【摘要】：由于長期的人工選擇方向和環(huán)境差異使得中西方豬的遺傳背景產(chǎn)生差異,從而造成中西方豬種在生長速度、瘦肉率等經(jīng)濟性狀相關表型上的差異。選擇信號的研究有助于解析這些差異表型背后對應的遺傳機制,同時也是鑒定影響豬經(jīng)濟性狀相關基因的一種有效策略。然而,由于連鎖不平衡造成的選擇信號區(qū)域過大、豬功能基因組注釋不完整等因素的影響,使鑒定影響經(jīng)濟性狀的主效基因與非編碼區(qū)域功能突變非常困難。為了克服這些困難進而鑒定經(jīng)濟性狀相關基因及功能性突變位點,本研究利用了整合組學策略系統(tǒng)的分析并鑒定了豬受人工選擇的基因和功能性突變位點,并解析其分子機制和對經(jīng)濟性狀的影響。本研究主要結(jié)果有:(1)中西方豬種選擇性清掃及人工選擇區(qū)域的定位:利用了 13個中西方豬種的64個個體重測序公共數(shù)據(jù)進行SNP的提取,通過群體遺傳學方法解析其群體結(jié)構(gòu)和進化關系,并利用滑動窗口方式計算Fst,鑒定了 1296個西方豬受選擇基因,169個中國地方豬受選擇基因和1420個在中西方豬種中高度分化的基因。在此基礎上進一步利用選擇信號和分化信號的分布特征,結(jié)合去除起源背景的方法鎖定了 390個西方豬受人工選擇的基因和62個中國地方豬受人工選擇的基因,同時這些基因顯著富集在了生長、體尺、肌肉發(fā)育、免疫系統(tǒng)等表型中。富集結(jié)果與中西方豬種的表型差異密切相關,也驗證了本研究鑒定人工選擇區(qū)域方法的可靠性。(2)在全基因組范圍內(nèi)對等位基因差異表達現(xiàn)象進行鑒定:本實驗室建立了大白x梅山/恩施雜交F1群體,通過單倍型定相(phasing)技術(shù)在胚胎期和成年期38個組織中鑒定了 499個等位基因差異表達基因。單倍型定相結(jié)果顯示,利用中西方豬種F1代雜合子群體策略構(gòu)建的定相單倍型對基因組的覆蓋度高達79%。等位基因差異表達基因分析結(jié)果顯示,等位基因差異表達現(xiàn)象在豬中具有組織特異性,這些具有組織特異性的等位基因差異表達基因與該組織的生物學過程密切相關。同時本研究還發(fā)現(xiàn),西方豬受人工選擇的390基因中有75個同時具有等位基因差異表達現(xiàn)象,例如受到人工選擇并與肥胖相關的CPE基因,在胚胎95天的腦組織中,該基因西方豬單倍型的表達量遠高于中國地方豬單倍型的表達量。(3)豬基因組調(diào)控元件的預測與驗證:通過豬與人基因組共線性分析共鑒定了1.33G同源保守片段,并結(jié)合人類基因組百科全書計劃和ROADMAP表觀遺傳學計劃公布的人類調(diào)控元件圖譜,對這1.33G的同源保守片段進行了注釋。本研究在豬基因組中共預測出82542個潛在調(diào)控元件,其中64%的潛在調(diào)控元件能夠在豬肝臟組織的ChIP-seq數(shù)據(jù)中得到驗證。與人工選擇區(qū)域聯(lián)合分析結(jié)果表明,人工選擇基因附近的中西方豬種極端差異SNP位點相比其他的SNP位點更容易被調(diào)控元件所覆蓋。本研究在人工選擇區(qū)域內(nèi)共發(fā)現(xiàn)了 1 12167個位于調(diào)控元件上的中西方豬種極端差異SNP位點。以上結(jié)果對豬調(diào)控元件進行全基因組水平預測,為進一步鑒定具有功能的SNP位點奠定了基礎,同時也證明了選擇發(fā)生的區(qū)域更傾向于在調(diào)控元件上產(chǎn)生。(4)豬肝臟組織調(diào)控元件鑒定:我們利用公共數(shù)據(jù)對豬肝臟組織的組蛋白ChIP-seq數(shù)據(jù)進行分析,共鑒定了 61570個增強子、14007個活躍啟動子、171 1個超級增強子和1989個寬闊H3K4me3結(jié)構(gòu)域。這為豬肝臟組織相關的分子功能研究提供了豐富的注釋信息和參考資料。研究進一步對調(diào)控元件在物種間保守進行分析,結(jié)果顯示,活躍啟動子在物種間的功能保守比例(77%)顯著高于增強子(30%),而僅序列保守的增強子可在其他組織中扮演增強子的角色(78%),同時也證明了肝臟中超級增強子的調(diào)控在物種間也具有極高的保守性(P1.66e-15)。這些結(jié)果表明,增強子的靜息與激活受到組織和時空特異性限制,同時也證明了調(diào)控元件在物種間具有較高保守性,。(5)人工選擇致因突變的鑒定:我們將豬潛在調(diào)控元件注釋及等位基因差異表達分析結(jié)果與人工選擇基因進行了聯(lián)合分析,并通過Motif序列特征鎖定了 1617個會形成或破壞轉(zhuǎn)錄因子核心MotifF序列的候選位點。在此基礎上進一步通過轉(zhuǎn)錄因子與基因的共表達分析鎖定了 80個候選位點,其中包括了能夠改變MYOD結(jié)合的IGF1R內(nèi)含子GA突變、改變CEBPB結(jié)合的IL1R1內(nèi)含子AT突變和改變JUN結(jié)合的CD36內(nèi)含子TC突變。在F2群體中關聯(lián)分析結(jié)果表明這些位點與日增重、胴體直長、和免疫性狀顯著關聯(lián)。這些位點為揭示表型變化后的遺傳學變化提供了重要參考資料,同時也為分子育種提供了候選標記。(6)IGF1R基因內(nèi)含子G/A人工選擇突變分子機制:IGF1R熒光素酶活性檢測及WB結(jié)果表明IGF1R受MYOD調(diào)控,并且G等位基因會上調(diào)IGF1R活性。凝膠遷移(EMSA)結(jié)果表明,G等位基因與核蛋白的結(jié)合能力顯著高于A等位基因。當G/A等位基因的MYOD結(jié)合位點被敲除后,IGF1R下調(diào)表達。以上結(jié)果證明G/A單倍型通過改變與MYOD的結(jié)合效率來調(diào)控IGF1R基因的表達。本研究提供了針對由鑒定選擇導致的致因突變建立了系統(tǒng)性分析流程,為更好地理解豬的人工選擇提供了新的證據(jù)。此外,非編碼區(qū)的功能注釋和功能突變鑒定將成為豬功能基因組研究提供參考資料。
【圖文】：

