利用高密度SNP标记分析中国荷斯坦牛基因组近交

畜禽育种中传统上利用系谱信息评估群体近交程度?近年来随着高通量单核苷酸多态(single nucleotide polymorphism, SNP)检测成本降低,使利用基因组信息分析真实的基因组近交程度成为可能?本研究利用牛54 K SNP 芯片数据统计了北京地区2107头荷斯坦牛基因组上的长纯合片段(runs of homozygosity, ROH)的频率和分布,计算了2种基因组近交系数,即染色体上ROH的长度占基因组总长度的比例(Froh)及个体所有标记基因型中纯合子所占比例,即基因组纯合度(Fhom),进而分析了两种基因组近交系数之间的相关性以及基因组近交与系谱近交系数之间的相关性?结果表明,共检测到44 676个ROH片段,其长度主要分布在1~10 Mb之间?不同长度的ROH散布于个体基因组内,短ROH较长ROH更为常见?ROH在染色体上并非均匀分布,ROH频率最高的区域为10号染色体中部?两种基因组近交系数之间相关性很高(91%以上),但基因组近交与系谱近交之间的相关性较低(低于50%)?系谱完整性是影响基因组近交与系谱近交结果一致的重要因素,基因组近交系数能够反映个体真实的近交,本研究为评估群体近交水平提供了有力工具?     

连续性纯合片段在畜禽基因组研究中的应用

随着高通量SNP芯片技术的快速发展和测序成本的大幅降低,SNP基因芯片和基因组重测序等技术被广泛地应用于畜禽基因组研究中。在基因组某一段区域内,当一定数量和一定密度的SNPs表现为纯合时,可以判定该区域存在连续性纯合片段(runs of homozygosity, ROH)。目前,连续性纯合片段已经逐渐成为分析畜禽群体近交程度、遗传结构等方面的重要指标之一。但是,ROH计算应用的评价标准还相对匮乏。本文系统介绍了连续性纯合片段的发展历史、原理、鉴定方法以及在畜禽群体结构解析、基因组功能分析和种畜禽品质检测等方面的应用情况,以期为畜禽遗传资源保种区和保种场在遗传多样性等动态监测方面提供参考。     

中国荷斯坦牛和鲁西黄牛mtDNAD-loop序列多态性分析

为了从母系遗传角度深入阐明中国荷斯坦牛和鲁西黄牛的群体遗传多样性以及起源进化,本研究采用PCR测序法测定了9头中国荷斯坦牛和11头鲁西黄牛的线粒体DNA D-loop区的部分序列,并经剪切后进行生物信息学软件分析.结果表明,20个个体D-loop区共711 bp,共检测到19种单倍型和50个多态位点.核苷酸多样性(Pi)为0.021 33±0.004 54,单倍型多样性(Hd)为0.994±0.019,平均核苷酸差异数(k)为15.146 20.构建的NJ网络进化树共分为两大支系,其中部分鲁西黄牛与瘤牛聚为一支,而中国荷斯坦牛和部分鲁西黄牛与普通黄牛聚为一支.说明中国荷斯坦牛和鲁西黄牛群体遗传多样性均较高;鲁西黄牛同时含有瘤牛和普通黄牛的血统,而中国荷斯坦牛只含有普通黄牛的血统.     

