ROH及其在绵羊遗传育种中的应用研究进展.pdf

中国畜牧兽医 ,():C h i n aA n i m a lH u s b a n d r y&V e t e r i n a r yM e d i c i n eR O H及其在绵羊遗传育种中的应用研究进展孙丽侠,卢曾奎,袁超,张丹,刘建斌,(中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所,农业农村部青藏高原畜禽遗传育种重点实验室,兰州 ;中国农业科学院羊育种工程技术研究中心,兰州 )摘要:连续性纯合片段(r u n so fh o m o z y g o s i t y,R OH)是基因组中的一段长纯合片段,不同长度的R OH和个体与共同祖先的亲缘背景相关联,亲缘关系越远R OH片段越短.在近交过程中,随着世代数的增加,子代个体从共同祖先遗传得到的R OH会被不断地打断重排.在整个遗传信息传递过程中,可以根据R OH的长短来判断个体间亲缘关系的亲近程度.R OH受种群近交、种群瓶颈、基因组特征、人工选择等多种因素的制约,这些制约因素会在其基因组上留下各种印记.R OH中有丰富的遗传信息,促使R OH成为研究绵羊基因组信息的新手段.近年来,随着高通量测序技术的发展,研究人员利用基因组R OH来评估近交程度和遗传多样性、推断种群结构和种群历史、筛选和鉴定重要经济性状功能基因,进行个体选择并追踪选择信号.因此,笔者就R OH产生原理、影响因素、检测方法及其在绵羊遗传育种中的应用等方面进行综述,以期能准确制定绵羊种质资源保护策略,为R OH在绵羊遗传育种中的应用提供理论依据.关键词:连续性纯合片段(R OH);绵羊;遗传育种中图分类号:S 文献标识码:AD o i:/j c n k i 开放科学(资源服务)标识码(O S I D):收稿日期:基金项目:国家重点研发计划课题(Y F D );西藏自治区科学技术厅重大科技专项(X Z Z D N);绒毛用羊产业技术体系育种技术与方法专项(C A R S );中国农业科学院创新工程(L Z I H P S )联系方式:孙丽侠,E m a i l:c a a s c n.通信作者刘建斌,E m a i l:l i u j i a n b i n c a a s c nR e s e a r c hP r o g r e s so fR O Ha n dI t sA p p l i c a t i o n i nS h e e pG e n e t i cB r e e d i n gS UNL i x i a,L UZ e n g k u i,YUANC h a o,Z HANGD a n,L I UJ i a n b i n,(K e yL a b o r a t o r yo fA n i m a lG e n e t i c sa n dB r e e d i n go nT i b e t a nP l a t e a u,M i n i s t r yo fA g r i c u l t u r e a n dR u r a lA f f a i r s,L a n z h o uI n s t i t u t eo fH u s b a n d r ya n dP h a r m a c e u t i c a lS c i e n c e s o fC h i n e s eA c a d e m yo fA g r i c u l t u r a lS c i e n c e s,L a n z h o u ,C h i n a;S h e e pB r e e d i n gE n g i n e e r i n gT e c h n o l o g yR e s e a r c hC e n t e ro fC h i n e s eA c a d e m yo fA g r i c u l t u r a lS c i e n c e s,L a n z h o u ,C h i n a)A b s t r a c t:R u n so fh o m o z y g o s i t y(R OH)i sa l o n gh o m o z y g o s i t ys e g m e n t i nt h eg e n o m e R OHo fd i f f e r e n tl e n g t h sa n di n