基于GBS简化基因组测序数据重建麦洼牦牛保种群系谱.pdf
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1、畜牧兽医学报 2 0 2 3,5 4(9):3 7 1 0-3 7 2 1A c t a V e t e r i n a r i a e t Z o o t e c h n i c a S i n i c ad o i:1 0.1 1 8 4 3/j.i s s n.0 3 6 6-6 9 6 4.2 0 2 3.0 9.0 1 2开放科学(资源服务)标识码(O S I D):基于G B S简化基因组测序数据重建麦洼牦牛保种群系谱李在文1,李 响1,李小伟1,李 飙2,江明锋1*(1.西南民族大学畜牧兽医学院,成都 6 1 0 0 4 1;2.四川省龙日种畜场,红原 6 2 4 4 0 1)摘
2、 要:旨在利用简化基因组测序技术(g e n o t y p i n g-b y-s e q u e n c i n g,G B S)构建四川省龙日种畜场的3个麦洼牦牛保种群(全黑群、粉嘴群和弗洛群)系谱,为麦洼牦牛保种选育工作打下基础。本研究从3个保种群选取4 0 6头麦洼牦牛(全黑群2 1 1头、粉嘴群1 4 0头、弗洛群5 5头),采血提取D NA后进行G B S测序,利用获得的S N P对保种群亲缘关系展开研究,并初步构建系谱。结果:G B S测序后获得高质量S N P位点1 2 6 1 2 2个。P C A分析(p r i n c i p a l c o m p o n e n t
3、a n a l y s i s,P C A)表明粉嘴群和全黑群有明显的分化趋势,弗洛群与全黑群、粉嘴群部分个体聚类紧密。本研究共计算出1 6 4 8 3 6个亲缘关系对,依据个体间的亲缘系数,判定出1 3 4个全同胞关系,9 1 2个半同胞关系,1 3 6个疑似亲子关系或全同胞关系,5 2 0个疑似半同胞关系或叔侄关系,2 0 5个疑似半同胞关系或叔侄关系或祖孙关系。结合群体进化树和亲缘关系分析,将保种群划分为1 2个家系(G 1G 1 2)。家系遗传多样性分析结果表明,1 2个家系的观测杂合度(o b s e r v e d h e t e r o z y g o s i t y,H o)为
4、0.2 8 8 90.3 0 5 5,期望杂合度(e x p e c t e d h e t e r o z y g o s i t y,H e)为0.3 0 7 4 0.3 0 7 6,平均H o低于平均H e,表明1 2个家系均存在一定程度的近交,G 8的H o最小,为0.2 8 8 9,其FI S最大,为0.0 6 0 7。本研究利用G B S技术获得的S N P判定了麦洼牦牛保种群的亲属关系,并将保种群划分为1 2个家系,初步完善了保种群的系谱,为后续保种选育方案的实施奠定了基础。关键词:麦洼牦牛;G B S技术;亲缘关系;分子系谱中图分类号:S 8 2 3.8 5 文献标志码:A 文
5、章编号:0 3 6 6-6 9 6 4(2 0 2 3)0 9-3 7 1 0-1 2收稿日期:2 0 2 3-0 2-1 0基金项目:四川省科技计划项目(2 0 2 3 Y F Q 0 0 7 6);四川省重点研发项目(2 0 2 1 Y F N 0 0 0 1);四川省科技计划项目(2 0 2 1 Y F Y Z 0 0 0 1)作者简介:李在文(1 9 9 9-),男,彝族,四川凉山人,硕士生,主要从事分子生物学与生物化学研究,E-m a i l:1 8 3 0 8 2 1 1 2 6 81 6 3.c o m*通信作者:江明锋,主要从事生理基因组学及基因工程研究,E-m a i l:m
6、 i n g f e n g j i a n g v i p.s i n a.c o mT h e P e d i g r e e R e c o n s t r u c t i o n o f t h e M a i w a Y a k P r e s e r v e d P o p u l a t i o n B a s e d o n G B S T e c h n o l o g yL I Z a i w e n1,L I X i a n g1,L I X i a o w e i1,L I B i a o2,J I ANG M i n g f e n g1*(1.C o l l e g
7、 e o f A n i m a l a n d V e t e r i n a r y S c i e n c e s,S o u t h w e s t M i n z u U n i v e r s i t y,C h e n g d u 6 1 0 0 4 1,C h i n a;2.L o n g r i B r e e d i n g F a r m o f S i c h u a n,H o n g y u a n 6 2 4 4 0 1,C h i n a)A b s t r a c t:T h e s t u d y a i m e d t o c o n s t r u c
8、 t t h e p e d i g r e e o f t h r e e p r e s e r v e d p o p u l a t i o n s o f t h e M a i w a y a k s(B l a c k h a i r,P i n k l i p s a n d F u l o)i n L o n g r i b r e e d i n g f a r m,S i c h u a n P r o v i n c e u s i n g g e n o t y-p i n g-b y-s e q u e n c i n g(G B S)t e c h n i q u
