欧拉型藏羊高原适应性状的进化基因组学研究

More than half of China's grassland located on Qinghai-Tibet plateau, however it had been lacking fine mutton sheep breed which could adapt to the alpine environment for long times. To shorten the modern Tibetan sheep breeding process, the urgent need to identify genes associated with traits of alpine environment adaption as molecular breeding markers. But so far, only two sheep plateau adaptive genes have been reported, all of which were involved in our group. We plan to perform genomics and population genetic analysis using the re-sequencing data of Oula sheep and its related Tibetan breeds, Ganjia sheep and Minxian black sheep and identify their artificial selection genes by HKA, ROH, Fst test. We will combine the collected re-sequencing data from more than 44 sheep breeds, and compare the above data to find the key mutations and expression changes just in artificial selection regions in Tibetan sheep. In addition, this project will also use the wild argali re-sequencing data to detect if the introgression genes from argali to Oula sheep had been under artificial selection. Finally by analyzing the above selected genes via literature mining and genotype and expression verification in a larger sample of experiments, we will find the candidate genes associated with high-altitude adaptation. This study will lay a foundation for molecular breeding of specialized Tibetan meet sheep breed.

我国一半以上的草场在青藏高原牧区，却一直缺乏适应高寒缺氧环境的高产肉羊品种。为缩短藏羊的现代化育种进程，亟需鉴定藏羊的高原适应性状关联基因作为分子选育标记。但到目前为止，仅有本课题组参与的两个绵羊高原适应性基因被报道。本课题拟以地方良种欧拉型藏系绵羊为重点研究对象，在种内和近缘种间两个尺度进行基因组和转录组水平的群体遗传学分析。首先，获得欧拉羊及藏系高原型甘加羊和山谷型岷县黑裘皮羊的重测序数据，与已经收集到的44个世界绵羊品种的基因组数据进行比较，利用HKA、ROH和Fst等进化检验方法筛选藏羊共有的受人工选择基因；其次，利用本课题组前期测序的青藏高原野盘羊的基因组数据，检测出欧拉羊基因组中源自盘羊的渗入基因；最后，对上述两类鉴定基因进行高原适应性相关功能的文献挖掘，并进行大样本的基因型和表达量实验验证，以获得可信的高原适应性候选基因，为高原专门化肉羊品种的分子选育提供理论依据。

反刍动物是陆地大中型哺乳动物中最成功的一类，广泛适应各种严酷的生态环境，如高原缺氧环境。对反刍动物基因组的解析将对理解反刍物种各种特殊表型和极端环境适应性提供遗传学证据，为动物遗传育种提供宝贵的遗传素材。.本项目对盘羊基因组进行了de novo组装和解析，确定了盘羊与羊亚科其他物种的分歧时间，分析了盘羊基因家族收缩和扩张情况；通过对青藏高原主要类型绵羊——欧拉型、甘加型和岷县黑羊的采样、重测序以及数据分析比较，发现我们所采样的各类藏羊品种的盘羊渗入血统极低(<1%)，并没有发现欧拉羊有显著高的盘羊血统，但最终在绵羊血红蛋白HBB基因鉴定到一个B单倍型，与低氧适应相关；在基因组数据分析过程中，开发了专门在动植物大群体中快速检测基因组拷贝数变异的软件CNVcaller；通过比较不同类型的反刍动物基因组和多达270个绵羊转录组，从遗传学角度首次提出反刍动物的角具有相同的细胞起源—头部神经脊干细胞，为反刍动物角具有单一的进化起源提供了遗传学证据，为无角牛、羊的育种提供了理论基础和关键靶基因。搭建了家养动物基因组数据库，为牛羊等重要家畜的遗传育种提供了一个重要工具；开发了适合中国绵羊品种的高密度SNP芯片，极大的降低了分子育种成本，促进了我国绵羊分子育种工作；开展了肉羊基因编辑育种，利用CRISPR/Cas9技术对3只滩羊MSTN基因进行了基因编辑，并评估了基因编辑的脱靶效应，仅在编辑个体发现了少量的脱靶位点，表明CRISPR/Cas9技术具有较高的安全性。.本项目的相关研究为理解绵羊的低氧适应和高原品种培育、无角牛羊新品种的培育提供了重要的靶基因和遗传素材，并提供了绵羊育种芯片服务于绵羊分子育种工作；开发的CNVcaller软件和家养动物基因组数据库为家养动物遗传变异的鉴定、挖掘和遗传育种工作提供了重要参考，将有力推动相关畜种的品种改良和新品种选育进程。