d i v i d u a l sa r ea s s o c i a t e d w i t ht h eg e n e t i c b a c k g r o u n d o fac o mm o na n c e s t o r,a n dt h e f a r t h e ro fg e n e t i c r e l a t i o n s h i ph a s t h es h o r t e rR OHf r a g m e n t I nt h ep r o c e s so fi n b r e e d i n g,w i t ht h e i n c r e a s eo f t h en u m b e ro fg e n e r a t i o n s,t h eR OHi n h e r i t e df r o mt h ec o mm o na n c e s t o ro f t h eo f f s p r i n g i n d i v i d u a l sw i l l b e c o n s t a n t l y i n t e r r u p t e da n d r e a r r a n g e d R OHi s s u b j e c tt o a v a r i e t y o f f a c t o r s s u c h a s p o p u l a t i o n i n b r e e d i n g,p o p u l a t i o n b o t t l e n e c k,g e n o m i cc h a r a c t e r i s t i c sa n da r t i f i c i a l s e l e c t i o n,e t c,w h i c hw i l l l e a v ev a r i o u s i m p r i n t so n i t sg e n o m e T h e r ei sa b u n d a n tg e n e t i ci n f o r m a t i o ni nR OHf r a g m e n t s,w h i c he q u i pan e wt o o lf o rs t u d y i n gs h e e pg e n o m ei n f o r m a t i o n I n r e c e n ty e a r s,w i t h t h e d e v e l o p m e n to fh i g h t h r o u g h p u ts e q u e n c i n gt e c h n o l o g y,r e s e a r c h e r su s eg e n o m eR OHt oa s s e s s i n b r e e d i n gd e g r e e sa n dp o p u l a t i o nd i v e r s i t y,i n f e rp o p u l a t i o ns t r u c t u r ea n dh i s t o r y,s c r e e na n di d e n t i f yi m p o r t a n te c o n o m i ct r a i tg e n e s,a n d期孙丽侠等:R OH及其在绵羊遗传育种中的应用研究进展c a r r yo u ti n d i v i d u a ls e l e c t i o nt r a c ks e l e c t i o ns i g n a l s T h e r e f o r e,t h ea u t h o rs u mm a r i z e dt h eg e n e r a t i o np r i n c i p l e,i n f l u e n c i n gf a c t o r s,d e t e c t i o nm e t h o d sa n dt h ea p p l i c a t i o no fR OHi ns h e e pg e n e t i cb r e e d i n g,s oa st oa c c u r a t e l yf o r m u l a t et h ep r o t e c t i o ns t r a t e g yo fs