9、 e,a n d t o l a y a s o l i d f o u n d a t i o n f o r t h e b r e e d i n g a n d s e l e c t i o n o f t h e M a i w a Y a k.A t o t a l o f 4 0 6 M a i w a y a k s(2 1 1 f r o m t h e B l a c k h a i r g r o u p,1 4 0 f r o m t h e P i n k l i p s g r o u p a n d 5 5 f r o m t h e F u l o g r o
10、 u p)w e r e s e l e c t e d f r o m t h e c o n s e r v e d p o p u l a t i o n s,b l o o d w a s c o l l e c t e d a n d s e q u e n c e d b y G B S,a n d t h e h i g h-q u a l i t y S N P s o b t a i n e d w e r e u s e d t o s t u d y t h e c o e f-f i c i e n t o f k i n s h i p f o r t h e e n
11、 t i r e p o p u l a t i o n a n d c o n s t r u c t i t s p e d i g r e e.T h e r e s u l t s a r e a s f o l l o w s:1 2 6 1 2 2 h i g h-q u a l i t y S N P s w e r e o b t a i n e d a f t e r G B S s e q u e n c i n g a n d q u a l i t y c o n t r o l.P r i n c i p a l 9期李在文等:基于G B S简化基因组测序数据重建麦洼
12、牦牛保种群系谱c o m p o n e n t a n a l y s i s(P C A)s h o w e d t h a t b o t h t h e P i n k l i p s g r o u p a n d t h e B l a c k h a i r g r o u p s h o w e d a c l e a r t r e n d o f g e n e t i c d i f f e r e n t i a t i o n,a n d s o m e i n d i v i d u a l s f r o m F u l o g r o u p c l u s t
13、 e r e d c l o s e l y w i t h t h e B l a c k h a i r g r o u p a n d t h e P i n k l i p s g r o u p.A t o t a l o f 1 6 4 8 3 6 g e n e t i c r e l a t i o n s h i p p a i r s w e r e c a l c u l a t e d i n t h i s s t u d y.B a s e d o n t h e c o e f f i c i e n t s o f k i n s h i p b e t w e
14、 e n i n d i v i d u a l s,1 3 4 f u l l s i b l i n g s,9 1 2 h a l f-s i b l i n g s,1 3 6 s u s p e c t e d p a r e n t-c h i l d r e l a t i o n s h i p s o r f u l l s i b l i n g s,5 2 0 s u s p e c-t e d h a l f-s i b l i n g s o r u n c l e-n e p h e w r e l a t i o n s h i p s,2 0 5 s u p p
15、 o s e d h a l f-s i b l i n g s o r u n c l e-n e p h e w r e l a-t i o n s h i p s o r g r a n d c h i l d r e l a t i o n s h i p s w e r e i d e n t i f i e d.C o m b i n i n g p o p u l a t i o n e v o l u t i o n a r y t r e e a n d k i n s h i p a n a l y s i s,t h e e n t i r e p o p u l a t
16、 i o n c o u l d b e d i v i d e d i n t o 1 2 l i n e a g e s(G 1-G 1 2).T h e g e n e t i c d i v e r s i t y a n a l y s i s o f t h e m s h o w e d t h a t t h e o b s e r v e d h e t e r o z y g o s i t y(H o)w a s 0.2 8 8 9-0.3 0 5 5 a n d t h e e x p e c t e d h e t e r o z y g o s i t y(H e)
17、w a s 0.3 0 7 4-0.3 0 7 6,w i t h t h e a v e r a g e H o l o w e r t h a n t h e a v e r a g e H e,i n d i c a t i n g a c e r t a i n d e g r e e o f i n b r e e d i n g w i t h i n f a m i l i e s,w i t h G 8 h a v i n g t h e s m a l-l e s t H o a t 0.2 8 8 9 a n d i t s FI S t h e l a r g e s t