基于基因组SNPs对东亚家马不同群体遗传多样性的评估

家马地方品种的遗传多样性是动态演变的, 并与其育种模式息息相关; 在过去约300年中, 育种者培育了具突出表型特征的标准化培育品种, 该类型品种对家马地方品种的繁育产生了巨大影响, 这是导致家马地方品种遗传多样性下降及遗传分化的主要因素之一。本研究采集了5个东亚家马地方品种(蒙古马、哈萨克马、河曲马、藏马和西南马)、2个西亚家马品种(阿拉伯马和阿哈尔捷金马)以及2个欧洲家马品种(设特兰矮马和克莱斯黛尔马)的70个样品, 并整合之前所发表的100匹内蒙古地区家马不同群体单核苷酸多态性(SNPs)数据集, 通过全基因组重测序和生物信息学方法分析了东亚家马不同群体的遗传多样性。研究发现东亚家马地方品种具有较丰富的遗传多样性, 相比欧洲和西亚品种产生了显著的遗传分化, 其中蒙古高原群体的遗传多样性最为丰富; 受杂交改良影响, 内蒙古不同群体间产生了一定程度的遗传分化; 河曲马和藏马的遗传背景最为单一, 受引种杂交繁育影响较小。本研究评估了东亚家马地方品种的遗传多样性分布格局和演化特征, 可为建立家马地方种质核心保护群体以及培育新品种提供遗传学理论支持。     

利用全基因组连锁不平衡估计中国荷斯坦牛有效群体大小

有效群体大小是群体遗传学研究的一个重要内容,有助于我们更清楚地了解群体的遗传变异、进化和复杂性状的遗传机制等。随着高密度SNP标记的出现,越来越多的研究利用SNP标记间连锁不平衡估计有效群体大小。文章采集北京地区中国荷斯坦牛2 093个样本,并利用牛SNP芯片(Illumina BovineSNP50,含5 4001 SNPs)进行基因型测定,估计不同世代中国荷斯坦牛的有效群体大小。质量控制标准设定为SNP检出率0.95,最小等位基因频率>0.05,样本检出率0.95,哈代温伯格平衡检验显著性水平P<0.0001。经过质量控制,共1 968个样本和38 796个SNPs用于连锁不平衡分析。文章选取SNP间距0.1、0.2、0.5、1、2、5、10、15(Mb),估计中国荷斯坦牛在4世代之前有效群体大小。结果表明,中国荷斯坦牛的有效群体呈逐代下降趋势,至4世代前,中国荷斯坦牛平均有效群体为45头左右。     

SNP芯片数据估计动物个体基因组品种构成的方法及应用

自然和人工选择、地理隔离和遗传漂移等原因使动物基因组中许多位点的等位基因频率在群体间会产生差异。源于不同品种(祖先)杂交(交配)的动物个体,其基因组与这些品种(祖先)的基因频率(基因型)会存在一定的相关性。因此采用合适的统计模型和分析方法,可以估计出每个品种(祖先)对于个体基因组的遗传贡献比例,又称为个体的基因组品种构成(genomic breed composition, GBC)。本文介绍了利用SNP芯片数据估计动物个体GBC的原理、方法及步骤,并且通过对198头待鉴定的日本红毛和牛GBC的评估,演示了用回归模型和混合分布模型估计动物个体GBC的具体步骤,其中包括SNP子集的筛选、参考群体中动物个体选择以及待测定动物GBC的计算。参考动物群体选自日本红毛和牛(Akaushi)、安格斯牛(Angus)、海福特牛(Hereford)、荷斯坦牛(Holstein)和娟珊牛(Jersey) 5个品种共36 574头,每个个体有40K或50K芯片数据。本文在现有商用 SNP芯片基础上筛选用于品种鉴定和估计动物个体GBC的SNP子集,是对现有SNP芯片功能的拓展和深入开发利用。此外,在基因组选择中如何利用SNP基因型估计动物个体GBC的结果,提高纯种和杂种动物的预测准确度,也是值得深入研究的领域。     