h e e p g e r m p l a s mr e s o u r c e sa n dp r o v i d e t h e o r e t i c a lb a s i s f o r t h ea p p l i c a t i o no fR OHi ns h e e pg e n e t i cb r e e d i n g K e yw o r d s:r u n so fh o m o z y g o s i t y(R OH);s h e e p;g e n e t i cb r e e d i n g 年B r o m a n等利用人类多态性研究中心(C E P H)的个参考家族研究发现了人类染色体的连续性纯合片段(r u n so fh o m o z y g o s i t y,R OH),并推测其对人类健康有着重要影响.自此,研究人员逐渐关注R OH的研究,并在 年发现了其用于评估遗传近交的潜力.年R u t h等确定了FR OH值评估近交程度的可靠性.此后关于R OH在家畜育种中的研究逐渐开始,年首次在牛基因组育种中利用R OH对种群历史及个体亲缘关系展开研究.随后猪、马、羊等各类家畜中关于R OH的研究也逐渐深入.另外,随着S N P芯片和测序技术的高速发展和应用,对R OH的研究也愈发精准,研究人员发现畜禽的R OH可以用于评估近交程度和种群多样性 、推断种群历史、进行个体选择并追踪人工选择信号,挖掘和鉴定重要经济性状功能基因,等,在家畜遗传育种研究中发挥重要作用.作者就R OH的产生原理、影响因素、检测及其在绵羊遗传育种中的应用以及当前绵羊基因组R OH研究过程中遇到的问题和未来R OH研究中的发展方向等进行综述,以期为绵羊育种实践中育种方案的调整和创建提供理论依据,为绵羊遗传育种产业发展提供新思路.R O H产生原理R OH是基因组中出现的连续性纯合片段,一般指同源染色体上等位基因位点序列相同的连续片段,遗传来源于双亲.有着共同祖先的个体结合时会将从共同祖先获得的相同序列的等位基因片段(i d e n t i c a lb yd e c e n t,I B D)遗 传 给 后 代 从 而 形 成R OH(图).除此之外,R OH可以由一对同源的等位基因发生转换而产生.不同长度的R OH和个体与共同祖先的亲缘背景相关联,亲缘关系越远R OH片段越短.在近交过程中,随着世代数的增加,子代个体从共同祖先遗传获得的R OH会被不断的打断重排,在整个遗传信息传递过程中,可以根据R OH的长短来判断个体间亲缘关系的远近程度.空心柱表示外来基因;实心柱表示从共同祖先获得的R OHH o l l o w c o l u m n r e p r e s e n t s f o r e i g n g e n e;S o l i d c o l u m nr e p r e s e n t s t h eR OHo b t a i n e df r o mac o mm o na n c e s t o r图R O H产生原理图F i g S c h e m a t i co fR O Hg e n e r a t i o nR O H产生的影响因素R OH产生受多种因素的影响,近亲繁殖、种群瓶颈、基因组特征、人工选择等都会影响子代产生R OH.具有共同祖先个体的随机交配会使从祖先获得遗传的I B D片段重新组合,使子一代得到的I B D片段发生变化,并随世代传递形成R OH.近交亲代亲缘关系的远近直接影响R OH的产生和大小,较远世代的基因交流产生的基因组R OH片段相较于亲缘关系近的世代更短.由此,R OH在基因组的大小和位置与重组的发生以及重组率有直接关系.种群瓶颈的发生会改变R OH的发生概率,在世代交替过程中,因为某些原因导致种群基因库发生变化,种群内的个体急剧减少,种群特异性发生变化,基因频率也发生变化,甚至会出现某些等位基因完全消失或者某些等位基因固定的现象.表现出种群瓶颈效应的种群近交程度都会增高,表现为短R OH片段高频出现,但是在较小种群中高度近交会使有害等位基因高表达从而增加育种风险.不同种群中个体的基因组特征各不相同,基因序列排序、碱基比例、密码子偏好性等均不同,其中密码子偏好性会影响基因组表达水平和蛋白质结构,从而影响个体表中国畜牧兽医 卷型,同时密码子偏好性也受选择压力的影响.