拷贝数变异对家鸡重要经济性状表型及基因表达的影响

Copy number variation (CNV) is one of the important genomic characteristics, influencing on lots of diseases and phenotypes of important economic traits in livestock and poultry industry. Compared to the commonly used molecular marker like single nucleotide polymorphism(SNP), CNV deserves a unique and significant understanding, which would be expected to explain the missing heritability. Confronting with the situation that the CNV studies in chicken are just at the very beginning, this study is proposed to accommodate two important economic traits like egg production and meat production, design an elaborate experiment called full-sib paired individuals with extreme performances, take advantage of the advanced sequencing technology, accurately construct the whole-genome profiles of CNVs and gene expressions, identify the distinct CNVs and differentially expressed genes through paired comparisons, further determine the potentially causative CNVs and genes for these two target traits by integrating the information of gene interpretation and quantitative trait loci. Additionally, this study is proposed to explore the inner connections between distinct CNVs and differentially expressed genes, investigate the genetic mechanisms by which CNVs shape the profile of gene expressions thereby the phenotypes, specifying the possible genetic mechanisms like altering the gene construction and dosage, or producing alternative splicing variants. The results gained in this study provide theoretical basis for molecular breeding and selection in poultry industry, as well, provide new insight into the association analysis between CNVs and phenotypes of important economic traits.

拷贝数变异（CNV）是各物种基因组的重要特征之一，对畜禽重要经济性状的表型起着重要作用，与目前被普遍研究的遗传变异SNP相比，具有独特不可或缺的研究意义，有望解释全基因组关联分析所缺失的遗传力。针对目前家鸡CNV研究刚起步的现状，本研究拟采用产蛋和产肉这两个重要经济性状为目标性状，从CNV这个全新的角度，以全同胞极端表型配对组为研究对象，利用第二代测序技术，分别从基因组水平和转录组水平，准确地构建CNV和转录组表达图谱，通过配对组间比较，寻找差异CNV和差异表达基因（DEG），功能注释后鉴定潜在影响产蛋和产肉的CNV及基因；检测这两组变异（CNV和DEG）之间的内在联系，通过转录组表达图谱的差异来验证CNV影响表型的遗传机制，详尽地刻画CNV对家鸡重要经济性状表型和基因表达的影响机制，从而为家鸡的分子育种提供新的遗传标记或选择策略，并为该类科学问提的研究提供重要技术支持。

作为一类重要的基因组变异和进化驱动力，拷贝数目变异（CNV）对物种的适应性进化、基因表达可塑性的调控以及个体/群体间的表型分化起到重要的驱动作用。本研究针对来自6个代表性品种61只家鸡以及3个群体7只红色原鸡的全基因组重测序数据，利用四种不同的鉴定方法，准确刻画了鸡全基因组CNV图谱。基于此，并整合46个组织样品的转录组数据，我们探究了其基因组分布特征、群体特性、重要功能和进化意义以及与其它基因组调控元件miRNA和lncRNA之间的潜在调控关系。本研究鉴定了43899个CNV区域，占比参考基因组的9.49%。群体分析表明CNV能够反应不同家鸡群体的起源、地理分布及表型特征，在表型分化过程中起决定性作用。我们通过整合分析发现：与角蛋白、嗅觉、肌肉收缩以及繁殖性能相关的CNV参与了家鸡物种的表型进化；四个CNV基因（ACTR10，R3HDM1，SERPINA12和TACR3）参与了家养化相关的表型进化，包括脂肪代谢和繁殖功能的改变；而品种特异性CNV则参与了不同品种的表型分化，包括色素沉积、生长、肌肉质量和产蛋等经济性状。这些结果表明CNV作为一种重要的遗传变异，对家鸡物种形成、家养化和经济性状的表型分化有重要的驱动作用。此外，我们初步探究了CNV和miRNA、lncRNA之间的调控关系，发现lncRNA有在CNV区域富集的趋势，而miRNA对CNV区域基因的调控要显著的高于非CNV区域的基因，这些结果表明CNV与miRNA和lncRNA可能存在一定的共进化关系，其确切关系有待进一步确认。该项目详尽地刻画了CNV对家鸡重要经济性状表型和基因表达的作用机制，鉴定出一些影响经济性状的CNV及其基因，为家鸡的分子育种提供新的遗传标记或选择策略；鉴定出一些品种特异性CNV，为挖掘品种分子特性或品种开发提供了重要依据。