基于转录组学的中国德保矮马体尺性状形成的遗传机制研究

Body size is one of the most important traits to decide the quality and productivity of livestock. Chinese Debao pony is one of the most precious and rare natural breeding ponies in the world. The genetic studies of the key genes associated with body size are important steps to understand the molecular mechanism of pony features. Body size is a complicated quantitative trait, so it is difficult to accurately identify the key genes by performing the traditional methods such as polymorphism analysis of genes associated with growth and development, gene-wide association analysis (GWAS) and single nucleotide polymorphism (SNP) chip. This project will be conducted based on our previous related studies on the Mongolia horse genome maps. The tall Xinihe horses will be used as a comparison with Debao pony in this study. Genes which influence on body size will be systematically screened using high-throughput RNA-seq technology, comparative transcriptome and bioinformatics analysis. The underlying relationship between body size development and expression patterns of the identified genes will be further analyzed. This study will reveal the molecular genetic mechanism of the small body size trait in Debao pony, and provide gene resources for molecular breeding of special purpose horses. The identifying genes associated with body size will provide scientific basis for developing and utilizing pony’s featured resources, it also sheds light on the molecular mechanism of human body size.

体尺是决定家畜品种优劣和生产性能高低的重要性状。中国德保矮马是世界上稀有珍贵、自然形成的最矮马种之一,深入了解控制矮马体尺性状的关键基因及其调控机理对揭示矮马矮小特性的遗传机制具有重要意义。马的体尺是一个复杂的数量性状，群体基因组水平上进行的生长发育相关基因多态性、全基因组关联分析（GWAS）和SNP芯片等难以准确鉴定控制体尺性状的关键基因。本项目拟在我们已完成的蒙古马基因组序列图谱绘制及相关研究的基础上，以德保矮马和高大的锡尼河马为实验对象，采用高通量RNA-Seq技术，通过比较转录组学及生物信息学等分析手段，系统性筛选马体格性状形成的关键基因，揭示候选基因的表达模式与体尺性状之间的关联性，阐明德保矮马体格矮小特性的分子遗传机制。研究结果对培育特殊用途马的分子育种提供基因资源，对矮马特色资源的开发利用提供科学依据，同时为全面揭示人类体高的遗传机制提供新思路。

体尺是决定家畜品种优劣和生产性能高低的重要性状。中国德保矮马是世界上稀有珍贵、自然形成的最矮马种之一,深入了解控制矮马体尺性状的关键基因及其调控机理对揭示矮马矮小特性的遗传机制具有重要意义。马的体尺是一个复杂的数量性状，群体基因组水平上进行的生长发育相关基因多态性、全基因组关联分析（GWAS）和SNP芯片等难以准确鉴定控制体尺性状的关键基因。本项目在我们已完成的蒙古马基因组序列图谱绘制及相关研究的基础上，以德保矮马和高大的锡尼河马为实验对象，采用高通量RNA-Seq技术，通过比较转录组学及生物信息学等分析手段，系统性筛选了德保矮马体格性状形成的关键基因。. 通过对决定马匹体高关键组织脑垂体和长骨骨骺组织转录组mRNA分析发现，两类体格差异显著的德保矮马和蒙古马，调控体格发育关键候选基因主要有生长激素受体（Growth hormone receptor,GHR）基因、类胰岛素生长因子-1（Insulin-like growth factors,IGF-1）基因、促甲状腺激素β亚基（Thyroid stimulating hormone, beta，TSHB）基因和绒毛膜促性腺激素（Chorionic gonadotropin hormone,CGH）基因，这些基因在两类体格显著差异的马匹相关组织中表达规律明显不同；上述基因表达产物——激素蛋白的血浆含量变化，与其基因表达趋势相吻合；综合分析这些关键基因参与的调控通路，构建了两个调控德保矮马体格大小关键基因GHR、WNT5A与TLR2信号通路模式图；在此基础上，于细胞水平对这些关键基因进行敲减，检测其信号通路相关基因的表达变化，得出了与预期一致的结果。. 以上在基因、蛋白质、细胞水平的综合研究结果，显示了调控德保矮马矮小性状关键基因的网络调控通路及其生物学功能，初步揭示了德保矮马矮小体尺性状形成的分子遗传机制。这些研究结果对培育特殊用途马的分子育种提供了关键的基因资源，同时为揭示人类体高相关疾病的遗传机制提供了新的研究思路。