基于群体组学的猪体长性状重要基因鉴定及进化分析

Pig breeds with varied body length were formed during domestication and breed development. The body length is a polygenic complex trait, which is close positive association with the carcass weight and it is one of important target traits in pig breeding. Our preliminary GWAS results suggested that some SNPs on Chromosome 1, 7, 8, 13 and 14 were associated with porcine body length. This study will aim to investigate the important gene and SNPs for body length based on the genome and transcriptome data. Chinese specific miniature pig breed- - -Wuzhishan pig, Chinese Hainan wild boar and commercial Duroc pig breed will be analyzed in our current study. Our strategy is to investigate the expression pattern difference of body length related genes among above mentioned pigs by RNA-seq, at the same time the results from selective sweep among different pig breeds will be combined for narrowing down the potential body length-related genomic regions, which will be re-sequenced for fine mapping of important gene and SNPs related to porcine body length; Finally we will study the molecular genetic character and evolution analysis of identified body length-related gene and SNPs. Above results will help to reveal the molecular mechanism of body length evolution and provide molecular markers for improvement of body length trait in pigs.

驯化和品种培育形成了体长性状各异的猪品种。猪体长是多基因控制的复杂性状，与产肉量具有明显正相关，是猪种改良的重要经济性状之一。申请人前期完成了杜洛克猪体长性状全基因组关联分析，鉴定了染色体1、7、8、13和14上与体长性状显著相关的基因组区段。本项目拟在前期基础上，综合群体组学信息进一步在上述区段精细定位猪体长性状重要基因及SNPs。实验拟选取我国特有小体型海南五指山猪，另以当地海南野猪和商用大体型杜洛克猪为对照，通过RNA-seq对上述猪种进行深度表达谱分析，揭示其转录组差异；同时结合体长差异群体selective sweep分析结果，缩小体长性状相关基因组区段；进一步综合特征群体重测序单倍型数据，从群体基因组和转录组水平精细定位猪体长性状重要基因及SNPs，并进行不同猪种候选基因及SNPs分子遗传特性和进化分析。研究结果将为体长性状变异的分子机制解析及猪体长性状的分子选育提供科学依据。

体长性状是物种进化过程中最重要的数量性状之一，其在物种间以及物种内不同品种间均存在较大差异。已有研究表明体长性状与生物体的生长发育、健康以及疾病等正相关，是一个受多因素作用的综合复杂性状。在农用经济动物中，体长性状与动物的产肉量息息相关，因此一直是家畜养殖业的重要改良性状之一。本研究采用Neogen公司生产的猪80K SNP芯片，选取我国特有的五指山猪作为小体型猪代表，以杜洛克猪为大体型猪代表，从基因组和转录组两个层面对猪体长性状的分子机理进行系统研究。在基因组水平上，课题组采用80K SNP芯片进行关联分析；同时也基于选择信号方法分析了体长性状相关的受选择基因组区域。具体获得以下研究进展：1）GWAS分析共获得2个Bonferroni显著水平的SNP，分别为ALGA0123731（6号染色体27979377bp）和DRGA0000478（1号染色体35443761）；2）选用Fst与XP-CLR方法共筛选到4个受选择区段，其中两个定位于1号染色体，另外两个位于9号染色体；进一步的精细分析发现，上述受选择区域共包含7个功能候选基因，其中3个已有功能注释，分别为NEDD4L、ABCB5与SP8基因。.在转录组水平上，对收集到的胸椎软骨组织进行RNA组的测序分析，并构建了LncRNA、mRNA与miRNA互作网络调控图。采用多组学分析筛选与骨生长相关的功能候选基因，并在细胞水平上探究候选基因GREM1和miRNA（ssc-miR-326）影响骨生长的作用模式。研究表明：GREM1基因的低表达将促进ATDC5细胞的增殖和分化，进而促进脊椎骨节的轴向延伸。ssc-miR-326通过抑制NKX3.2基因的表达，促进了软骨细胞肥大成熟过程，加快脊椎骨节的轴向延伸。上述猪体长性状关键功能基因的筛选鉴定以及基因表达调控模式的清晰阐述，为养猪生产中猪体长性状的选育提供了分子依据，同时也可为人类身高性状的遗传研究提供医学模型。