基因组特定区域维持稳定能力的差异导致该位置纯合性片段长短的不同,G C偏好导致的基因组G C含量升高会间接影响基因组重组率和交叉互换发生率,从而使基因组特定区域维稳能力下降,进而在后续的随机交配过程中影响R OH长度.在高度选择压力下,产生纯合子等位基因,导致基因组纯合性增加,基因组多样性降低,由于选择牵连效应与选择位点相关联中性位点的多样性也会随之降低,相关联中性位点的数量与基因组重组率成反比,连锁位点数量越多重组率越低,种群基因组R OH长短和分布也会发生变化,选择导致R OH岛屿形成,岛屿内有丰富的选择特征.养殖管理人员在对经济性状进行选育过程中使控制相关性状的基因逐渐固定下来,也会逐渐减少甚至消除有害等位基因.R O H检测 R O H检测方法R OH检测方法主要有两种:一是观察基因型计数法,采用连续性检测或窗口滑动检测的方法在软件中进行检测计数.该方法主要依赖于窗口扫描并通过改变R OH中单核苷酸多态性(S N P)最低密度、滑动窗口大小、窗口阈值、R OH中S N P最大间隙、窗口允许丢失的最多基因数目等参数,在染色体上移动固定的范围扫描基因组序列并检测该序列中的R OH.常 见 的 检 测 软 件 或 程 序 包 主 要 有P L I NK、S V S、G E RML I N E、d e t e c t RUN S(R包)等 ;二是基于模型分析检测R OH法,主要采用隐马尔可夫模型(h i d d e nM a r k o vm o d e l,HMM)和似然法(l i k e l i h o o d b a s e da p p r o a c h)等来检测基因组中的纯合子和杂合子区域.基于模型分析检测的方法灵敏度更高,能更全面的获得基因频率和重组率等基因组参数,但检测结果较常规检测值高,主要原因是其对R OH的长度等并没有严格的约束.在R OH检测过程中,往往最近世 代近交产生 的R OH容易检测出,而遥远世代近交产生的R OH较难检测.鉴于上述不足,年R i n g b a u e r等 进行了借助参考数据库的单倍型信息利用HMM来检测R OH的研究,基因组覆盖率提高 倍,为R OH片段c M的D NA序列提供了新的检测方法,使R OH的结果更高效,进而更精准地反映种群中基因交流情况.基于模型分析检测R OH常用的检测软件主要有B E AG L E、GA R L I C、R Z o o R OH、h a p R OH、H M 等 .影响R O H检测准确性的因素当前鲜有研究去评估不同参数设置对R OH检出率的影响,但是不同的参数设置对结果会产生较大影响,并在一定程度上影响R OH检出率,甚至这种影响会延伸到基于R OH的二次分析中 .目前常用的核心检测方法是观察基因型计数法,使用较多的是P L I NK软件.H o w r i g a n等 研究证实最佳阈值内P L I NK软件在检测R OH时回归率估计值远胜于G E RML I N E、B E AG L E软件.但在参数的设置时并没有统一的量化标准,默认值并不能完全适用于所有密度的S N P数列矩阵,R OH长度的最小值应与S N P密度相协调,既使对于次等位基因频率(m i n o ra l l e l ef r e q u e n c y,MA F)和连锁不平衡(l i n k a g ed i s e q u i l i b r i u m,L D)轻 微 修 剪 也 会 对R OH检测结果产生影响.有研究发现,在分析前对MA F和L D进行适度的修剪可以提高检测准确性,但R i n g b a u e r等 在进一步的研究后发现,虽然修剪MA F和L D可以提高R OH检测准确性,但这种方法并没有考虑扫描窗口、最大间隙等因素.扫描窗口的大小、最大间隙和阈值增大会导致最终计算的FR OH数值减小,且短的R OH片段会被漏检.在对中密度基因型的R OH分析之前,无论在任何方法和模型下对MA F和L D修剪都会影响R OH检测结 果 准 确 性,应 跳 过 修 剪 步 骤.除 此 之 外,P L I NK默认的 k b/S N P通常并不适用,在实际检测过程中应在尽量减少最大间隙的同时做到基因组覆盖率最大化,提高R OH检测精准率.随着测序技术的进步以及软件和算法进一步完善,模型分析检测R OH将能更好地应用于实践.R O H在绵羊遗传育种中的应用 利用R O H评估近交在绵羊育种过程中,近交会导致有害基因纯合子的概率增大,降低适应性,严重的甚至会影响绵羊寿命,.