采用微卫星标记分析13个中外牛品种的遗传变异和品种间的遗传关系

本研究应用联合国粮农组织(FAO)和国际动物遗传学会(ISAG)推荐的10对微卫星引物,结合荧光–多重PCR技术,检测了10个中国地方黄牛品种和3个外来牛品种的基因型。通过计算基因频率、多态信息含量和遗传杂合度,以Nei’s遗传距离和Nei’s标准遗传距离为基础,采用非加权组对算术平均聚类法构建了聚类图,分析了13个牛品种的群体内遗传变异和群体间遗传关系。并以聚类分析和群体结构分析为基础,将13个中外黄牛品种分为三类:Ⅰ类属于普通黄牛品种,包括延边牛、沿江牛、长白地方牛、蒙古牛、阿勒泰白头牛、哈萨克牛、复州牛和西藏牛;Ⅱ类属于含有瘤牛血统的黄牛品种,包括日喀则驼峰牛和阿沛甲咂牛;Ⅲ类属于外来牛品种,包括德国黄牛、西门塔尔牛和夏洛来牛。研究结果为加强我国地方黄牛品种种质特性研究以及地方牛品种资源的保护与利用提供了科学的依据。     

动物基因组选配方法与应用

基因组选择(genomic selection, GS)是利用覆盖基因组的分子标记预测动物个体的估计育种值,可以提高选择的准确度和选择强度,缩短世代间隔,做到早选、准选,使动物育种发生了巨大变革。过去的10多年间,基因组选择技术应用于奶牛等动物的育种中,使种用动物的选择更为准确,遗传进展得到大幅提高。但基因组选择通常重视目标性状的遗传进展,而忽略了配种亲本个体间的遗传关系,因此也没有考虑到后代群体中近交程度的增加、遗传多样性的降低以及有害基因的纯合等问题,因此难以维持长期的遗传进展。2016年,一种具有可持续性的遗传选择方法被正式提出,称为基因组选配(genomicmating,GM)。该方法利用待选种用个体的基因组信息实施优化的选种和选配,可以控制群体近交的增长速率,实现长期且可持续的遗传进展。因此基因组选配方法比基因组选择的方法更适合于现代动物育种,尤其适用于地方品种的保护和遗传改良。本文综述了基因组选配的基本概念、方法和应用,并通过模拟的方法比较了6种选配方案的选择效果,旨在为动物育种方法的应用提供参考。     

DGAT1基因K232A突变位点在3个中国荷斯坦母牛群体中的基因型频率分布及其与产奶量的相关性

二脂酰甘油酰基转移酶1(acylCoA:diacylglycerol acyltransferase,DGAT1)基因是影响奶牛产奶性状的主效基因之一,其第八外显子上的第232位的赖氨酸转化为丙氨酸(K232A)的错义突变是影响产奶量、乳脂和乳蛋白含量的因果突变.本研究利用GenBank中已公布的牛DGAT1基因DNA序列,于K232A位点两端设计引物,采用PCR-RFLP方法鉴定来自新疆和江西的3个中国荷斯坦母牛群体共454个个体DGAT1基因K232A突变位点的基因型,使用SAS9.0软件分析供试群体基因型分布及其与产奶量的相关性.研究结果表明:K等位基因为441 bp的PCR扩增片段,A等位基因为完全切开的202bp和239bp两片段.新疆1、新疆2和南昌金牛3个荷斯坦母牛群体在该位点上K等位基因的频率分别为51.9%、42.4%和27.2%;A等位基因的频率分别为48.1%、57.6%和72.8%.DGAT1基因K232A突变位点与三个母牛群体日平均产奶量的相关性分析发现在3个群体中KK型个体产奶量均低于AA型个体,但不同基因型个体间产奶量差异在统计学上没有显著差异.本研究为进一步探讨DGAT1基因在中国奶牛群体中的遗传效应及分子标记辅助选择培育良种奶牛提供参考.     

