酉州乌羊背黑线性状全基因组关联分析OA

【目的】背黑线性状在哺乳动物中普遍存在,对品种鉴定、遗传育种和生物进化的研究具有重要的意义。通过筛选与酉州乌羊背黑线性状相关联的分子标记及候选基因,揭示该性状的遗传基础,为地方遗传资源的保护与利用提供科学依据。【方法】选取137只健康成年酉州乌羊作为研究对象,根据背黑线性状进行表型分类。静脉采血后提取基因组DNA,进行全基因组重测序(whole-genome resequencing,WGS),获得原始测序数据。数据经质量评估后与山羊参考基因组ARS1(GCF_001704415.1)比对,获取全基因组单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)位点。利用Plink软件对SNP进行严格质控,获得高质量位点后,进行主成分分析(principal component analysis,PCA)与群体结构分析(Admixture),评估群体遗传背景;采用Pair-wise算法估算连锁不平衡(linkage disequilibrium,LD)水平。运用GEMMA软件开展全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS),筛选与背黑线性状显著相关的SNP,设定显著性阈值为7.57×10^(-7),并通过Bedtools对显著位点进行基因注释,挖掘标记位点附近的候选基因。同时,基于VCFtools以50 kb窗口、10 kb步长进行全基因组选择信号扫描,计算群体遗传分化指数(Fst)与核苷酸多样性比值(π-ratio),取二者共同的前5%区域作为受选择区域,注释候选基因并进行KEGG通路富集分析。此外,针对18号染色体(NC_030825.1)上12403900—17000000的关键区域,提取SNP并利用ANNOVAR进行变异注释,分析该区域内基因的变异分布。【结果】表型统计显示,137只酉州乌羊中,60只为有背黑线表型,77只为无背黑线表型。WGS共产生4.04 Tb有效数据,平均有效率为99.31%,Q30为96.48%,平均测序深度为10.49×,质控后共保留13211396个高质量SNP用于后续分析。群体结构分析表明,有背黑线与无背黑线群体未形成明显遗传分化。GWAS研究发现,3个SNP位点与山羊背黑线性状显著相关,其中SNP1和SNP2注释到过氧化物酶体生物合成因子5样基因(peroxisomal biogenesis factor 5 like,PEX5L)内含子上,SNP3注释到遗传抑制元件1基因(genetic suppressor element 1,GSE1)内含子上。卡方检验表明,3个位点的基因型分布在有背黑线与无背黑线群体间存在极显著差异(P<0.001),其中SNP1的GG基因型和SNP2的TT基因型主要存在于有背黑线群体中,SNP3的CC基因型主要存在于无背黑线群体中。选择信号分析发现,共筛选到4373个选择信号区域,注释到1544个候选基因,其中包含PEX5L和GSE1;受选择基因显著富集到18条信号通路(P<0.05),包括cAMP信号通路、间隙连接、粘着连接等。针对18号染色体关键区域的深入分析表明,GSE1变异最为丰富,共检出1277个SNP(外显子18个,内含子1259个),其变异数量显著高于该区域内其他基因。【结论】本研究基于WGS数据,整合GWAS与选择信号分析,筛选出PEX5L和GSE1作为酉州乌羊背黑线性状的关键候选基因,为解析山羊背黑线性状的分子遗传机制提供了理论依据,亦有助于该性状在育种实践中的标记辅助选择及地方品种遗传资源的可持续利用。