利用绵羊近交信息,设计并调整育种策略是绵羊遗传育种研究过程中的重要环节.评估近亲繁育的一个关键参数就是近交系数(F)的计算,当前对近交系数的计算主要有两种,基于系谱记录的近交系数和基于基因组计算的近交系数.年W r i g h t 首次提出了利用系谱计算近交系数(FP E D)的方法,计算公式如下:FP E DN(FA)式中,N表示子代到共同祖先通径链条数;FA期孙丽侠等:R OH及其在绵羊遗传育种中的应用研究进展表示共同祖先近交系数.在家畜实际生产过程中基于系谱计算近交系数仍存在诸多不足,一方面收集到的系谱完整性欠佳,由于系谱记录不全导致的错误率不可避免.在家畜育种进程中,奶牛的育种工作相较于其他家畜来讲更为成熟,其对于系谱的记录也更为完整.即使如此,世界范围内关于奶牛系谱记录的错误率仍高达 .其他家畜的系谱记录如羊、猪等面临的问题更严重,系谱的完整性、准确性都严重制约着遗传估计的准确性;另一方面,基于系谱的近交系数计算是一种概率估计,误差与世代数呈正相关,随近交代数增加而增大,这使遗传估计的数值偏离准确值.除此之外,基于系谱计算家畜近交系数时,往往默认最原始共同祖先基因交流近交系数为零,这导致计算出的数值低于实际值.目前实际育种生产中普遍认为通过基因组计算出来的近交系数更真实,研究表明,基于系谱和基因组计算近交系数的不同是因为共同祖先世代数的不同导致的,系谱信息不全导致的计算过程中对共同祖先 世 代 数 的 误 判,进 而 影 响 近 交 系 数 的 准 确性 .基于基因组计算近交系数的方法:基于联合配子间相关性的近交系数(FUN I)计算公式 如下:FUN Ixi(pi)xipihi(公式)式中:pi,等位基因频率;xi,第i个S N P参考等位基因的拷贝数;hi p i(p i).公式、同.基于 纯 合 基 因 型 的 近 交 系 数(FHOM)计 算 公式 如下:FHOM(O(HOM)E(HOM)(E(HOM)xi(xi)hi(公式)式中:O,观测到的纯合子数目;E,预期的纯合子数目.基于基因组关系G矩阵的近交系数(FG RM)计算公式 如下:FG RMxiE(xi)hi(xipi)hi(公式)基于R OH的近交系数(FR OH)公式如下:FR OHLR OHLAU T O式中:LR OH,基因组中R OH的长度;LAUT O,常染色体总长度.自F e r e n c a k o v i c等 首次利用R OH来评估近交 以 来,该 方 法 在 猪、马、牛 、羊、鸡 等畜禽育种中得到广泛应用.P e r p o l l i等 利用 基 因 组 信 息 计 算 几 种 近 交 系 数 发 现,FP E DFR OH、FG RM FR OH呈低相关性,FHOM FR OH呈中高度相关性,FP E D FR OH呈低相关性是因为谱系的不完整导致的结果,也说明FP E D不适合去评估世代数较远的近交.而FG RM FR OH相关性较低则是因为具有不同等位基因频率的种群,产生的I B D会有差异从而影响了结果的准确性.FHOM FR OH呈中高度相关直接表明R OH是I B D片段的准确性估计.因此利用R OH进行评估畜禽的近交更准确,既可以不受系谱完整性的制约,也可以精准的反应I B D情况,对更远世代近交评估能够反应个体真实的近交水平,为今后畜禽育种过程中选种选配方案的制订提供理论依据.L i u等 在评估中国地方绵羊品种中发现R OH的长短分布各有差异,其中大尾寒羊R OH片段更长,平均R OH片段长度最长、平均R OH片段数目最多,FR OH值最高可达 ,充分说明大尾寒羊较近的近交事件发生较频繁,并推断这与大尾寒羊品种保护过程中个体交配不受控有关.而呼伦贝尔羊平均R OH片段长度短、数目少,FR OH值最低,仅为 ,推测是草原交配系统和模式控制有效地降低了近交繁育系数.R OH分析结果真实地反映了绵羊种群之间的近亲繁育和基因交流情况.推断种群结构和群体历史在绵羊种群进化和品种形成过程中,由于选择压力、有效种群数量、交配模式等差异导致种群基因组中R OH大小、位置、组成比例和R OH片段中S N P数量等不同,S z m a t o l a等 研究发现不同的生产模式和选择压力对基因组结构有明显的影响甚至会导致遗传多样性和R OH频率降低.