【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(jì)性狀相關(guān)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(yīng)的遺傳機(jī)制,同時(shí)也是鑒定影響豬經(jīng)濟(jì)性狀相關(guān)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(jì)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(jìn)而鑒定經(jīng)濟(jì)性狀相關(guān)基因及功能性突變位點(diǎn),本研究利用了整合組學(xué)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(diǎn),并解析其分子機(jī)制和對經(jīng)濟(jì)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(gè)中西方豬種的64個(gè)個(gè)體重測序公共數(shù)據(jù)進(jìn)行SNP的提取,通過群體遺傳學(xué)方法解析其群體結(jié)構(gòu)和進(jìn)化關(guān)系,并利用滑動(dòng)窗口方式計(jì)算Fst,鑒定了 1296個(gè)西方豬受選擇基因,169個(gè)中國地方豬受選擇基因和1420個(gè)在中西方豬種中高度分化的基因。在此基礎(chǔ)上進(jìn)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(gè)西方豬受人工選擇的基因和62個(gè)中國地方豬受人工選擇的基因,同時(shí)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(guān),也驗(yàn)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(dá)現(xiàn)象進(jìn)行鑒定:本實(shí)驗(yàn)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(gè)組織中鑒定了 499個(gè)等位基因差異表達(dá)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(dá)79%。等位基因差異表達(dá)基因分析結(jié)果顯示,等位基因差異表達(dá)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(dá)基因與該組織的生物學(xué)過程密切相關(guān)。同時(shí)本研究還發(fā)現(xiàn),西方豬受人工選擇的390基因中有75個(gè)同時(shí)具有等位基因差異表達(dá)現(xiàn)象,例如受到人工選擇并與肥胖相關(guān)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(dá)量遠(yuǎn)高于中國地方豬單倍型的表達(dá)量。(3)豬基因組調(diào)控元件的預(yù)測與驗(yàn)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(jì)劃和ROADMAP表觀遺傳學(xué)計(jì)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(jìn)行了注釋。本研究在豬基因組中共預(yù)測出82542個(gè)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(yàn)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(diǎn)相比其他的SNP位點(diǎn)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(gè)位于調(diào)控元件上的中西方豬種極端差異SNP位點(diǎn)。以上結(jié)果對豬調(diào)控元件進(jìn)行全基因組水平預(yù)測,為進(jìn)一步鑒定具有功能的SNP位點(diǎn)奠定了基礎(chǔ),同時(shí)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(jìn)行分析,共鑒定了 61570個(gè)增強(qiáng)子、14007個(gè)活躍啟動(dòng)子、171 1個(gè)超級增強(qiáng)子和1989個(gè)寬闊H3K4me3結(jié)構(gòu)域。這為豬肝臟組織相關(guān)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(jìn)一步對調(diào)控元件在物種間保守進(jìn)行分析,結(jié)果顯示,活躍啟動(dòng)子在物種間的功能保守比例(77%)顯著高于增強(qiáng)子(30%),而僅序列保守的增強(qiáng)子可在其他組織中扮演增強(qiáng)子的角色(78%),同時(shí)也證明了肝臟中超級增強(qiáng)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(qiáng)子的靜息與激活受到組織和時(shí)空特異性限制,同時(shí)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(dá)分析結(jié)果與人工選擇基因進(jìn)行了聯(lián)合分析,并通過Motif序列特征鎖定了 1617個(gè)會(huì)形成或破壞轉(zhuǎn)錄因子核心MotifF序列的候選位點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步通過轉(zhuǎn)錄因子與基因的共表達(dá)分析鎖定了 80個(gè)候選位點(diǎn),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(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明這些位點(diǎn)與日增重、胴體直長、和免疫性狀顯著關(guān)聯(lián)。這些位點(diǎn)為揭示表型變化后的遺傳學(xué)變化提供了重要參考資料,同時(shí)也為分子育種提供了候選標(biāo)記。(6)IGF1R基因內(nèi)含子G/A人工選擇突變分子機(jī)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(huì)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(dāng)G/A等位基因的MYOD結(jié)合位點(diǎn)被敲除后,IGF1R下調(diào)表達(dá)。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(dá)。本研究提供了針對由鑒定選擇導(dǎo)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(lán)色顯示，隨著一個(gè)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(huì)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(dá)常見模式（Ｃａｓｔｅｌ邋ｅｔ邋ａｌ．邋２０１５）逡逑Ｆｉｇｕｒｅｌ－２．邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ａｌ
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S828

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本文編號：2691800