荷斯坦牛HSP70-1基因遗传多态性与乳腺炎抗性关系

以253头中国荷斯坦奶牛为研究对象, 检测HSP70-1基因的多态性, 并分析其多态性与中国荷斯坦牛体细胞评分(Somatic cell score, SCS)的相关性。首先以PCR-SSCP法寻找HSP70-1基因编码区的突变, 并通过测序确定突变的类型, 根据突变类型寻找合适的内切酶, 最终采用PCR-RFLP方法鉴定实验牛基因型; 然后分析基因多态性与中国荷斯坦牛SCS的相关性。结果表明HSP70-1基因的1 623 bp处产生G→A→C突变, 2 409 bp处产生G→A突变, 两位点都是沉默突变, 未引起氨基酸序列的改变; 经χ2 适合性检验, 中国荷斯坦牛在两个位点均未达到Hardy-Weinberg平衡状态; 同时, 群体基因座不同基因型与SCS相关分析的结果表明, 2409位点基因型与SCS相关性不显著(P>0.05), 1623位点基因型与SCS相关性显著(P<0.05), CC型SCS显著低于AG、GG型(P<0.05), CC基因型为乳腺炎抗性基因型。在中国荷斯坦奶牛群体中, HSP70-1基因CC基因型可作为改良奶牛乳腺炎抗性性状的分子遗传标记。     

近交衰退:我们检测到了吗

近交衰退产生的原因是近交增加了有害等位基因纯合几率,导致个体适应能力下降。种群变小是导致近交衰退的主要原因,但在实际研究中发现近交衰退并非一定明显表现出来,这可能有以下几个主要的原因遗传负荷的淘汰、在较好的环境下近交衰退会表现不明显、并非能在所有性状中检测到近交衰退、近交衰退只出现在某些发育阶段和不同家系、种群、个体中的近交衰退程度不同。这提示我们近交衰退与生态及遗传密切相关。     

五指山猪生物学特性、易地繁育及遗传多样性研究

五指山猪是我国濒临灭绝的珍稀品种,为保护和利用这一特有种猪基因资源,我们开展了易地繁育和生物学特性及遗传多样性的研究。通过对其生长发育规律、繁殖生理、血液生理生化、遗传标记、DNA指纹图谱等项的观察和测试,发现五指山猪具有体型小、性成熟早、耐近交繁殖、遗传性较稳定、肉质好等特点。白细胞分类中淋巴细胞占77％,白细胞抗原(SLA) 血清学分型中,与其它品种之间存在有差异性。 用人源小卫星探针33.6和鸡小卫星探针cMS18,对五指山猪及长白猪和枫泾猪进行DNA指纹图比较分析,发现五指山猪的DNA指纹图相似系数,大大高于其它已研究过的正常体型猪种,说明它经历过较高程度的近交;以猪的生长激素（GH）cDNA为探针,用EcoRI、EcoRV、PstI等酶切基因组DNA进行RFLP分析时,五指山猪均出现了一条深色带,而长白猪和枫泾猪未发现。表明五指山猪在生长激素位点上与正常体型猪种亦存在差异。     

秦川牛和中国荷斯坦牛POU1F1基因多态性研究

采用PCR-RFLP技术研究了秦川牛(QQ)和中国荷斯坦牛(HC)共计218头个体POU1F1基因的多态性。结果表明: 秦川牛及中国荷斯坦牛群体POU1F1-HinfⅠ基因座的451 bp 的PCR产物经限制性酶HinfⅠ消化后表现多态, 其等位基因A/B频率分别为0.232/0.768、0.132/0.868; 两个群体AA、AB和BB 3种基因型的频率分别为0.030/0.403/0.567、0.007/0.251/0.742。在该基因座秦川牛群体处于Hardy-Weinberg平衡状态, 中国荷斯坦牛群体处于不平衡状态。它们在该基因座的杂合度、有效等位基因数、Shannon信息熵、多态信息含量分别为0.356/1.553/0.541/0.292、0.229/1.297/0.390/0.203; 秦川牛群体的位点杂合度、有效等位基因数、Shannon信息熵、多态信息含量均大于中国荷斯坦牛群体。     

三个近交系C57BL/6J小鼠群体微卫星遗传变异分析(英文）

应用微卫星遗传标记对近交系C57BL/6J(B6)小鼠遗传稳定性进行分析。用FAM标记的引物PCR扩增了来自北京和上海三个实验动物生产单位提供的三个B6小鼠群体共15个微卫星位点并进行分型。结果显示,所有位点均处于纯合状态,其中7个位点为多态位点。研究表明各B6群体虽然为高度近交群体,但不同生产单位维持的B6群体之间存在遗传分化。     