因此,可以根据种群基因组中R OH片段深入研究种群发生的遗传事件.D z o m b a等 对南非绵羊R OH研究表明,R OH在不同南非绵羊种群之间分布模式各有 不 同,R OH在 绵 羊 品 种N g u n i、B l a c k h e a dP e r s i a n、N a m a q u aA f r i k a n e r、S w a k a r a中发生频率较高,主要被归因于这些种群是特定的地理环境和生产模式下的小型种群.南非商业品种A f r i n o和M e a t m a s t e r由于经历过种群瓶颈,在基因组中表现为短R OH高频发生.同时观察到 个分布不同的R OH岛,这些R OH岛有的涉及多个种群,有的仅是某个种群特有的,推断这些R OH岛的发生是由于对种群密集选择导致的.在这些南非绵羊基因中国畜牧兽医 卷组中观察到的R OH分布模式和频率与种群形成历史和选择压力相一致.G r a n e r o等 利用基因组R OH片段分析不同品系的西班牙美利奴羊的群体结构和种群历史发现,品系间基因组数据分析中即使是同一品种各品系之间也存在遗传差异,对R OH在基因组水平上的分布和近亲繁殖模式进行种群差异性分析,揭示了西班牙美利奴羊在封闭育种模式条件下的品种起源和形成过程中的种群遗传变异特性.R O H与选择R OH的出现并非偶然,是选择造成的.在绵羊繁育 过 程 中 对 绵 羊 的 体 型、皮 毛、肉 品质、产奶性能 等一系列性状进行选种选配,并针对性地进行新品种(系)培育,很多专门化的绵羊品种便由此产生,这个选择过程也影响着绵羊基因组中R OH片段的分布模式.近年来,研究人员利用绵羊基因组R OH进行重要经济性状功能基因筛选、鉴定、基因组选择及选择信号追踪等.R OH与功能基因筛选鉴定在绵羊生产过程中,个体获得共同祖先的R OH在不断的近交和选择过程中形成R OH岛,其形成和选择有相关性,其中包含丰富的遗传信息,R OH内会有一些重要的功能基因聚集.R OH在绵羊基因组功能基因筛选 和 鉴 定 研 究 中 涉 及 生 长、发 育、繁殖、免疫、疾病,等各方面.D z o m b a等 分析南非绵羊基因组区域时发现,R OH分布在染色体内部和染色体之间具有较大差异,号染色体上与绵羊角相关的RX F P基因与代谢途径相关的C Y R L基因具有高度遗传性,易在基因组中形成R OH.T a o等 在绵羊产羔数相关功能基因筛选和鉴定过程中发现,湖羊有个与产羔数相关的纯合子区域,并在这些区域鉴定到调节卵母细胞相关基 因(NG F、AK T、S Y C P)、受 精 相 关 基 因(S P AG 、MO R C、T D R D、Z F YV E 、A D G R B、C K B)、胚胎植入相关基因(P P P R B、I N F)、发育相关基因(D P P A、D P P A)和生殖健康相关基因(N R G、B AG)等.除此之外,近交也会使岛内隐性纯合子生成概率增加,一些与疾病相关的基因也会在此聚集.M a s t r a n g e l o 等对全基因组R OH扫描挖掘与绵羊局部适应性相关潜在候选基因分析时,在绵羊号染色体(OA R)中鉴定出个与绵羊朊蛋白沉 积相 关 的 基 因C L T A和GNE,并 在OA R 上 筛 选 出 与 分 子 钟 组 成 相 关 的 基 因NP A S,该基因参与与代谢、免疫、内分泌、体温等多个相关生理过程的调节;与脂肪酸、脂肪、能量代谢相关的基因ANKR D、A C O X L;与血管收缩、血压调节相关的基因AD R AB、P P C L;与免疫相关的基因L Y G、L Y G,这个基因均编码抗菌酶,在动物先天免疫中发挥作用.在OA R 上筛选出与代谢相关的基因S E R P I NF、S E R P I NF.在OA R 上筛选出编码T G F 家族下游受体细胞内信号传感器相关基因SMAD、SMAD及内皮脂肪酶基因L I P G,L I P G可在胆固醇逆向运输通路中发挥作用,可维持脂质的表型和稳态.除此之外,一些与疾病相关的基因也在R OH热点区域被筛选出来,如 子 宫 内 膜 异 位 症 相 关 基 因B A G、C KB、X R C C,卵巢癌相关基因NR G,乳腺炎调节相关的基因P TKB,调节感觉、运动神经元和中枢疾病相关基因DP Y S L等,.绵羊R OH与基因组选择家畜育种过程实现了由表型值选择(p h e n o t y p es e l e c t i o n,P S)到分子标记辅助选择(m a r k e ra s s i s t e ds e l e c t i o n,MA S)的发展.