基于GWAS后数据分析的鸡喙畸形性状分子遗传机制研究

Frequencies of 1% to 3% of beak deformity (crossed beaks) were found in various indigenous chickens of China, such as Beijing-You chicken, Qingyuan Partridge chicken, and Huxu chicken. Chickens with deformed beaks have reduced feed intake and growth rate. Therefore, beak deformity represents an economic as well as an animal welfare problem in the poultry industry. However, the teratogenic genes and molecular genetic background of beak deformity are not clear yet. In this study, firstly the candidate genes nearby SNPs which were associated with beak deformity from previous study will be screened and identified combined with biology. Polymorphic loci of the candidate genes will be identified by sequencing and associated with beak deformity traits. Two chicken populations will be used to validate the polymorphic loci and effects. Secondly, the gwas based on pathway analysis will be performed to identify the biology pathway involved in the formation of deformity. The candidate genes and pathway identified from these analysis will reveal the molecular mechanisms of chicken beak deformity. The results will used to rapidly eliminate the chickens with deformed beaks and block the generation of teratogenic genes. Meanwhile, this study has certain reference value for the similar genetic diseases study in other animals including human beings. Therefore, it is both of important scientific significance and economic value.

地方鸡种如北京油鸡、清远麻鸡和胡须鸡等种群中存在喙畸形现象，比例达1-3%，表现为上下喙咬合不全，影响采食和饮水，导致生长缓慢甚至死亡，严重影响鸡的生长、繁殖及动物福利，降低地方鸡的种用价值和生产效益。迄今为止，鸡喙畸形的分子遗传机制尚不明确，致畸基因有待挖掘和剔除。本研究拟针对前期GWAS数据，结合生物学和发育学相关知识，筛选鉴定出显著关联位点附近易感区域内候选基因，并进行多态性位点检测、独立群体验证；同时通过基于生物学通路和网络的关联分析，揭示喙畸形相关生物学通路，结合候选基因结果，揭示喙畸形性状的致畸基因及突变位点。最终目的是开发分子标记，用于通过分子生物学方法快速鉴定并剔除喙畸形/致畸基因携带者个体，提高北京油鸡等地方鸡品种的标准化程度，因此本研究具有重要的实际意义；同时，重要功能基因的发现有助于揭示喙畸形发生的分子遗传机制这一重要科学问题，也为其它鸟类的的喙畸形研究提供参考。

鸡畸形严重危害动物福利，更是给地方品种鸡产业化发展造成经济损失。本研究以利用鸡600K高密度SNP芯片数据，针对喙畸形性状进行基于单个SNP和基于生物学通路的全基因组关联分析及拷贝数变异分析。同时，结合前期转录组和蛋白组研究结果，试图找到影响喙畸形性状的关键SNP、CNV以及重要候选基因和通路。主要研究结果如下：.1、利用鸡600K SNP芯片对北京油鸡喙畸形性状进行基于单个SNP的GWAS分析。检测到与喙畸形性状显著关联的SNP位点1个，位于3号染色体；潜在关联的SNP位点7个，分别位于1、3、5、6、6、10以及23号染色体。针对上述关联位点附近的基因进行功能注释，同时结合前期数字基因表达谱（DGE）研究结果发现，LOC421892、TDRD3、RET和STMN1 4个基因可能是鸡喙畸形性状研究的重要候选基因。.2、利用鸡600K SNP芯片对北京油鸡喙畸形性状进行基于通路的GWAS分析。基于质量控制和信号通路的筛选标准，最终选择149条通路，包含128,072个SNPs，其中12,850个SNPs包含在多个通路内。采用SRT（SNP ratio test）软件进行分析，共发现有6条通路出现显著性关联信号，包括核糖体通路、卵母细胞减数分裂通路、泛酸和辅酶A的生物合成通路、丙酮酸盐代谢通路、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢通路以及钙离子信号调控通路。同时与前期鸡喙组织主要化学成分以及蛋白组学（iTRAQ）研究相结合分析，钙离子信号调控通路可能是鸡喙畸形性状研究的关键调控通路之一。.3、喙畸形和正常组中分别检测到2和8个CNVRs，总长度分别为0.32 Mb和2.45 Mb。喙畸形和正常组的CNVRs无交集，为各组内特异性的CNVRs，可作为鉴定喙畸形性状的重要候选CNVRs。针对CNVRs区域内的基因进行基因注释和富集分析，结果发现，LRIG2基因根据其已知功能及与GWAS研究中发现的重要候选基因RET的相关性，可作为鸡喙畸形性状研究的重要候选基因。同时，抗原加工和提呈通路可作为引起鸡喙畸形发生的关键调控通路之一。.发表相关论文5篇，其中SCI论文4篇（含接收1篇），中文核心期刊论文1篇，提交发明专利申请1项，培养博士研究生1名。