全基因組關(guān)聯(lián)分析為金陵白鴨選擇和育種提供遺傳參考

文章標(biāo)題：Comparative genome-wide association study on body weight in Chinese native?ducks using four models

發(fā)表期刊：Poultry Science

影響因子：3.8

發(fā)表單位：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，西藏農(nóng)牧學(xué)院等

研究對(duì)象：金陵白鴨

研究方法：全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）

百邁客生物為該研究提供了全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）測(cè)序及部分?jǐn)?shù)據(jù)分析服務(wù)。

研究背景

鴨子為人類消費(fèi)提供肉、蛋、羽毛等產(chǎn)品，中國(guó)是世界上最大的鴨肉消費(fèi)國(guó)。金陵白鴨做為我國(guó)優(yōu)質(zhì)的選育品種，具有優(yōu)良的生長(zhǎng)速度和肉質(zhì)品質(zhì)。從孵化到上市的整個(gè)時(shí)期，鴨子的體重逐漸增加，這一過(guò)程由復(fù)雜的生理和生化機(jī)制調(diào)控，器官和骨骼的發(fā)育是體重增加的關(guān)鍵因素，全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）是許多牲畜和家禽物種研究生長(zhǎng)和發(fā)育的遺傳機(jī)制的常用方法，然而，現(xiàn)有的一些關(guān)于鴨生長(zhǎng)發(fā)育性狀的GWAS研究測(cè)序深度較低，發(fā)現(xiàn)的候選基因很少。

材料方法

 

201只雄鴨全基因組測(cè)序深度為10×；

GWAS分析：表型：出生體重（BWB）、1周體重（BW1）、3周體重（BW3）、5周體重（BW5）和7周體重（BW7）分析模型：FaST-LMM；EMMAX；LMM；LM 閾值線：log10(p)=5如果一個(gè)SNP在2個(gè)或更多的模型中被關(guān)聯(lián)，作者認(rèn)為它是一個(gè)與特定性狀相關(guān)的高可信度SNP。

進(jìn)化分析：進(jìn)化樹(shù)構(gòu)建；群體結(jié)構(gòu)分析；PCA分析；LD衰減分析等

研究結(jié)果

1.金陵白鴨群體體重表型統(tǒng)計(jì)

該研究對(duì)金陵白鴨（n = 201）在不同時(shí)期的體重進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，BWB、BW1、BW3、BW5和BW7的體重均值分別為46.93g、127.19g、697.17g、1182.43g和1,888.52g。生長(zhǎng)曲線結(jié)果顯示：金陵白鴨第3周-第5周生長(zhǎng)最快，第5周后生長(zhǎng)放緩。體重的分散度隨著年齡和體重的增加而增加。相鄰2周的體重之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性，BW3與BW1（r = 0.6）、BW5（r = 0.68）和BW7（r = 0.6）顯著正相關(guān)，BW5與BW7顯著正相關(guān)（r = 0.82）。但隨著時(shí)間間隔的延長(zhǎng)，性狀間的相關(guān)性降低，BW1與BW7的相關(guān)性不顯著（r = 0.21），BWB則與BW3 (r = 0.18)， BW5 (r = 0.058)，BW7 (r = 0.45)均不顯著相關(guān)。

2.金陵白鴨系統(tǒng)發(fā)育、群體遺傳結(jié)構(gòu)解析

雖然該研究只有金陵白鴨一個(gè)種群，但考慮到繁殖過(guò)程中種群分層的潛力，作者進(jìn)行了系統(tǒng)發(fā)育和群體結(jié)構(gòu)分析。系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)和PCA結(jié)果顯示，金陵白鴨可分為5個(gè)種群，群體結(jié)構(gòu)表明，當(dāng)K=6時(shí)分群結(jié)果最佳，金陵白鴨種群具有豐富的遺傳多樣性，總SNPs的平均R2為0.24，當(dāng)R2=0.2，LD的衰減距離約為30kbp。

