整合GWAS和eQTL数据挖掘绵羊肉质性状关键基因

Currently, consumers pay more attention to sheep meat quality with the development of their living standard, which ask breeders to cultivate new sheep breeds or strains to meet market demands. A total of 500 weaned Hu lambs are reared to 6 month in the same environment and fed by the same fodder, and thus are slaughtered to measure flesh color, pH value, shear force, drip loss and intramuscular fat, and take samples in this study. The individuals will be genotyped by Illumina Ovine 50K Beadchip and whole genome resequencing method, and the QTL associated with meat quality will be obtained by meta analysis in genome wide association study (GWAS). Subsequently, the GWAS data are combined with RNA-seq data of longissimus dorsi from 100 lambs to do eQTL analyses, which will obtain eQTL related to meat quality. Last, the weighted correlation network analysis (WGCNA) is applied to combine GWAS and eQTL data to identify key genes related to meat quality, and the SNPs in key genes will be validated. This study can overcome the weakness of single GWAS, and can understand how SNPs regulate meat quality. The implement of current project will definitely supply reliable molecular markers and molecular mechanism for genetic improvement of mutton quality, which has scientific significance and practical application value for sheep industry.

随着生活水平的提高，消费者更加重视羊肉的品质，因此肉质的改良将成为肉羊遗传改良面临的重要任务。本研究将在相同的条件下饲养500只湖羊断奶公羔，6月龄屠宰后测定肉色、pH、剪切力、滴水损失、肌内脂肪含量等肉质性状指标。利用500只羊50K基因芯片和100只羊全基因组重测序数据构建极高密度SNPs，采用meta的方法与肉质性状进行GWAS，获得与肉质性状相关的候选QTL，同时结合100只羊背最长肌RNA-seq数据进行eQTL分析，初步揭示SNPs如何调控候选基因的表达。随后结合GWAS和eQTL结果进行权重共表达网络分析，筛选出与绵羊肉质性状相关的核心候选基因，并对相关候选基因的SNP效应进行验证。本研究可克服单一组学挖掘候选基因面临较高假阳性以及不能解释肉质遗传调控机理的问题，将为绵羊肉质遗传改良提供可靠的分子标记，并解析肉质调控分子机制，具有重要的科学和生产意义。

随着生活水平的提高，人们消费观念从量转变为质，更强调羊肉的品质，因此培育肉质优良的肉羊新品种（系）以满足市场需要，将成为肉羊遗传育种研究领域面临的一个重要任务。本项目构建了2075只具有完整系谱记录的湖羊基因组选择参考群体，测定了13个肉质性状的表型数据并进行分析，构建了国内目前最大数据量的湖羊肉质性状表型数据库。研究发现各肉质性状具有较大的变异系数，遗传力在0.08-0.54，其中肌内脂肪含量与研究大多数肉质性状具有较强的遗传相关，选择增加肌内脂肪含量可以降低肉的pH值，改善肉色和肉的嫩度。研究说明肌内脂肪含量是肉质的一个核心性状，需要在制定育种方案中给予重点关注。利用全基因组关联分析的方法对13个湖羊肉质性状进行了系统分析，鉴定到DCLK1基因与肌内脂肪含量显著相关。基因型与湖羊肉质性状关联分析结果显示其同时对肌内脂肪含量、失水率、pH45min、L*45min、a*45min和L*24h有显著影响，证明DCLK1基因为影响湖羊肉质性状的重要候选基因，可用于肉质性状早期选育，可为培育优质高产的绵羊新品系提供了可靠的分子辅助选择标记。项目通过分析绵羊肌肉和肝脏的三种分子表型，发现外显子表达量的遗传力最高。不同组织和不同类型的eQTL之间显著重叠；表明不同组织和不同类型eQTL之间能够提供部分相同的遗传信息。eQTL显著富集在肉用性状GWAS显著的多效性基因组区域和脂肪酸GWAS显著的基因组区域；表明SNP可能调控转录水平的分子表型进而调控绵羊的肉用性状，比如在肝脏和肌肉中均发现有sQTL锚定CAST基因，该基因在之前的GWAS研究中发现是一个与肉嫩度相关的候选基因。肌肉中的分子表型所能解释的表型变异高于肝脏中的分子表型；分子表型与41个肉用性状关联分析筛选到许多与肉用性状显著关联的分子表型，如，肝脏中基因GYS2的丰度与RCR2显著相关。BayesR、BayesRC方法基因组选择的准确性比GBLUP方法高。整合GWAS和eQTL的先验信息能够提高绵羊肉用性状基因组的准确性。研究结果为肉质的调控和基因组选择提供科学依据。