全基因组关联分析挖掘中国西门塔尔牛生长性状候选功能基因

生长速度是肉牛重要的经济指标,提升肉牛生长性状是现阶段我国肉牛育种工作中的一个重要目标,与其相关的候选功能基因及分子遗传标记的挖掘一直是国内外学者的研究重点。中国西门塔尔牛是我国自主培育的优良肉牛品种,具有适应性强、生长迅速、肌肉发达和产肉性能好等优良性能,但与国外优良肉牛品种相比,中国西门塔尔牛生长速度仍存在一定差距,因遗传育种水平及饲养条件的不足,导致其生长潜力无法得到充分发挥,从而影响了该品种的养殖效益,限制了我国肉牛产业的高质量发展。随着高通量测序技术的不断发展,近年来全基因组关联分析(Genome-wide association study,GWAS)技术在家畜经济性状候选功能基因和分子标记的挖掘领域得到了广泛应用,通过GWAS挖掘中国西门塔尔牛生长相关的候选功能基因及其分子标记来快速提高该品种的生长性状成为可能。本研究以266头中国西门塔尔牛为试验群体,测量中国西门塔尔牛出生重和出生至6月龄平均日增重。提取试验个体DNA后,进行全基因组重测序,并选用混合线性模型进行全基因组关联分析,以期筛选和鉴定与中国西门塔尔牛生长性状相关的候选功能基因,从而为应用全基因组选择育种技术提升中国西门塔尔牛生长性状,提供有效的分子标记。主要研究结果如下:(1)本研究对266头中国西门塔尔牛群体进行全基因组重测序,共检测到19,572,046个单核苷酸多态性位点(Single nucleotide polymorphism,SNP),其中在外显子发生同义突变的SNPs有71040个,发生非同义突变的SNPs有46120个,变异位于剪接位点的SNPs有591个,在基因内含子区域的SNPs有4,818,604个,基因间区域的SNPs有14,421,492个,位于基因上游1kb和下游1kb的SNPs数量分别为108,205和104,240个,在基因上游1kb区域,同时也在另一基因的下游1kb区域的SNPs有1056个。(2)本研究利用主成分分析法(Principal components analysis,PCA)来评估中国西门塔尔牛的种群结构,发现该试验群体个体间存在群体分层现象。immune genes and pathways(3)本研究对266头中国西门塔尔牛群体的生长性状进行GWAS分析,筛选到89个SNPs位点与出生重显著相关,这些显著SNPs分布在25条染色体上,注释到了101个候选基因。对平均日增重关联分析发现59个SNPs位点与平均日增重显著相关,这些显著SNPs分布在19条染色体上,注释到了38个候选基因。(4)通过对候选基因进行GO和KEGG富集分析,发现与出生重相关的候选基因主要富集于细胞信号转导通路、细胞因子-细胞因子受体相互作用、心血管系统和细胞铁代谢等通路,其中MAPK和Ras通路为生长发育相关的关键信号通路,富集到NTF3、VEGFC、TIE2、NF1和CAC1B等关键候选基因。与平均日增重相关的候选基因主要富集于肌肉系统的功能和调节等生物学过程以及细胞信号转导、信号分子相互作用、运输和分解代谢和疾病相关通路,其中KEGG富集到的黏着斑、Wnt信号通路、ERBB通路、生长激素合成、分泌和作用通路和c GMP-PKG等信号通路为生长相关关键信号通路,这些通路上富集到的基因包括PRKCB、LAMA3、SHC4、COL4A3、CTNND2、SLC8A3和MYH7等候选基因。(5)为了进一步明确这些基因的功能,本研究对这些候选基因进行了蛋白互作分析,筛选到与出生重相关候选基因NTF3、VEGFC、TIE2和NF1和与平均日增重相关的PRKCB、SHC4和CTNND2等候选基因。上述基因可能作为中国西门塔尔牛生长性状相关候选功能基因。此外,通过结合GWAS结果、GO和KEGG富集分析结果、蛋白互作分析结果以及查阅相关文献,筛选到了MEOX2、IL7、SETBP1、SLC8A3、MYH7、JUP、SMAD5、Liproxstatin-1试剂NRXN3和RFX7等基因也可能是影响中国西门塔尔牛生长性状的潜在候选功能基因。综上所述,本研究挖掘了NTF3、VEGFC、TIE2、NF1、CAC1B、MEOX2、IL7、SETBP1、PRKCB、SHC4、CTNND2、SLC8A3、RAD001抑制剂MYH7、JUP、SMAD5、NRXN3和RFX7等影响中国西门塔尔牛生长性状的候选功能基因。