新疆8个绵羊品种遗传多样性和系统发生关系的微卫星分析

为分析新疆北疆地区主要绵羊品种的遗传多样性和系统发生关系,利用10个微卫星标记,采用PCR扩增,12％非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳、Sanguinetti银染法显色,对新疆北疆地区8个品种、1个杂交一代绵羊群体遗传多样性进行了检测,统计了各群体的等位基因组成、平均有效等位基因数(E)和平均基因纯合率,利用等位基因频率计算出各群体的平均遗传杂合度(h)、多态信息含量(PIC)和群体间的遗传距离。利用分子进化遗传分析软件,采用邻结法构建系统发生树;同时根据等位基因频率,利用PHYLIP(3．6)分析软件,采用最大似然法构建系统发生树,应用白举检验估计系统树中结点的白引导值,并进行了系统发生分析。结果表明：10个微卫星位点在9个绵羊群体中的多态信息含量除BMI824、MAF65为低、中度多态外,其余8个微卫星均为高度多态,可作为有效的遗传标记用于各绵羊品种的遗传多样性和系统发生关系的分析;所有绵羊群体的平均PIC(0．5631)、h(0．5721)和E(2．9)均低于国外其他品种的绵羊,其基因多态性和遗传多样性相对贫乏;新疆本地土种阿勒泰羊、哈萨克羊和巴什拜羊与国外引进绵羊品种及混有外血的本地培育品种遗传距离较远,他们聚为不同的两类,各绵羊品种的分子系统发生关系与其来源、育成史、分化及地理分布基本一致。     

基于2b-RAD简化基因组测序的甜瓜遗传多样性分析

该研究利用2b-RAD(type IIB endonucleases restriction-site associated DNA)测序对28份厚皮甜瓜亲本材料的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)位点进行基因分型,分析其遗传多样性与亲缘关系,为甜瓜分子标记辅助育种提供科学依据。结果表明:(1)28份甜瓜种质SNPs数量有10318个,其发生转换与发生颠换的比值为2.15,两两种质间的遗传分化系数和遗传距离的平均值分别为0.88和2.22,说明这28份种质之间存在高度的遗传分化。(2)依据甜瓜的果皮颜色、果面网纹和果肉颜色3种性状,分别将以上28份种质分为4个群体(白皮群体、黄皮群体、青皮群体和绿皮群体)、3个群体(光皮群体、稀网群体和密网群体)以及3个群体(白肉群体、桔肉群体和绿肉群体)。(3)表型性状遗传分析结果显示,依据果皮颜色分类的各群体之间的遗传分化程度最高,其遗传分化系数在0.05~0.19之间,即均存在中度及以上程度的分化;光皮群体与密网群体之间存在中度遗传分化,但光皮群体与稀网群体之间以及稀网群体与密网群体之间均无显著分化;白肉群体与桔肉群体之间存在中度遗传分化,但白肉群体与绿肉群体之间以及桔肉群体与绿肉群体之间无明显分化。(4)分子系统进化树分析将28份甜瓜种质划分为三类,其中,第一类包含11份种质(主要为自主选育的纯合种质),第二类包含9份种质(大部分为从新疆引进或从新疆品种中选育出来的纯合种质),第三类包含8份种质(大部分为从日本引进或从日本品种中选育出来的纯合种质)。研究表明,依据甜瓜分子水平的聚类结果与地理来源具有一定关系,但其与育种者依据甜瓜的果皮颜色、果面网纹和果肉颜色对育种材料的分类结果不完全一致。     