18、 a t 0.0 6 0 7.I n t h i s s t u d y,S N P s o b t a i n e d b y G B S t e c h-n o l o g y w e r e u s e d t o d e t e r m i n e t h e k i n s h i p o f t h e p r e s e r v e d p o p u l a t i o n,a n d t h e e n t i r e p o p u l a t i o n w a s d i v i d e d i n t o 1 2 f a m i l i e s,w h i c h i
19、 n i t i a l l y i m p r o v e d t h e p e d i g r e e o f t h e p r e s e r v e d p o p u l a t i o n a n d l a i d a s o l i d f o u n d a t i o n f o r i m p l e m e n t a t i o n o f t h e s u b s e q u e n t b r e e d i n g s e l e c t i o n p r o g r a m.K e y w o r d s:M a i w a y a k;G B S t
20、 e c h n o l o g y;k i n s h i p;m o l e c u l a r p e d i g r e e*C o r r e s p o n d i n g a u t h o r:J I ANG M i n g f e n g,E-m a i l:m i n g f e n g j i a n g v i p.s i n a.c o m 麦洼牦牛是乳肉兼用的高原型地方品种1,乳蛋白质含量高,具有稳定的遗传特性,对高寒牧区有着良好的适应性,是我国珍稀的地方遗传资源2。麦洼牦牛是全国2 1个牦牛地方优良品种之一,列入 四川家畜家禽品种志 和 牛品种志1。改革开放后,川
21、西北高原牧区推广草场联产责任承包制极大的促进了牧区经济发展,同时由于包产到户导致麦洼牦牛群体变小,牧户养殖牦牛近交系数上升,麦洼牦牛繁殖性能和生产性能快速下降,最终导致品种退化3。为了对麦洼牦牛进行提纯复壮,四川省龙日种畜场于2 0 0 4年组建了纯黑(毛色纯黑)、粉嘴(毛色纯黑,鼻唇部毛色为白色)和弗洛(出生时毛色为黑,随着年龄增长逐渐变白)3个核心群进行麦洼牦牛保种选育4。育种场拥有准确的系谱对保证育种工作的正常开展、实施保种选育方案具有十分重要的意义5。随着分子生物学技术的快速发展,已有多种方法对系谱不清的选育群体进行系谱重建。各种D NA分子标记技术应用于动植物选育群体的系谱建立,能够
22、快速且准确地构建群体的系谱,有利于更精确的计算育种值、近交系数和亲缘系数等育种参数,使育种工作更加高效6-8。D NA测序技术的快速发展,使获取大量S N P s信息变得更加便宜和便捷9。基因组测序、基因芯片等高通量检测技术在家畜近交系数、亲缘关系及遗传结构等研究中得到了广泛应用1 0-1 2,为家畜的系谱重建、育种和保种奠定了更坚实的基础。2 0 1 1年E l s h i r e等1 3开发了G B S技术,与其他高通量测序技术相比,该技术具有步骤简单、快速、可重复性高和成本低等特点。目前,在群体遗传学、遗传图谱构建和亲缘关系鉴定等领域应用广泛1 4-1 6。受技术及经济条件限制,牦牛选育
23、过程中往往面临系谱不全甚至缺乏的情形,严重影响了牦牛育种进程,导致牦牛缺乏高产优良品种,我国仅有大通牦牛和和阿仕坦牦牛两个培育品种1 7。在麦洼牦牛育种过程中也发现了系谱信息完整度较低,缺少关键亲属关系信息等问题,严重迟滞了牦牛育种计划的制定和执行。本课题组以龙日种畜场的3个麦洼牦 牛 保 种 群 为 研 究 对 象,进 行 简 化 基 因 组 测序1 8,通过获得的S N P s分析3个保种群的亲缘关系及近交程度,并尝试重新构建完整的系谱为后续的保种和育种工作服务。1 材料与方法1.1 试验材料本试验于2 0 2 0年6月在四川省龙日种畜场进行,以 麦 洼 牦 牛 保 种 群 为 研 究 对
24、 象,从 全 黑 群(QH)、粉嘴群(F Z)和弗洛群(F L)3个保种群中随机选取4 0 6头各年龄段的麦洼牦牛(具体数量见表1)。颈外静脉采血,E D T A抗凝,-8 0保存备用。1173畜 牧 兽 医 学 报5 4卷 表1 3个保种群麦洼牦牛数量统计表T a b l e 1 S t a t i s t i c s o f t h e n u m b e r o f M a i w a y a k s i n t h e 3 p r e s e r v e d p o p u l a t i o n s类群 T a x a总数 T o t a l公牛数 N o.o f b u l l s
25、母牛数 N o.o f c o w s种公牛数 N o.o f s t o c k b u l l sQH2 1 15 11 6 05 2F L5 51 24 31 2F Z1 4 03 11 0 98共计 T o t a l4 0 69 43 1 27 21.2 试验方法1.2.1 D NA提取 采用天根生物科技(北京)的血液D NA提取试剂盒,对全部血样进行D NA提取,采用Q u b i t 2.0测定D NA浓度,同时用1%的琼脂糖凝胶电泳检测。1.2.2 文 库 构 建 及 测 序 参 照 文 库 构 建 方法1 9,用M s e I限制性核酸内切酶对检测合格的D NA进行酶切处理,
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