利用全基因组关联分析研究鸡对鸡白痢沙门氏菌的抗性遗传基础

Chicken Pullorum disease is infectious and is caused by salmonella pullorum (SP). Although it is well controlled in some developed countries, SP still made a big lost in most of developing countries including China. Both Pullorum disease purification in chicken parental lines and medication have been widely used for controlling this disease in China. Since the environment for chicken production in China is not very well controlled, SP is still a long-standing issue to date. In order to better understand and control the disease, we will perform genome-wide association study (GWAS) to further unveil the molecular mechanisms for SP resistance in chicken. Two chicken lines, Nongda 3 drawf and Rhode Island Red chicken will be challenged by SP bacterium and the chickens will be divided into three groups according to the reaction of the chickens to the challenge, including susceptible, resistant and tolerant groups. Then, the samples from the three groups will be genotyped by chick 600K SNP chips and association analysis will be persecuted to identify the SNPs related to SP disease resistance. The candidate genes or mutations found by GWAS will be verified by gene expression analysis in various tissues from the chickens attacked by SP. The research will provide more understanding on the mechanism for chicken resistance to SP and also will be supportive for chicken molecular disease resistance breeding technique development.

鸡白痢是一种由鸡白痢沙门氏菌引起的感染性疾病，尤其对雏鸡的危害性极大。目前我国对该病的防治主要是利用种鸡疾病净化和投药两种方式。然而由于我国养殖环境复杂、疾病净化成本较高等因素，该病仍然给我国养鸡业造成极大的损失。为了能够更好的防治该病，本研究以鸡对鸡白痢抗病的分子遗传机制为研究目标，通过将鸡白痢沙门氏菌人工感染“农大3号”矮小鸡、洛岛红蛋鸡品系，并根据感染后鸡是否发病及带菌情况，将其分为“易感组”、“抗性组”和“耐受组”。通过利用现有的鸡600K SNP芯片，对以上三组鸡进行全基因组基因型鉴定，利用生物信息学技术进行全基因组关联分析，进而找到并鉴定与鸡抗鸡白痢沙门氏菌相关的基因和突变，并进一步通过基因表达的手段对候选基因进行验证。该研究对探索鸡对鸡白痢沙门氏菌抗性的分子遗传基础及鸡抗病分子育种技术研究具有重要的意义。

禽沙门氏菌病的发生不仅会给家禽产业造成直接的经济损失，而且禽蛋、禽肉产品中的沙门氏菌还是人类食物中毒的主要原因之一。鸡白痢沙门氏菌对鸡的危害尤其大，其主要造成雏鸡很高的死亡率，并且会降低成年鸡的生产性能。利用动物自身的遗传潜力进行抗病力的选择育种，是未来很有前途的疾病控制策略。为了探究不同品种鸡的SP抗性，我们选择了3个遗传背景不同的鸡进行了细菌的人工感染试验。其中洛岛红鸡是经过高强度选择的商业品种，北京油鸡是非常有特色的中国地方鸡种，矮小鸡是一个通过杂交育种自主培育的蛋鸡品种。通过精心设计试验，我们排除了环境、母源抗体、攻菌剂量等因素的干扰，从而获取尽量客观真实的表型。结果表明，洛岛红、北京油鸡、矮小鸡的死亡率分别为25.1 %、8.3 %、22.7%，相应的脾脏带菌率分别为17.9 %、0.6 % 、15.8%。因此，北京油鸡的SP抗性要显著地高于洛岛红鸡和矮小鸡。结合系谱信息，我们估计了抗病力的遗传力，从而评估遗传效应在抗病表型中发挥的作用。其中SP感染后存活的遗传力在0.1~0.2，带菌状态的遗传力为0.16~0.32，表明抗病力是中低遗传力，具有进一步挖掘其遗传机制以及进行选择育种的可行性。为了揭示SP抗性的遗传基础，我们利用鸡600K高密度基因芯片对表型鉴定准确的个体进行基因分型，然后通过全基因组关联分析（GWAS）寻找与抗病力相关的SNP位点。在排除群体分层和亲缘关系，以及进行多重检验的校正之后，我们在4号染色体上鉴定到一个在全基因组水平与存活显著相关的SNP位点。结合基因表达水平和生物学功能，我们在该位点附近得到了两个候选基因，FBXW7和LRBA。这两个基因在鸡脾脏中的表达量在SP感染后均显著下调。此外，我们鉴定了与带菌状态相关的两个候选基因，即TRAF3和gga-mir-489，这表明存活与带菌两个性状具有不同的遗传基础。为了将这些研究结果应用于实际的育种中，我们针对最显著的抗病位点设计引物，开发SP抗性分子标记选种的方法并申请了相关专利，目前已经在鸡抗病新品种的培育中得到运用。