云南家牛地方品种的基因组多样性与选择信号研究

Yunnan local cattle breeds have been subjected to different strengths of natural selection and artificial selection and developed a number of merit traits such as high disease resistance, due to the long-term impact of complex and diverse natural environments and multi-ethnic socioeconomics and cultures in Yunnan Province. To tap into genetic potential within these local cattle breeds, in this project we propose to apply the BovineSNP50 BeadChip to interrogate genome-wide diversity and selection signatures in Yunnan local cattle breeds. We will first calculate genome-wide heterozygosity for each breed and build their geographic distribution. Second, we will use complementary population genomics-based methods to detect signatures of natural or artificial selection and to search for targeted genes under positive selection. Finally, we will choose three or four candidate genes with strongest selection signatures and function in production traits of economic importance or environmental adaptation for population re-sequencing. Fine-scale population genetic analyses will be conducted on sequence data to further verify selection signatures and to identify beneficial alleles or haplotypes in Yunnan local cattle breeds. This study will provide genomic information and key technical support for conservation and sustainable use of Yunnan local cattle breeds and thus has important practical significance.

由于受云南省复杂多样的自然生态环境和多民族的社会经济文化的长期影响，云南家牛地方品种经历了不同强度的自然选择和人工选择作用，形成了许多优良特性如抗病力强等。为了挖掘这些地方品种中潜在的优良基因，本项目拟采用牛50K全基因组SNP芯片（BovineSNP50 BeadChip）研究云南家牛地方品种的基因组多样性和选择信号。首先，我们将计算云南家牛地方品种在基因组水平的杂合度，构建其地理分布图。然后，采用基于群体基因组学思想的多种互补方法来检测自然选择或人工选择信号，找到受到正选择作用的目标基因。最后，对携带最强选择信号、且与重要经济性状或环境适应相关的3～4个候选基因进行群体重测序，通过精细的群体遗传分析来验证选择信号，并识别受到选择作用的等位基因或单倍型。本研究将为云南家牛地方品种的保护和可持续利用提供基因组学的依据和关键技术支撑，具有重要的现实意义。

云南不仅是连接中国与南亚和东南亚的边界地区，而且是普通牛与瘤牛的混合地区。据《中国畜禽遗传资源志 牛志》报道显示云南具有6个家牛地方品种资源，包括邓川牛、迪庆牛、滇中牛、文山牛、昭通牛和德宏高峰牛。由于云南受复杂多样的自然生态环境和多民族的社会经济文化的长期影响，云南家牛地方品种经历了不同强度的自然选择和人工选择作用，形成了许多优良特性如环境适应性强，耐粗饲和抗病力强等。为了解云南家牛地方品种的基因组多样性、群体遗传结构和挖掘这些地方品种中潜在的优良基因。本研究利用牛770K全基因组SNP芯片对云南家牛120个样本进行了基因型测定，做了基因组多样性、群体遗传结构及选择信号分析。结果显示：经质控后获得604 630个SNP位点；来自滇东北的昭通牛具有较高的平均杂合度，而杂合度最低则发现在来自滇西的德宏高峰牛，显示了6个家牛地方品种的基因组多样性指数从滇东北到滇西呈现出下降的趋势；基于修剪后的233 788个SNP位点的主成分分析（PCA）和群体遗传结构分析显示，主成分PC1和PC2分别占到总变异的6.9%和2.5%，PC1清晰地把德宏高峰牛与其他5个家牛品种分开，云南6个家牛地方品种中未呈现出明显的群体遗传结构，当K=2时，所有品种被分成普通牛和瘤牛世系。除了德宏高峰牛，其他5个品种显示出不同程度的普通牛和瘤牛血统的混合，而德宏高峰牛为纯正的瘤牛血统（100%）。选择信号分析显示，在德宏高峰牛与迪庆牛间筛选出112个候选基因，在德宏高峰牛与昭通牛间筛选出110个候选基因，经GO和KEGG分析显示这些候选基因主要与药物代谢、化学致癌、美洲锥虫病、肝炎、结核病、RIG-I样受体和Toll样受体信号通路等相关。上述结果表明云南家牛地方品种具有较高的基因组多样性水平，瘤牛和普通牛之间的杂交混合有助于瘤牛从热带和亚热带地区向高原地区传播扩散，云南家牛可能已经获得调控疾病的基因型。此外，本项目的研究将为云南家牛地方品种的保护和可持续利用提供基因组学的参考依据。