构建猪基因组的重组热点图谱及重组热点相关 PRDM9基因的研究

Homologous recombination is one of the evolutional forces. In mammalian sexual reproduction, recombination establishes physical connection between homologous chromosomes and directs their precise segregation in meiosis I. Inter-individual variation in recombination rates has been documented for quite some time in several organisms, which have has been linked with fertility traits. Recombination events are not evenly distributed along genome, usually concentrate in narrow regions and constitute into numerous “hotspots”. PRDM9 is major specifier for locating of recombination hotspots in human and mice, and is thought to be the main driver in speciation and evolution. Taking advantage of existing high-throughput re-sequencing data of Chinese and western pig breeds, we will infer genome-wide historical recombination events and hotspots using linkage disequilibrium information of populations. Our goal is to have a fine-scale map of recombination hotspots for pigs, and understand how PRDM9 directs locating of hotspots. Study of this kind would enable us understand further on genetic components affected recombination in mammals, would also contribute to fertility related research.

同源重组作为生物进化的动力之一，在哺乳动物有性生殖过程中保障同源染色体准确配对和分离而形成配子。在多个物种里，重组频率在个体和群体之间都有差异，研究表明重组次数或频率影响繁殖力。同源重组并不是随机出现在染色体上，而是较为集中的出现在被称为“重组热点”的狭窄的染色体区间。在人和鼠中，PRDM9基因决定了重组热点分布位置，该基因被认为是物种进化和生殖隔离的主要基因。本研究拟利用现有的中西方猪种的高通量重测序数据发掘高密度的遗传变异，再以遗传标记间的连锁不平衡来推断历史重组事件和重组热点。我们以期构建出猪基因组上的精细重组热点图谱，理解PRDM9基因对猪重组热点分布的指导作用。此研究将能使我们更加深刻的理解哺乳动物的遗传控制机制，认识影响繁殖力的遗传基础。

同源重组，和基因突变同为生物进化的两个原动力。近些年的研究表明，重组的发生受到其附近的顺式调控元件和反式作用因子的精确调控。为解析猪中重组的分布和找到可能的调控基因，本研究利用来自10个中国地方猪品种的72个个体的高覆盖度全基因组重测序数据进行重组研究。所有测序数据经质控后，通过BWA软件比对到猪参考基因组Sscrofa11.1版本，使用GATK 对所有个体进行SNP calling。通过对SNP质量和频率的筛选，我们最终获得了42,193,766个高质量的SNP分析数据集。在此基础上，我们对所有常染色体上的SNP进行了单倍型的构建，并使用FastEPRR软件以50 kb的滑动窗口计算了中国地方猪的群体重组率。我们在中国地方猪基因组上一共鉴别了近18,000多个重组热点区域，这些区域占据基因组的22%左右。我们发现了一些特异的SINE和LINE序列在这些重组热点区域的富集。由于PRDM9基因在多数的哺乳动物中起到决定重组热点分布的功能，我们调查了18个地方品种猪包含119个个体的PRDM9基因锌指结构域，发现了多个在特定中国地方猪种中出现的功能突变，这些突变可能和猪种中的重组热点的分布差异有关。此外，重组在选择进化中起到了重要作用，在已有的全基因组测序数据和鉴别的重组热点的基础上，我们还开展了大小体型猪种的选择位点和中国地方猪驯化过程的受选择位点分析。本研究绘制了猪基因组重组热点精细图谱，发现了中国地方猪驯化和体型大小相关的关键的功能基因（如TBX19, AHR和IGF1R），这些成果将可直接或间接在猪遗传育种中加以应用。