最初的选择方法主要依据育种标准对多个个体的表型值进行比较,择优入选,或者结合系谱利用最佳线性无偏预测(b e s tl i n e a ru n b i a s e dp r e d i c t i o n,B L U P)等方法进行选择.P S明显的弊端就是不能进行个体早期遗传评估选择,在实际生产过程中会导致资源的浪费.MA S技术依托表型值和部分基因信息进行遗传评估,但受限于分子标记数目,只能对性状有显著效应的部分基因位点和控制部分性状的主效数量性状基因位点的个体进行标记辅助选择,对于微效多基因控制的其他性状则没有办法进行选择.但随着高通量测序技术不断更新,使得覆盖全基因组的分子标记成为可能.基因组选择可以不依赖于表型信息就可以对全基因组的基因信息进行覆盖并进行遗传评估,这极大地缩短了育种年限并降低育种成本.为挖掘C h i o s绵羊气候变化相关的新型适应性性状,T s a r t s i a n i d o u等 通过全基因组测序检测C h i o s绵羊基因组中R OH和连续性杂合片段(r u n so fh e t e r o z y g o s i t y,R OH e t),发现其基因组中有多个高度纯合和杂合的热点区域.通过进一步分析发现,C h i o s绵羊 号染色体上的一段R OH区域包含一些与适应恶劣条件相关的基因,并在号染色体上的R OH中发现了与适应气候变化相关的新的基因组区域,以及与嗅觉受体复合物(通过调节呼吸速率参与热应激的调控)相关的基因.R OH与基因组选择的结合,解析了动物适应性性状相关的基因组结构,使多基因控制的复杂性状也能被用于辅期孙丽侠等:R OH及其在绵羊遗传育种中的应用研究进展助个体选择.绵羊基因组R OH与选择信号的追踪绵羊的选择育种会给基因组留下印迹,定向选择会减少单倍型多样性,增加基因组片段纯合性.基因组片段纯合性增加会形成选择区域的选择性清扫区域和搭便车效应,此外还会导致连锁不平衡现象增加.诸如选择清扫区域、搭便车效应、连锁不平衡现象等的选择特征可以用来检测选择信号,对人工选择进行追踪,评估人工选择效应.选择压力也会对R OH产生影响,在基因组中R OH出现的位置和长短反映出定向选择强度等相关信息,人工选择和自然选择会降低绵羊的性状多样性,在全基因组范围内进行序列的重塑.因而,R OH也可以对人工 选 择 进 行 追 踪 和 探 索.R o d r i g u e z r a m i l o等 利用O v i n e S N P B e a d C h i p对不同选择强度的个法国奶绵羊品种进行基因分型,在号染色体上检测到了种R OH岛并观察到多个综合单倍型评 分(i n t e g r a t e dh a p l o t y p es c o r e,I H S)显 著 的S N P,其 中 包 括 遗 传 分 化 指 数(g e n e t i cd i f f e r e n t i a t i o nc o e f f i c i e n t,F s t)最 高 的个S N P:OA R _ 和OA R _ ,这个S N P几乎都处于完全连锁不平衡,而周围的R OH信号也表明搭便车效应与候选基因周围的一些纯合子 有 关.在号 染 色 体 上 发 现 相 关 候 选 基 因A B C G(与产奶相关)、NC A P G(与胎儿生长有关)、L C O R L(与产犊缓解有关),在候选基因NC A P G、L C O R L附近的个S N P(OA R _ 和OA R _ )周围存在选择特征.C e s a r a n i等 探究了东亚德里亚绵羊X染色体上的选择信号,采用e R OH i、i H S、n S L 和H r i D方法最终在个基因组区域检测出 个选择信号,其中在用e R OH i对绵羊X染色体选择信号鉴定过程中,可以检测短至 M b的R OH片段,检测范围可远至 代.检测出以往在其他绵羊信号检测研究中从未被报道的选择信号,该选择信号附近存在和生长、免疫、疾病相关的候选基因P O L A.这些研究充分说明通过绵羊R OH研究可以进行追踪选择并鉴定候选基因.R O H与遗传多样性评估绵羊基因组中R OH的出现,致使基因组纯合性增加,会降低绵羊的遗传多样性.