绵羊高繁殖力性状主效候选基因BMP15，GDF9和BMPR-1B的进化组学研究

Prolificacy in Caprinae subfamily species is a complex genetic trait influenced by interactions of multiple genes. Several major prolificacy candidate genes, such as BMP15, GDF9 and BMPR-1B, have been identified in different native sheep breeds. However, evolution and genetic interactions of the major genes are still unclear. Therefore, this study will focus on origin, evolution and interactions of the three major genes. We will use modern high throughput techniques such as gene resequencing, transcriptome sequencing and DNA methylation in combination with molecular evolution and bioinformatics methods to detect the evolution and selection pressure in species of Caprinae subfamily. It will illustrate the genetic mechanisms during long-term natural and artificial selections. Further, we will integrate gene expression and DNA methylation data. The proposal intend to reveal multiple gene interactions and inter-gene network at different molecular levels (e.g. DNA and mRNA).

羊亚科动物繁殖性状是一个复杂的数量遗传性状，目前已在地方绵羊品种中鉴定出控制该性状的多个候选主效基因（BMP15，GDF9和BMPR-1B)，但对这些主要基因的进化历史、互作关系缺乏系统的认识。本研究以绵羊多羔候选主效基因为研究对象，采用基因重测序、转录组测序及甲基化组等技术，以分子进化与生物信息学分析方法，从基因起源与进化角度阐述GDF9，BMP15及BMPR-1B基因在羊亚科分枝内的进化内历史与选择压，揭示在长期自然与人工选择压下遗传变异机制。进一步通过整合全基因组水平的基因表达、甲基化修饰数据，阐述GDF9，BMP15及BMPR-1B基因表达与甲基化水平的物种变异和特异性，以及多基因间在不同分子水平（如：DNA和mRNA）上的相互作用关系和基因间的调控网络。

为探讨绵羊高繁殖力性状的遗传机制以及盘羊的起源进化。本项目通过筛选羊亚科动物以GDF9、BMP15以及BMPR-IB基因的突变位点，分析羊亚科动物高繁殖力候选基因遗传变异规律；测定74个绵羊样本的BMP15、GDF9、BMPR-1B基因组序列，重构三个基因的系统发生关系；采集6个高繁殖力品种的卵巢组织和3个欧洲摩弗伦羊卵巢组织，通过转录组的测序刻画高繁殖力品种和欧洲摩弗伦羊的卵巢组织表达模式并建立繁殖力调控网络；完成了野生盘羊的全基因组测序工作，解析了盘羊基因组，构建了盘羊进化历史；从mtDNA，Y染色体角度分析了绵羊属物种的进化关系，初步明确了羊亚科动物盘羊的进化地位。获得以下重要结论，项目达到预期目标。.1. 在绵羊GDF9基因外显子2区域鉴定出4个突变位点，其中在774位点发生G→A的突变，使精氨酸（Arg)变成了赖氨酸（Lys），与先前报导的与绵羊高繁殖力性状的突变位点相一致，可作为高繁殖力候选基因。.2. 绵羊高繁殖力品种湖羊和低繁殖力品种巴什拜羊与欧洲摩弗伦羊（O. mouflon）、亚洲摩弗伦羊（O. orientalis）亲缘关系最近且与两者的BMPR-1B基因型更一致。.3. 鉴定出了多个新的作用于繁殖力性状的基因和具有调控作用的miRNA，如EREG，INHBA， SPP1，AMH，TDRD5，ZP2等，并建立了繁殖力调控网络。.4. 完成了马可•波罗盘羊全基因组草图，且证明马可•波罗盘羊与家养绵羊之间存在着密切的关系，其分化时间约为236万年前。.5. 基于线粒体、Y染色体研究野家绵羊遗传进化关系，发现分布在帕米尔高原的马可•波罗盘羊亚种为一个独立的群体。.以上结论为揭示了绵羊多胎性状的分子遗传机制及其演变历程，为探索绵羊高繁殖力性状的遗传机理奠定了理论基础，初步证明了马可•波罗盘羊的遗传进化，为马可•波罗盘羊的高原适应和进化研究提供了详实的数据。