－？Ｆｉｇｕｒｅ邋１．邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ邋ｓｗｅｅｐ邋（Ｓｃｈａｆｆｎｅｒ邋ａｎｄ邋Ｓａｂｅｔｉ邋２００８）逡逑過程中，新的有益突變在群體中的頻率上升。圖中展示了選擇前后染色體的多態(tài)性基因以灰色展示，衍生（非祖先）等位基因以藍色顯示，隨著一個新的有益突變出表示），伴隨著選擇的發(fā)生，紅色的等位基因頻率上升，，周圍的連鎖等位基因也會邋ｎａｔｕｒａｌ邋ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，邋ａ邋ｎｅｗ邋ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ邋ｍｕｔａｔｉｏｎ邋ｗｉｌｌ邋ｒｉｓｅ邋ｉｎ邋ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋（ｐｒｅｖａｌｅｎｃｅ）邋ｉｎ邋ａ邋ｐｏｐｕｌａｍａｔｉｃ邋ｓｈｏｗｓ邋ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍ邋ａｌｏｎｇ邋ａ邋ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ，邋ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ｓｅｌｅｃｔｅｄ邋ａｌｌｅｌｅ，邋ｂｅｆｏｒｅ邋ａｎｄ

邐－－Ｃ邋－－－－逡逑Ｃ灥娜ｃ邋嫌逡逑圖１－２．等位基因差異表達常見模式（Ｃａｓｔｅｌ邋ｅｔ邋ａｌ．邋２０１５）逡逑Ｆｉｇｕｒｅｌ－２．邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ａｌ
【學位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S828

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本文編號：2691800