牛Y染色体SNPs/indels扫描及其与公牛繁殖力和父系起源的关系研究

The male specific region of Y chromosomes (MSY) in mammals is male-limited transmission, and accumulation of genes playing important roles in spermatogenesis and male fertility. The bovine Y chromosome contains 12 single-copy genes and 16 multicopy genes. Therefore, the current project is carried out to screen single nucleotide polymorphisms (SNPs) and insertions/deletions (indels) of 12 single copy genes on the bovine Y chromosome in 31 cattle breeds with a total of 978 individuals from China and oversea, including Angus, Charolais, Holstein, Qinchuan and Jinnan cattle, using long-PCR, next generation sequencing and MassARRAY genotyping methods. The Y-SNPs and indels obtained in current project will be used to analyze nucleotide diversity and haplotype diversity and composition in different cattle breeds. Eventually, all these informations are applied to identify bulls in the same paternal pedigree and to understand paternal origin diversity and relationship of cattle breeds analyzed in this project. Meanwhile, this project is proposed to find Y-related DNA makers for bull selection at early stage through comparing Y chromosomes between the bulls with high or low male reproduction. The implementation of this research will definitely supply DNA makers from bovine Y chromosome for bull selection, and establish scientific basis for conservation and utilization of cattle genetic resources.

哺乳动物Y染色体的雄性特异区遵循严格的父系遗传，且包含的基因在精子生成和雄性繁殖力上发挥重要的作用。牛的Y染色体含有12个单拷贝基因和16个多拷贝基因家族。本课题以包括安格斯牛、夏洛莱牛、荷斯坦牛、秦川牛和晋南牛等在内的31个国内外牛品种共计978头公牛为研究对象，利用Long-PCR、二代测序和MassARRAY基因分型技术结合的方法首次对牛Y染色体12个单拷贝基因进行全面的SNPs/indels扫描，获得的牛Y-SNPs/indels用于分析不同牛品种Y染色体的核苷酸多样度、单倍型多样度及组成，探讨这些分子标记作为鉴定父系系谱分子标签的可能性，并以期阐明不同牛品种的父系遗传多样性和起源关系。同时，通过比对高繁殖力和低繁殖力种公牛Y染色体的SNPs和indels，筛选一批能够用于种公牛早期选育的分子标记。本课题的实施将为种公牛的选育、牛品种资源的保护和利用奠定科学依据。

哺乳动物Y染色体的雄性特异区遵循严格的父系遗传，且包含的基因在精子生成和雄性繁殖力上发挥重要的作用。牛Y染色体测序工作已完成，但是尚没有研究对其整个Y染色体的SNPs/indels进行系统分析。本课题采用二代测序技术对我国22个牛品种111个个体进行全基因组测序，并和公开的国外牛品种全基因组序列进行联合分析，构建完整的Y-SNPs/indels图谱；并利用PCR-RFLP的方法快速检测国内外主要牛品种的父系来源；同时筛选与公牛繁殖力相关的分子标记。获得如下重要结果：.（1）通过基因组测序在牛Y染色体上发现1062个SNPs/indels。单倍型网络图和系统发育树分析发现世界上主要牛品种分为5个主要的父系来源：欧洲普通牛（Y1）、印度瘤牛（Y3b）、欧亚普通牛（Y2a）、东亚普通牛（Y2b）和中国瘤牛（Y3a）。其中Y2a分支主要分布于中国西北部牛品种，Y2b主要分布于西藏和东北亚地区；Y3a由来自中国的瘤牛构成，Y3b主要由来自印度的瘤牛构成；中国中北部地区牛种由Y2a、Y2b和Y3a混杂而成。.（2）对国内外21个牛品种进行父系来源鉴定，结果显示安格斯、荷斯坦和西藏黄牛为Y1父系来源，安西、利木赞、蒙古、秦川、夏洛莱、西门塔尔和早胜牛为Y2父系来源，鲁西、尼洛尔、吉尔、太行、皖南和宣汉牛为Y3来源，其他牛品种则为多个父系来源，并首次发现海南牛有普通牛基因的渗入。.（3）首次在牛Y染色体USP9Y和ZFY基因上筛选到25个Y-SNPs，其中位于USP9Y基因内含子4上的一个SNPs可用于快速区分牛的父系来源。.（4）牛Y染色体ZNF280AY在不同牛品种间和品种内有拷贝数变异，并且不同父系来源公牛的拷贝数表现出显著差异。关联分析发现ZNF280AY的拷贝数与荷斯坦公牛的精子密度和正常精子比例呈显著负相关。.本研究首次构建了牛Y染色体SNPs/indels图谱，细化了世界黄牛父系来源分类，为黄牛遗传资源的保护和利用提供依据。同时找到快速检测黄牛父系来源的分子标记，为黄牛遗传资源的保护提供了有效的分析手段。此外，研究筛选到可用于优秀种公牛的早期选择的分子标记，对牛产业的发展具有重要的实用意义。