利用基因组全序列数据解析猪4号染色体影响生长和胴体性状的因果基因

Growth and carcass characteristics are among the most important traits in pigs. However, both growth and carcass traits are complex, it has been 23 years since the first quantitative trait loci (QTL) for growth and fatness traits were reported in 1994, the causative gene of this loci remains unclear. The director of the lab where the applicant work, Professor Lusheng Huang, have designed and organized to build up an unique pig heterogeneous stock population with 8 founder breeds encompassing both Chinese indigenous pig breeds and Western commercial breeds that displayed marked phenotypic diversity since 2006. This population provide an important and unique resources to investigate genetic basis of complex traits in pigs. The applicant is one of main investigator of the pig heterogeneous population. Recently, the applicant have organized to measure 230 phenotypes on about 1000 F6 individuals from the heterogeneous stock population. Initial genome wide association analyses allowed us identified a significant QTL for growth and carcass traits on chromosome 4. In this study, we aimed to identify the causative gene underlying the QTL on chromosome 4 through integrative analysis of whole genome sequence data, transcriptome of liver and muscle tissues, metabolome of blood and data from F2 resource population and Duroc-Landrace-Yorkshire hybrid population that were constructed previously.

猪生长和胴体性状是最重要的经济性状之一。然而生长和胴体性状均为复杂性状，国际上第一个报道的家猪4号染色体上影响生长及脂肪沉积的QTL至今已23年，其因果基因至今仍未被解析。申请人所在实验室黄路生院士自2006年起，设计并构建了国际上唯一的中外极端差异表型的八个品种家猪嵌合家系，为解析复杂性状提供了独特的遗传资源，申请人是该嵌合群体的主要执行人之一，并于近期对该群体近1000头F6代个体进行了230个表型性状的精准测定，初步分析在4号染色体上发现了显著影响生长及胴体性状的QTL区域，本项目将通过基因组全序列，肌肉及肝脏的转录组和血液代谢组等组学分析，结合本实验室前期构建的F2资源家系群体和杜长大商业群体数据，解析猪4号染色体影响生长和胴体性状的因果基因。

早在1994年，科学家在欧洲家猪和野猪杂交群体中，利用QTL定位分析，鉴定到4号染色体存在显著影响猪生长，脂肪沉积和胴体性状位点。在此后的多个QTL定位和群体遗传学研究中，该位点被重复报道，但是其功能突变和目标基因还没有被明确报道。在本项目中，我们基于嵌合家系F6/F7两个世代1507个个体的DNA测序数据，对4号染色体影响胴体生长性状的位点开展了全基因组关联分析，荟萃分析，精细定位和QTL等位基因溯源分析。通过有利等位基因单倍型共享分析，我们将候选位点的置信区间定位在200Kb区域范围内。在该区域内，我们综合评估了SNP、INDEL、SV和STR位点对相应生长性状的影响，采用团队自主构建的跨组织发育阶段的H3K27ac图谱，对候选区域的调控位点进行注释。通过整合345肝脏，298肌肉和120背膘组织的RNA-Seq数据，我们鉴定了4号染色体的位点的目标基因。我们评估了4号染色体位点对其他经济性状的一因多效效应，发现该位点对肉色，pH值和脂肪酸组成等肉质性状没有显著影响。4号染色体位点单个等位基因约影响4千克胴体重和3厘米胴体长，具有很大经济价值。由于位点优势等位基因在欧美商业猪种中已经固定，因此该位点应用范围主要是在中国家猪和中国家猪与西方商品猪的杂交群体的选育。此外，我们的一因多效分析显示，对4号染色体位点的标记辅助选择应用不会对其他经济性状造成影响。这些结果为4号染色体位点在多性状育种中的应用提供了重要信息