对地方绵羊品种遗传多样性的正确评估是极其重要的,这关乎种群结构的稳定,防止因过度近交导致绵羊种群同质性增加,使种群进入濒危状况.D e n i s k o v a等 利用绵羊基因组R OH来研究种群遗传多样性,通过O v i n e S N P B e a d C h i p进行基因分型,P L I NK软件的连续性检测方法探究 个俄罗斯绵羊品种的R OH分布模式,通过计算分析这些绵羊品种的有效种群大小和杂合度来观察这些绵羊品种的遗传多样性情况,结果表明,K u c h u g u r绵羊和一些俄罗斯长毛绵羊品种的遗传状况不佳,因为K u c h u g u r绵羊本身就处于濒危状态,其品种间高度近交(FR OH ),品 种 遗 传 多 样 性 低.依 据 分 析 结 果 推 断K u c h u g u r绵羊和一些俄罗斯长毛绵羊品种有可能灭绝,亟需针对性的进行品种多样性保护.中国某些绵羊品种也面临着相似的窘境,如藏绵羊,当前部分藏绵羊品种面临着遗传性能衰退和种群数量锐减的问题,这就要求研究人员科学地评估藏绵羊种群遗传多样性,为绵羊品种育种策略的制订与调整以及保护措施提供理论依据.小结与展望目前关于绵羊基因组中R OH的研究仍然存在一些问题和局限性,主要表现在以下几个方面:首先检测R OH的软件参数度量标准的确立问题亟待解决,当 前 针 对R OH研 究 的 软 件 普 遍 使 用 的 是P L I NK,但关于一些参数的设置问题和算法的使用方面仍未有一个确定的标准,而不同的参数设置和算法会对结果造成一定的影响,因此未来针对R OH研究的软件算法仍需要进一步优化和改进;其次R OH在基因组形成的机制有待发掘,R OH在基因组中出现的位置和长短受多种原因的影响,但关于R OH片段形成的具体机制尚未清晰,仍待进一步研究;最后研究层面要深入,当前研究主要是基于基因组学层面进行的,后续的研究应与转录组、蛋白质组、代谢组等多组学联合分析,深层次发掘重要基因,解析各分子机制间的调控网络,深层次研究各种生物进程中复杂分子机理和遗传基础,以期为研究绵羊机体生物机制提供信息.随着高通量测序技术的发展,在绵羊基因组上关于R OH片段的研究逐渐深入和精细.未来在绵羊基因组中R OH的研究方向主要包括:基于基因组中的R OH研究绵羊的近交情况评估亲缘关系,从而为后续育种过程中有效抑制近交衰退造成的影响提供依据;鉴定和筛选与生产、疾病、免疫等相关的重要基因;分析种群历史及种群结构发生的过程,探究种群遗传多样性,为后续的保种工作和育种计划的调整提供依据.这将为绵羊的实际育种过程中育种方案的创建中国畜牧兽医 卷和调整提供理论依据,也为遗传机制的探索工作提供新的思路.因此,仍需加大在绵羊遗传育种方面关于基因组R OH的研究,不断迎接新的挑战和机遇,促进绵羊产业的健康发展.参考文献(R e f e r e n c e s):B R OMAN K W,WE B E R J L L o n g h o m o z y g o u sc h r o m o s o m a l s e g m e n t s i nr e f e r e n c ef a m i l i e sf r o mt h ec e n t r ed t u d ed up o l y m o r p h i s m eh u m a i nJT h eAm e r i c a nJ o u r n a lo f H u m a nG e n e t i c s,():G I B S ONJ,MO R T ON N E,C O L L I N S A E x t e n d e dt r a c t so fh o m o z y g o s i t yi no u t b r e dh u m a np o p u l a t i o n sJH u m a n M o l e c u l a r G e n e t i c s,():RUTH M,L OU I S ELA,R EHA BAR,e t a l R u n so fh o m o z y g o s i t yi ne u r o p e a np o p u l a t i o n sJAm e r i c a nJ o u r n a l o fH u m a nG e n e t i c s,():K I R I N M,MC QU I L L AN R,F R ANK L I NCS,e t a l G e n o m i c r u n s o f h o m o z y g o s i t y r e c o r d p o p u l a t i o nh i s