鸡喙畸形性状全基因组关联分析及拷贝数变异研究
喙是鸟类重要且特有的采食和饮水器官，起到哺乳动物唇和齿的作用。在家禽生产过程中，喙的健康与其生长状况和生产性能密切相关。本研究团队在北京油鸡的家系选育和扩繁过程中发现了喙畸形（交叉喙，主要表现为上下喙错位、咬合不全、呈交叉状态）的个体。喙畸形鸡生长状况差，产蛋量低甚至不产，死亡率很高，给家禽养殖行业造成了一定的经济损失。据调查，北京油鸡群体中喙畸形发生率可达3％;如清远麻鸡、胡须鸡、丝羽乌骨鸡和文昌鸡等其它鸡种中也有不同程度的喙畸形发生。根据前期喙畸形鸡的个体记录和系谱追溯，喙畸形性状的形成受到遗传因素的影响，但具体遗传机制尚不明确。因此，有必要选择合适的方法筛选与喙畸形性状相关的分子标记、功能基因和通路，最终鉴定并剔除喙畸形/致畸基因携带个体，为揭示喙畸形性状发生的分子机制提供理论基础和科学依据，为其他鸟类及哺乳动物相关遗传疾病研究提供参考。 本研究采用喙畸形公、母鸡进行随机交配，构建喙畸形北京油鸡资源群体，探究喙畸形性状可能的遗传规律，为后续研究工作奠定基础。以资源群体子一代的48只喙畸形和48只正常鸡为试验素材，利用Affymetrix公司设计的鸡600K高密度SNP芯片，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(genome-wide association study,GWAS)及拷贝数变异分析（copy number variation，CNV）。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、喙畸形北京油鸡资源群体构建及子代喙畸形发生率。采用12只喙畸形公鸡先后与24只喙畸形母鸡进行随机交配，总共获得921个子一代个体，其中喙畸形个体数为72个，群体喙畸形率为7.82％（同批次繁育的正常北京油鸡群体喙畸形率为0.66％）;喙畸形鸡的公、母比例约为1∶1;早期（20日龄之前）喙畸形发生率高，占喙畸形个体总数的88.89％。混精配种试验结果显示，后代群体喙畸形率为7.87％，且亲本均为喙畸形的后代喙畸形率更高，约为喙畸形与正常鸡交配后代的1.5-2倍;子一代与亲代回交试验结果显示，当子一代与亲代同为喙畸形个体时，子二代畸形率较高，达到10％左右，约为喙畸形子一代与正常亲代交配的子二代的3倍;交叉喙主要分为下喙左偏和下喙右偏两种类型，两者的比例约为1∶1，下喙平均偏转角度大于20°，上喙角度正常。 2、利用鸡600K高密度SNP芯片对北京油鸡喙畸形性状进行基于单个SNP的GWAS分析。质量控制后，剩余95个个体和429539个SNP，平均标记密度为2.46Kb/SNP。采用ROADTRIP(V1.2)软件针对case-control试验设计进行分析，结果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STMN14个基因可能是鸡喙畸形性状研究的重要候选基因。利用PLINK(V1.07)线性回归和一般线性模型，针对鸡喙偏转方向和偏转角度进行分析。针对偏转方向分析结果显示，无显著和潜在关联位点;针对所有喙畸形和正常鸡喙偏转角度分析结果显示，无显著关联位点，潜在关联位点22个;只针对喙畸形个体，将下喙左偏定为负值，下喙右偏定为正值，作为连续性状进行关联分析，未发现与偏转角度关联的位点。 3、利用鸡600K高密度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。 4、利用鸡600K高密度SNP芯片，应用PennCNV软件对北京油鸡喙畸形性状进行全基因组CNV检测。质量控制后，首先采用LRR(SD)＜0.3的非严格标准筛选。结果显示，喙畸形和正常组中分别检测到33和115个CNV区域(CNVRs)，总长度分别为0.75Mb和11.26Mb。为了获得更准确、高置信以及特异性的CNVRs，采用LRR(SD)＜0.135的严格标准筛选。结果显示，喙畸形和正常组中分别检测到2和8个CNVRs，总长度分别为0.32Mb和2.45Mb。其中，6个CNVRs的检出率在喙畸形和正常组之间差异极显著(P＜0.01)，为各组内特异性的CNVRs，可能是鉴定喙畸形性状的重要候选CNVRs。针对上述10个CNVRs进行qRT-PCR验证，有9个CNVRs与PennCNV软件推测结果一致，验证成功率为90％。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，可能是鸡喙畸形性状研究的重要候选基因。 综上所述，本研究推测喙畸形为多基因控制的复杂性状。通过GWAS和CNV的分析，探讨了喙畸形性状形成的遗传机制，与前期研究结果相结合，鉴定出可能与喙畸形性状相关的重要候选基因和调控通路。
北京油鸡;喙畸形性状;遗传机制;全基因组关联分析;拷贝数变异
中国农业科学院
博士
动物遗传育种与繁殖
陈继兰
2017
中文
S831.2
99
2018-08-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）