基于GWAS和RNA-seq的北京黑猪眼肌面积候选基因筛选及鉴定

作     者：侯任达 

作者单位：中国农业科学院 

学位级别：硕士

导师姓名：张龙超

授予年度：2023年

学科分类：0905[农学-畜牧学] 09[农学] 

主      题：北京黑猪 眼肌面积 GWAS RNA-seq 

摘      要：北京黑猪是20世纪60年代由大白、巴克夏和中国地方猪种杂交形成的地方猪种,有着丰富的遗传背景,是在中国北方市场占重要地位的优质猪种。通脊是猪肉价值最高的产品之一,有报道显示眼肌面积与产肉量的相关系数为0.515,说明眼肌面积是一种重要的产肉性状。但目前为止在北京黑猪中调控眼肌面积的主要基因还未见报道,是北京黑猪瘦肉产量的分子育种限制因素。全基因组关联分析(GWAS)和RNA-seq差异分析现在是目前普遍采用的筛选调控性状关键基因的重要方法。在本研究中,我们针对北京黑猪的实际生产需要,通过GWAS并联合RNA-seq差异分析,探索影响北京黑猪眼肌面积性状的关键调控基因和候选功能突变位点。此外,我们初步阐述了北京黑猪眼肌面积性状的调控机制,从而为北京黑猪将来的眼肌面积分子设计育种提供理论依据。本研究通过硫酸纸对650头210±40日龄北京黑猪最后肋处的眼肌进行描绘并通过像素法计算其眼肌面积,随后使用50K芯片数据通过EMMAX进行北京黑猪群体眼肌面积性状GWAS。经过质量控制后,共有35401个SNP用于进一步分析。使用FDR矫正后的P值作为显著性阈值。在SSC9上累计发现了10个SNPs达到了显著性阈值水平,这些SNPs被定位到一个2.90 Mb(84.94-87.84Mb)的区域。总共有11个带注释的基因被定位在这个区域可作为重要候选基因。它们分别是MEOX2、CRPPA、SOSTDC1、LRRC72、ANKMY2、BZW2、TSPAN13、AGR2、AHR、SNX13和HDAC9。其中MARC0069139位点位于HDAC9启动子中,通过对该位点进行多态性分析发现AA基因型个体的眼肌面积极显著高于GG基因型个体(P0.01)。为进一步研究与眼肌面积性状相关基因,本研究选择了16头210±10日龄北京黑猪,根据其眼肌面积将其分为8个高(H)组及8个低(L)组。其中H组眼肌面积平均值为42.04±3.19cm,L组眼肌面积平均值为24.20±1.48cm。对其16个c DNA文库进行测序,共产生712114178个clean reads,每个样本的平均读数为44507136,平均97.03%的读数被映射到参考基因组。这些结果表明,本研究中的测序数据可用于后续的生物信息学分析。通过RNA-seq差异分析,我们鉴定到329个差异基因(DEG),其中161个上调DEG,168个下调DEG。其中高眼肌面积组北京黑猪群体上调DEGs富集到肌动蛋白丝解聚的正调控、TOR信号传导、磷脂酶D信号通路、Apelin信号通路以及JAK-STAT信号通路等GO条目及信号通路。高眼肌面积组北京黑猪群体下调DEGs富集到肌肉收缩,成纤维细胞生长因子受体信号通路,细胞群增殖的正向调节,转化生长因子β受体信号通路、肌动蛋白细胞骨架重组的调节、Rap1信号通路、PI3K-AKT信号通路、Apelin信号通路、Ras信号通路以及MAPK信号通路等GO条目及信号通路。其中HDAC9基因在GWAS及RNA-seq差异分析中是唯一均被鉴定到的基因,因此HDAC9基因被认为是在北京黑猪中与眼肌面积性状相关的新候选基因。本研究通过GWAS及RNA-seq差异分析的方法,鉴定到与北京黑猪眼肌面积性状显著相关的分子标记及重要的候选基因。该发现可以为眼肌面积性状的分子育种提供分子标记,丰富眼肌面积性状调控机制的分子基础。