炎奶牛子宫内膜组织间表达差异的研究.北京农学院学报():.:.().:.董文涛纪云鹤.、基因多态性与 抗抑郁疗 效 的 关 系 .中 国 医 师 杂 志 ():.().():.赵亚丽张克让许琪等.代谢型谷氨酸受体 基因的拷贝数变异与精神分裂症的相关性.中国医学科学院学报():.(下转第 页)中国牛业科学 第 卷 王景山马万欣孙雁征李昊何洋何曙光石顺利.通辽市 年 年良种肉牛推广体系建设目标.中国牛业科学():.马云谷帅锋潘翠丽等.宁夏回族自治区肉牛种业现状、问题及对策建议.中国畜禽种业():.王进宽.宁夏原州区肉牛产业发展现状及建议.养殖与饲料():.蔡翠翠丁晓婷万鹏等.宁夏固原地区肉牛养殖业面临的挑战以及未来发展趋势.中国牛业科学():.王亚书.肉牛疫病防控中存在的问题及建议.中国畜牧业():.高旭红谢建亮侯鹏霞等.宁夏肉牛产业现状及需求的调研报告.宁夏农林科技():.韩振杨春.美国肉牛产业发展及对我国的启示.中国畜牧杂志():.单文心吴迪舒坤良.吉林省肉牛产业发展问题及对策研究.东北农业科学():.(.):.:(上接第 页)(.):.().:.()().:中国牛业科学 第 卷