基于基因组重测序技术的深县猪群体结构和选择信号分析

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家猪作为人们驯化的产物,在自然选择和人工选择下生产性能和繁殖性状等都经历了遗传变异,基因组水平的变异引起了生物体的变异和进化,分析基因组水平变异可以深刻认识家猪各个品种的遗传特异性,分析进化关系,了解群体的历史。基因组作为生物体遗传物质的总和,包含各种生物信息,包括遗传变异、基因突变等,本试验的目的主要是对深县猪的群体结构和选择特征进行分析,分析深县猪对于其他品种的群体特征,同时分析深县猪相对于人工选择程度较高的大白猪的选择信号,了解深县猪选择方向,寻找可能的优秀的选择区域和选择基因,为深县猪提供育种方向。
  本试验基于基因组重测序,对10头深县猪的基因组中的SNP(单核苷酸多态性)进行检测,同时与下载的9头大白猪和10头梅山猪的基因组SNP数据进行主成分分析、群体结构等分析,了解深县猪的遗传背景和进化关系。并与大白猪进行选择信号分析,探究相对于大白猪,深县猪在进化过程中的选择印记。结果如下:
  1.对10头深县猪进行基因组重测序,共得到256.6GB的原始DNA数据,平均85%以上的DNA序列比对到猪参考基因组(NCBI-Sscrofa11.1)上,公共数据库下载了9个大白猪个体和10个梅山猪个体,其中深县猪有23M个SNP位点,大白猪有8.8M个SNP位点,梅山猪有2.2M个SNP位点。
  2.采用主成分分析、系统进化树分析、结构分析、LD(连锁不平衡)衰减分析,探究深县猪、大白猪和梅山猪的遗传关系,主成分分析显示深县猪、大白猪、梅山猪能很好地区分为三个品种,且梅山猪群体内存在群体分层,相较于深县猪和大白猪遗传多样性较高;系统进化树分析印证了主成分分析结果,三个群体具有独立的遗传关系,相对于大白猪,深县猪和梅山猪群体内遗传关系更加复杂,群体内可能存在亚群;结构分析结果表明三个群体问大部分个体只有一个祖先,也有部分个体存在两个祖先的基因组,这可能是在过去存在较少的基因交流导致;LD分析显示,相对于大白猪群体,深县猪和梅山猪的衰减速度较快,梅山猪与深县猪的衰减速度相差不大,两个群体内遗传多样性较为丰富。
  3.深县猪和大白猪的选择信号分析显示,两群体的Fst值大于0.5,通过筛选Fst值(群体分化指数)和θπ(核酸多样性)比值前1%的差异区域,筛选出1509个受选择的位点,并将受选择位点上的基因进行注释。
  4.据受选择的基因注释结果显示,共有19个基因被注释到生物过程、分子功能和细胞组成三个条目上,这些基因中CXCL8、CDl80、AFP、RASSF6、IGFBP7等被证明与免疫疾病有关,DMTF1、wDR5等基因与细胞增殖有关,深县猪生长发育较缓慢,这些基因可能与深县猪较商业品种猪生长速度缓慢有关,CSN2和CSN3被发现是与泌乳有关的基因。
  本研究首次对深县猪的基因组序列进行了分析,探讨了深县猪的遗传进化关系,分析了与大白猪、梅山猪的遗传关系。深县猪群体内遗传丰富度低于梅山猪,但高于大白猪;与两个群体的遗传距离相差不多,在遗传进化时间上基本一致。在与大白猪的选择信号分析中鉴定出了深县猪的选择区域,基因注释后发现深县猪在繁殖、肉质等性状上没有明显的选择性,但在疾病、细胞发育生长发面存在一定的选择性。本研究为理解深县猪的遗传关系留下参考资料,同时也为深县猪遗传改良工作提供方向。
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