基于重测序研究贵州地方猪种基因组拷贝数变异
拷贝数变异（Copy Number Variation，CNV）是一种存在于个体或群体之间的基因组结构变异，是基因组遗传变异的重要组成部分，主要与一些复杂性状、疾病易感性及进化相关。贵州地方猪具有体型小、生长速度缓慢、瘦肉率低、背膘厚、繁殖力低等缺点，但抗逆性强和肉质细嫩等优势突出，影响这些表型的更深层次的分子机制尚不清楚。因此，本论文采用Read Depth方法对基因组重测序数据进行基因组CNV检测，从基因组水平探索CNV在猪群中的变异规律、CNV对贵州地方猪性状的影响，以及CNV与皱皮香猪皮下脂肪和皮肤皱褶表型的联系。主要研究结果如下： 基于全基因组重测序数据，使用Read Depth方法鉴定了3,814个非冗余的CNVRs，长度变异范围4.36kb至912.80kb，中值21.77kb，覆盖基因组长度121.08Mb，覆盖率5.06%。有1,778个（46.62%）CNVRs与已知CNVR相重叠，2,036个（53.38%）为本研究首次检出，qPCR验证了随机挑选的9个CNVRs真实存在。CNVRs由拷贝数缺失（deletion）和拷贝数重复（duplication）两种变异类型的事件构成，以拷贝数缺失事件占优势。此外，CNVRs在染色体上的分布密度与染色体长度没有直接关系，CNV常发生于富含基因的区域和G+C含量较高的区域。 通过聚类分析和主坐标分析显示，不同猪群之间存在较大的差异，主要与该群体特有CNV有关。欧洲猪特有CNV数量远高于贵州地方猪（欧洲猪：2,582个，贵州地方猪：475个），可能是贵州地方猪和欧洲猪表型差异的主要原因，提示地缘位置较远的群体遗传变异较大。五个贵州地方猪群之间相比，香猪与其它4个猪种之间的差异最为明显。GO和KEGG功能富集分析每个贵州地方猪种特有CNVR重叠的基因，贵州地方猪显著富集于生长、繁殖和免疫相关的信号通路与GO条目。 在贵州地方猪种中，分析鉴定了一批可能会影响相应性状的候选基因，包括MAOB、SMAD1、PLCG2、KIT、MAPK8、PIK3R3、SOX3、NTF4。单胺氧化酶B（MAOB）发生拷贝数重复，可能会促进关岭猪的生长发育；SMAD1基因发生拷贝数缺失可能与萝卜猪生长缓慢有关，磷脂酶C gamma2（PLCG2）对萝卜猪的免疫调节具有重要作用；MAPK8拷贝数缺失，可能通过剂量减少效应下调JNK信号，来影响胚胎干细胞的分化，对黔北黑猪的表型有着重要影响；PIK3R3发生拷贝数缺失时，自身表达下降，不能激活PIK3/AKT信号传导途径，负调控PI3K/Akt信号通路，抑制细胞增殖和促进细胞凋亡，对柯乐猪的生长和免疫起到重要的调控作用；香猪的繁殖力较低可能与SOX3发生拷贝数缺失导致功能丧失有关。NTF4发生拷贝数缺失可能会影响香猪味觉系统的发育。 比较皱皮香猪、正常香猪和2个欧洲猪种的CNVRs，通过KEGG和GO富集分析以及QTL数量性状分析正常香猪和皱皮香猪特有的CNVR重叠基因，初步鉴定了影响皱皮香猪皮肤性状和皮下脂肪性状的基因，包括5个可能与脂肪沉积有关的基因（MPC1、RPS6KA2/RSK3、PECR、PDHB和PGM1），4个可能与皮肤皱褶相关的基因（CCL17、CX3CL1、MID1和ANTXR1）。其中，MPC1和RPS6KA2/RSK3存在于拷贝数缺失事件CNVR_0012中，可能与皮下脂肪沉积降低有关。PECR对16碳脂肪酸具有高亲和力，PECR拷贝数重复变异可能导致正常香猪皮下脂肪的沉积增加。PDHB富集于三羧酸循环（TCA循环）、丙酮酸代谢和糖酵解/糖异生等信号通路，对能量代谢具有重要的调控作用。PDHB过度表达能抑制细胞的生长，在皱皮香猪中未发生拷贝数增加可能是导致皮下脂肪沉积减少的原因。PGM1是广泛存在的一组重要的酶类，缺乏可以导致先天性糖基化障碍（CDG）和糖原贮积病两种不同类型的代谢紊乱，导致身材矮小，PGM1在皱皮香猪中发生拷贝数缺失可能阻碍了皱皮香猪的生长。CX3CL1在系统性硬化症（SSc）患者受影响的皮肤中表达量上调，且可以导致小鼠皮肤胶原蛋白过量、引发皮肤纤维化增生；CCL17基因的表达量在银屑病患者的受损部位皮肤中升高，在急性过敏性接触性皮炎（ACD）患者的表达水平增加90倍，CCL17蛋白增加50倍。CX3CL1和CCL17在皱皮香猪中发生拷贝数重复可能与皱皮的形成有关。ANTXR1基因编码的炭疽毒素受体1是I型跨膜蛋白，与细胞外基质（ECM）成分结合，对皮肤调节有着重要的关系，ANTXR1基因缺失引起纤维化皮肤异常。皱皮香猪发生拷贝数缺失可能导致皮肤皱褶性状发生。 综上，本论文基于基因组重测序技术研究5个贵州地方猪种的基因组拷贝数变异，构建了贵州地方猪种的拷贝数变异图谱，解析了贵州猪种群基因组拷贝数变异规律，获得8个基因的拷贝数变异对贵州地方猪生长繁殖等性状有直接的影响，取得受拷贝数变异调节的9个基因与皱皮香猪皮下脂肪和皮肤皱褶表型有关。
猪;拷贝数变异;基因组重测序;遗传变异;表型特征
贵州大学
硕士
基础兽医学
冉雪琴;王嘉福
2019
中文
S828.2
2019-09-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）