猪生长速度、背膘厚和肉质性状多个相关候选基因的效应分析及两个新候选基因的分离与功能研究

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猪肉是人类动物蛋白的主要来源,随着生活水平的日益提高,人们对肉质风味提出了更高的要求。在育种过程中对生长速度的过分追求,导致了肉质出现下降趋势。目前,随着分子生物学技术的不断发展,已经分离出了许多与生长速度、背膘厚和肉质性状的候选基因,鉴定出大批的分子标记,一些分子标记已经在育种中得到有效应用,但大量的分子标记的效应以及多个基因标记之间的相互作用等问题都有待进一步研究。本研究以大白猪为研究对象,分别在生长性状、背膘厚性状测定试验群体和肉质性状测定试验群体中,通过对目标性状的多个候选基因效应分析,筛选与猪生长速度、背膘厚度和肉质性状相关的候选基因。同时本研究通过比较基因组学和现代分子生物技术,分离了与肌肉生长发育相关的候选基因MUSTN1和MASTR,并对其结构特征、染色体定位、表达分布规律、SNPs及其与经济性状的关联分析进行研究,并对MASTR基因的功能进行初步研究,获得的主要结果如下:1.本研究对大白猪基础试验群体的生长速度、背膘厚以及肉质性状等生产性能进行测定,通过对基础试验群体的生产性能表型值分析,结果显示达100kg体重日龄、三点平均背膘厚和肌内脂肪含量表型值存在较大的变异,说明了本试验群体生产性能有进一步改良的潜力。通过对试验群体生长速度和背膘厚度性状表型值的表型相关分析,结果显示各背膘厚性状与达100kg体重日龄的表型值呈正相关(除肩部背膘厚);肌内脂肪含量与系水力等肉质性状间也存在较高的表型相关。对各表型值分布分析显示,除少数个体外,群体表型值分布基本符合正态分布。2.应用广义线性模型对生长速度相关候选基因IGF2、JHDM1A,背膘厚性状相关候选基因FTO、COPB1、CMYA2、ANK1和PSMC5和肉质性状候选基因H-FABP、MASTR、CAST、UCP3和MUSTN1进行单基因效应分析,结果显示:IGF2和FTO基因与达100kg体重日龄呈显著关联(P<0.05); JHDM1A和ANK1基因与肩部背膘厚存在显著关联(P<0.05), FTO、PSMC5和ANKl基因与最后肋骨处背膘厚呈显著或极显著关联(P<0.05/P<0.01), PSMC5、CMYA2和ANK1基因与腰荐结合处背膘厚呈显著或极显著关联(P<0.05/P<0.01), PSMC5、CMYA2和ANKl基因与三点平均背膘厚呈显著或极显著关联(P<0.05/P<0.01); H-FABP和MASTR基因与肌内脂肪含量呈显著关联(P<0.05); MYOD1基因与肌肉pH值呈极显著关联(P<0.01),与滴水损失呈显著关联(P<0.05); H-FABP基因与失水率呈显著关联(P<0.05);在本研究中没有发现CAST和MUSTN1基因与肉质性状存在显著关联(P<0.05)。3.利用多基因合并分析方法对生长速度相关候选基因IGF2、JHDM1A以及背膘厚性状相关候选基因FTO、COPB1、CMYA2、ANK1和PSMC5进行多个基因效应分析,结果显示CMYA2、JHDM1A和PSMC5基因共同影响腰荐结合处背膘厚;JHDM1A和ANK1的Bsh1236Ⅰ位点共同影响肩部背膘厚;FTO、CMYA2和PSMC5基因共同影响最后肋骨处背膘厚;PSMC5、CMYA2和COPB1基因共同影响三点平均背膘厚。肉质性状相关候选基因包括UCP3、H-FABP、MASTR、MUSTN1和MYOD1,多个基因效应分析结果显示H-FABP和MASTR基因共同影响肌内脂肪含量。4.运用基因互作效应模型,对生长速度、背膘厚和肉质性状相关候选基因进行分析结果显示:PSMC5和FTO基因与达100kg体重日龄显著关联(P<0.05);对于三点平均背膘厚,PSMC5和CMYA2基因与三点平均背膘呈显著关联(P<0.05);PSMC5分别与JHDM1A基因和IGF2基因相互作用与最后肋骨处背膘厚呈显著关联(P<0.05);PSMC5和ANKl基因Bsh1236Ⅰ位点、CMYA2和FTO基因相互作用与肩部背膘厚呈显著关联(P<0.05);FTO和COPB1基因相互作用与腰荐结合处背膘厚呈显著关联(P<0.05);UCP3和MYOD1基因相互作用与滴水损失呈显著关联;H-FABP分别与MYOD1基因和MASTR基因相互作用与肌肉pH值呈显著关联(P<0.05)。5.通过调取候选基因EST,结合生物信息学和RT-PCR方法,克隆获得猪MUSTN1基因的全基因组序列,该基因包含3个外显子和两个内含子,编码79个氨基酸,GenBank登录号为GU345805;应用辐射杂种板技术将猪MUSTN1基因定位于SSC13q12-22(LOD=5.85),与微卫星SW1400紧密连锁;运用RT-PCR方法,对猪MUSTN1基因在猪心脏、肝脏、脾脏、肾脏、胃和骨骼肌等组织中的表达分布规律进行分析,结果显示MUSTN1基因在各组织广泛表达,且在骨骼肌中有较高的表达量;在我室与通城畜牧局合建的试验群体中检测MUSTN1结果显示:MUSTN1基因c.265C>T位点与平均日增重、腿臀比例、腿臀骨肉率和肉色呈显著关联(P<0.05)。6.本研究通过上述方法同时克隆获得猪MASTR基因的全基因组序列,该基因存在有三个转录本(MASTR-a、MASTR-b和MASTR-c),分别编码416、282和256个氨基酸,GenBank登录号分别为JF957602、JF957603和JF957604,对MASTR的蛋白质结构进行预测发现,MASTR-a转录本为正常剪接产物,编码的蛋白质包含MEF2结合结构域和SAP结构域;并将猪MASTR基因定位于SSC6q11-q21(LOD=10.82),与微卫星SW782紧密连锁;对猪MASTR基因在胚胎期90d、5周龄和成年大白猪不同时期的心脏、肝脏、脾脏、肾脏、胃和骨骼肌中的表达分布规律进行分析,研究结果显示该基因在各组织中广泛表达,其中MASTR-a转录本在各个时期的骨骼肌中呈高表达;在我室与通城畜牧局合建的试验群体中检测MASTR基因c.187C>T多态位点,并与性状进行关联分析,结果显示该突变位点与滴水损失和失水率呈显著关联(P<0.05)。同时对该多态位点在国内外不同品种中的基因型频率分布进行分析,结果显示该突变位点在国内和国外品种之间差异显著(P<0.05)。7.同时本研究成功克隆了猪MASTR基因上游启动子序列2311bp,并对启动子转录因子结合位点的预测,构建8个pGL3报告基因载体,转染pK-15细胞后,双荧光素酶报告基因检测系统分析结果显示,SPl和MYOD1等转录因子对MASTR基因具有转录激活作用。通过对超表达和siRNA转染技术对小鼠MASTR基因初步研究,结果显示MASTR基因可以促进C2C12细胞的增殖。以上工作的完成为多标记辅助选择在育种中的应用提供新的研究思路,对MUSNTl和MASTR基因的研究为猪生长和肉质性状相关候选基因的筛选提供依据,同时对MASTR基因功能的初步分析为深入研究该基因在肌肉生长发育过程中的作用提供基础。
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