我国6个地方绵羊品种微卫星DNA多态性研究

利用聚丙烯酰胺凝胶电泳技术研究了我国蒙古羊、乌珠穆沁羊、哈萨克羊、阿勒泰羊、滩羊和藏绵羊 6个地方绵羊品种 17个微卫星标记的多态性 ,以探讨其遗传多样性、起源分化及群体间的遗传亲缘关系。结果表明微卫星标记不同位点间遗传多样性差异极显著 (P <0 0 1) ,群体间多态信息含量 (PIC)、近交程度 (Fis)和观察杂合度 (Obs .Het)差异不显著 ,但基因多样性 (genediversity)和期望杂合度 (Exp .Het)差异显著 (P <0 0 5 )。所研究的我国 6个地方绵羊品种与欧洲品种具有相似的遗传多样性 ,但具有较高的近交系数。个体和群体的聚类分析结果提示我国地方绵羊品种可能起源于两类祖先。群体间的聚类分析结果还表明 ,蒙古羊与乌珠穆沁羊分化不明显且具有较近的遗传亲缘关系 ,蒙古羊与藏绵羊间分化明显且具有较远的遗传亲缘关系。滩羊、阿勒泰羊以及藏绵羊间也具有较近的遗传亲缘关系。所研究的我国 6个地方绵羊品种的遗传分化 (Fst)与西班牙绵羊品种接近 ,但明显小于欧洲其他绵羊品种     

中国荷斯坦牛线粒体DNA全序列多态性分析和分型

目的：阐明中国荷斯坦牛线粒体DNA全序列多态性及其起源关系。方法：从上海松江科研基地的10头中国荷斯坦牛外周血中抽提DNA,设计引物扩增全长线粒体DNA,通过对其进行序列测定、分析,绘制系统进化发育树。结果：得到了中国荷斯坦牛线粒体基因组的全序列和个体比对结果等相关统计数据,对多态性位点和突变位点等遗传信息进行了序列分析,并进一步分型。结论：研究结果对提高中国荷斯坦牛体细胞核移植和线粒体DNA多态性高通量分析效率有一定的指导意义,为线粒体DNA多态性检测芯片的研究奠定了基础。     

草鱼连续两代的雌核发育群体及湘江流域群体基因组DNA的微卫星比较分析

对湘江流域草鱼群体,一代及连续两代极体型人工诱导雌核发育草鱼群体基因组DNA的微卫星引物统计分析结果表明:湘江流域草鱼群体存在一定程度的遗传多态性;大多数被检测的微卫星位点上存在两个以上的等位基因,但遗传多样性程度较低。一代人工诱导雌核发育草鱼群体中个体的基因位点已基本纯合,但就整个群体而言,个体之间的基因型还不完全一致,表现出一定的多态性。连续两代人工诱导雌核发育草鱼群体中不仅所检测个体的基因位点已完全纯合,并且各个体的基因型也完全相同。这些观察结果说明所检测的两代人工诱导雌核发育草鱼群体是纯合的,经连续两代人工诱导雌核发育可能建立起草鱼纯系。该实验结果还发现不仅草鱼的微卫星位点上存在等位基因的多态性,而且微卫星位点本身也存在多态性;在人工诱导草鱼雌核发育的过程中不仅存在微卫星等位基因快速丢失的现象,而且也存在微卫星位点丢失的现象。因此,加强对自然水体中草鱼种质资源多样性的保护和利用各种现代生物学技术纯化、筛选和组合优良性状基因,是草鱼遗传育种中同样重要和不可或缺的两个方面。     

版纳小耳猪近交系5家系35个微卫星座位的遗传分析

利用35个微卫星座位对版纳小耳猪近交系5个家系进行了遗传检测。统计各家系的等位基因组成,计算各家系的平均基因纯合率,利用基因频率计算出各家系的平均杂合度及品系间的遗传距离,并进行系统聚类。结果表明各家系的平均基因纯合度均较高,其151家系达到88.79％;PIC（多态信息含量）和平均杂合度均较普通商品猪低;各家系等位基因组成差别较大;各家系间亲缘关系与其近交过程一致,据此认为版纳小耳猪近交系5家系均具有较高的近交程度;其基因多态性和遗传多样性较普通商品猪低;各家系均已构成独立遗传群体。