中国不同尾型绵羊品种全基因组选择信号检测及尾部脂肪沉积基因挖掘

Fat deposition in fat-tailed sheep was shaped after a long term natural selection and artificial selection, which can provide the energy needed for the body in the wintry and dry winter. But the underlying molecular mechanisms of the fat deposition are not clear. In the project, based on Ovine 600k high density SNP chip, four types of fat tails, large-tailed Han sheep, Hulun Buir sheep, Tibet sheep and Altay sheep, will be detected selection signature on the whole genome to investigate genetic variations within and between sheep breeds due to positive selection. Individuals within the Hulun Buir sheep population will be selected with the two extreme fat weights of tails to conduct genome-wide association studies for identifying the significantly SNPs associated with weights of fat tails. Then information on results of selection signature detection and GWAS, and mRNA expression profiles as well as the related genomic information available from the public biological database, will be integrated to analyze the genes related with fat deposition in fat tail and their mutual relations, construct gene regulatory nets and elucidate the molecular mechanism of fat deposition in fat-tail sheep. It will provide scientific basis and technical support for breeding the specific types of sheep.

绵羊在尾部沉积脂肪是通过长期的自然和人工选择而形成的，为其在逆境条件下提供能量所需，属于适应性状，其遗传机制尚不清楚。本项目基于绵羊600k高密度SNP芯片对大尾寒羊（长脂尾）、呼伦贝尔羊（短脂尾）、藏绵羊（瘦尾）和阿勒泰羊（脂臀尾）四个不同尾型的绵羊品种进行全基因组选择信号检测，分析正向选择导致的品种内的遗传变异和品种间的遗传差异，寻找具有选择信号的基因组区域。并对呼伦贝尔羊尾部脂肪重量两极端个体开展全基因组关联分析（GWAS），鉴定与尾部脂肪重显著关联的SNPs。然后利用生物信息分析策略整合选择信号检测结果、GWAS结果、mRNA表达谱以及公共生物信息数据库所提供的信息，挖掘绵羊尾部脂肪沉积相关基因，构建基因调控网络，确定关键基因，阐明绵羊尾部脂肪沉积分子机制，为培育符合生产所需求的特定尾型绵羊品种提供理论基础和技术支撑。

将多余的脂肪囤积在尾部是绵羊独有的能力。为了揭示其遗传机制，本项目利用芯片和测序技术对中国不同尾型绵羊品种（大尾寒羊、阿拉泰羊、藏羊、呼伦贝尔大小尾）从基因和转录两个层面进行研究。研究发现：①至五个世代前，阿勒泰羊、大尾寒羊、青海藏羊、呼伦贝尔大和小尾羊的有效群体分别为81、78、70、253和238；②在这五个群体中共检测到18490个ROH片段，ROH平均数目的变化范围为39.62个（呼伦贝尔大尾羊）至77.82个（大尾寒羊），平均长度的变化范围为0.939 Mb（呼伦贝尔大尾羊）至2.568 Mb（大尾寒羊），表明其在最近世代经历较强程度的近交，五个绵羊群体的基因组近交系数为0.0238，其变化范围为0.0152（呼伦贝尔大尾羊）至0.0815（大尾寒羊）；③通过全基因组选择信号检测共鉴定到25个选择基因区段，这些基因区段注释到HOAX基因簇、BMP2、WDR92、PDGFD、ALX4和ETAA1等与尾部脂肪沉积相关基因；④构建第一张不同尾型绵羊品种的CNV图谱，图谱中共493个CNV区域，区间内的PPARA、RXRA、KLF11、ADD1、FASN、PPP1CA、PDGFA和PEX6等基因与绵羊尾型相关；⑤以呼伦贝尔羊尾部脂肪重量两极端个体结合体尺和尾部性状开展全基因组关联分析，鉴定SFT2D2、RBM11、INTS9等13个基因与尾部脂肪重显著关联基因，同时鉴定到27个受选择的基因区段，并注释到IGFBP2、ABCG1、AKT2、LIPE等22个与脂肪沉积相关基因；⑥通过RNAseq技术筛选大小尾型呼伦贝尔绵羊尾部脂肪差异表达基因，找到了两条脂肪沉积通路（PPARG和胰岛素通路）分别在不同性别中表达，而且是经典的脂肪生成通路的重要组成部分。本研究鉴定到了尾部脂肪沉积关键基因和调控网络，证实了尾部脂肪沉积受多基因控制属于复杂性状，揭示了绵羊尾部脂肪沉积机理，为培育符合生产所需求的特定尾型绵羊品种提供理论基础和技术支撑。