3.GWAS分析

該研究對(duì)基于測(cè)序產(chǎn)生的2,610.50 Gbp的clean data進(jìn)行分析，Q30為95.55%，樣本與參考基因組平均比對(duì)率為99.59%，平均覆蓋深度為10×，基因組覆蓋度為96.51%。作者利用，797,309,337個(gè)SNPs，4種關(guān)聯(lián)模型進(jìn)行后續(xù)GWAS分析，其中95個(gè)SNP與BWB性狀顯著相關(guān)，這些SNP主要分布在1號(hào)染色體和4號(hào)染色體上。通過(guò)篩選和注釋，共檢測(cè)到5個(gè)相關(guān)的候選基因：PUS7、FBXO11、FOXN2、MSH6、SLC4A4。針對(duì)BW1性狀，作者發(fā)現(xiàn)了101個(gè)與BW1性狀顯著相關(guān)的SNPs，這些SNP主要分布在7號(hào)染色體上，共檢測(cè)到2個(gè)與BW1性狀相關(guān)的候選基因：RAG2和TMEFF2。針對(duì)BW3性狀，作者發(fā)現(xiàn)了112個(gè)顯著SNPs。這些SNP主要分布在1號(hào)染色體和11號(hào)染色體上。通過(guò)篩選和注釋，共檢測(cè)到4個(gè)與BW3性狀相關(guān)的候選基因：?STARD13、Klotho、ZAR1L和TLE3。同時(shí)確定了92個(gè)與BW5性狀相關(guān)SNPs，這些SNP主要分布在1號(hào)染色體和2號(hào)染色體上，通過(guò)注釋STARD13、Klotho和ZAR1L與BW5性狀相關(guān)。此外，作者還鑒定了新的候選基因：KAT2B、KCNH8和SATB1。

BW7性狀與33個(gè)SNP關(guān)聯(lián)，這些SNP主要分布在1號(hào)染色體和2號(hào)染色體上。通過(guò)篩選和注釋，共檢測(cè)到6個(gè)與BW7性狀相關(guān)的候選基因：PLXNC1、ATP1A1、CD58、FRYL、OCIAD1和OCIAD2。在分析的四個(gè)模型的結(jié)果，LM識(shí)別出了更多的顯著位點(diǎn)，曼哈頓圖顯示出更高的峰值。然而，QQ-plot顯示，LM模型中的大部分站點(diǎn)都位于對(duì)角線上方，可能具有較高的假陽(yáng)性。其余3個(gè)模型的結(jié)果均表現(xiàn)出一致性，而QQ-plot的結(jié)果則優(yōu)于LM模型。

研究總結(jié)

金陵白鴨是一種新開(kāi)發(fā)的品種，因其生長(zhǎng)速度快，肉質(zhì)優(yōu)良的特點(diǎn)，使其具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和研究潛力；然而，人們對(duì)其體重性狀的遺傳基礎(chǔ)尚不太清楚。該研究對(duì)201只金陵白公鴨進(jìn)行了全基因組重測(cè)序，并進(jìn)行了群體基因組分析，表明金陵白鴨種群具有豐富的遺傳多樣性。

作者對(duì)出生體重（BWB）、1周體重（BW1）、3周體重（BW3）、5周體重（BW5）和7周體重（BW7）進(jìn)行了全基因組關(guān)聯(lián)分析，4種統(tǒng)計(jì)模型比較研究表明，F(xiàn)aST-LMM表現(xiàn)出最優(yōu)的效率，產(chǎn)生更多的結(jié)果和最小的假陽(yáng)性。

作者發(fā)現(xiàn)，PUS7、FBXO11、FOXN2、MSH6和SLC4A4均與BWB相關(guān)。RAG2和TMEFF2是BW1的候選基因，STARD13、Klotho、ZAR1L可能是BW3和BW5的候選基因。PLXNC1、ATP1A1、CD58、FRYL、OCIAD1和OCIAD2與BW7相關(guān)。這些研究結(jié)果為金陵白鴨的選擇和育種提供了遺傳參考，同時(shí)也加深研究者們對(duì)白鴨生長(zhǎng)發(fā)育表型的認(rèn)識(shí)。