全基因組關聯(lián)分析為金陵白鴨選擇和育種提供遺傳參考

文章標題：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，西藏農(nóng)牧學院等

研究對象：金陵白鴨

研究方法：全基因組關聯(lián)分析（GWAS）

百邁客生物為該研究提供了全基因組關聯(lián)分析（GWAS）測序及部分數(shù)據(jù)分析服務。

研究背景

鴨子為人類消費提供肉、蛋、羽毛等產(chǎn)品，中國是世界上最大的鴨肉消費國。金陵白鴨做為我國優(yōu)質的選育品種，具有優(yōu)良的生長速度和肉質品質。從孵化到上市的整個時期，鴨子的體重逐漸增加，這一過程由復雜的生理和生化機制調控，器官和骨骼的發(fā)育是體重增加的關鍵因素，全基因組關聯(lián)分析（GWAS）是許多牲畜和家禽物種研究生長和發(fā)育的遺傳機制的常用方法，然而，現(xiàn)有的一些關于鴨生長發(fā)育性狀的GWAS研究測序深度較低，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SNP在2個或更多的模型中被關聯(lián)，作者認為它是一個與特定性狀相關的高可信度SNP。

進化分析：進化樹構建；群體結構分析；PCA分析；LD衰減分析等

研究結果

1.金陵白鴨群體體重表型統(tǒng)計

該研究對金陵白鴨（n = 201）在不同時期的體重進行統(tǒng)計，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。生長曲線結果顯示：金陵白鴨第3周-第5周生長最快，第5周后生長放緩。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的相關性，BW3與BW1（r = 0.6）、BW5（r = 0.68）和BW7（r = 0.6）顯著正相關，BW5與BW7顯著正相關（r = 0.82）。但隨著時間間隔的延長，性狀間的相關性降低，BW1與BW7的相關性不顯著（r = 0.21），BWB則與BW3 (r = 0.18)， BW5 (r = 0.058)，BW7 (r = 0.45)均不顯著相關。

2.金陵白鴨系統(tǒng)發(fā)育、群體遺傳結構解析

雖然該研究只有金陵白鴨一個種群，但考慮到繁殖過程中種群分層的潛力，作者進行了系統(tǒng)發(fā)育和群體結構分析。系統(tǒng)發(fā)育樹和PCA結果顯示，金陵白鴨可分為5個種群，群體結構表明，當K=6時分群結果最佳，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R2=0.2，LD的衰減距離約為30kbp。

3.GWAS分析

該研究對基于測序產(chǎn)生的2,610.50 Gbp的clean data進行分析，Q30為95.55%，樣本與參考基因組平均比對率為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SNPs，4種關聯(lián)模型進行后續(xù)GWAS分析，其中95個SNP與BWB性狀顯著相關，這些SNP主要分布在1號染色體和4號染色體上。通過篩選和注釋，共檢測到5個相關的候選基因：PUS7、FBXO11、FOXN2、MSH6、SLC4A4。針對BW1性狀，作者發(fā)現(xiàn)了101個與BW1性狀顯著相關的SNPs，這些SNP主要分布在7號染色體上，共檢測到2個與BW1性狀相關的候選基因：RAG2和TMEFF2。針對BW3性狀，作者發(fā)現(xiàn)了112個顯著SNPs。這些SNP主要分布在1號染色體和11號染色體上。通過篩選和注釋，共檢測到4個與BW3性狀相關的候選基因：?STARD13、Klotho、ZAR1L和TLE3。同時確定了92個與BW5性狀相關SNPs，這些SNP主要分布在1號染色體和2號染色體上，通過注釋STARD13、Klotho和ZAR1L與BW5性狀相關。此外，作者還鑒定了新的候選基因：KAT2B、KCNH8和SATB1。

BW7性狀與33個SNP關聯(lián)，這些SNP主要分布在1號染色體和2號染色體上。通過篩選和注釋，共檢測到6個與BW7性狀相關的候選基因：PLXNC1、ATP1A1、CD58、FRYL、OCIAD1和OCIAD2。在分析的四個模型的結果，LM識別出了更多的顯著位點，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都位于對角線上方，可能具有較高的假陽性。其余3個模型的結果均表現(xiàn)出一致性，而QQ-plot的結果則優(yōu)于LM模型。

研究總結

金陵白鴨是一種新開發(fā)的品種，因其生長速度快，肉質優(yōu)良的特點，使其具有重要的經(jīng)濟價值和研究潛力；然而，人們對其體重性狀的遺傳基礎尚不太清楚。該研究對201只金陵白公鴨進行了全基因組重測序，并進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）進行了全基因組關聯(lián)分析，4種統(tǒng)計模型比較研究表明，F(xiàn)aST-LMM表現(xiàn)出最優(yōu)的效率，產(chǎn)生更多的結果和最小的假陽性。

作者發(fā)現(xiàn)，PUS7、FBXO11、FOXN2、MSH6和SLC4A4均與BWB相關。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。這些研究結果為金陵白鴨的選擇和育種提供了遺傳參考，同時也加深研究者們對白鴨生長發(fā)育表型的認識。