基于全基因组数据的警犬服从行为性状遗传变异研究

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警犬(Police dog)是十分特殊的群体,该类群是由人类有意识的选育和训练而形成,并持续不断的加强其行为特征。警犬参与人类生活中的方方面面,如救援、寻物、巡逻、警戒、抓捕等,它是世界各地警察必不可少的帮手。服从行为(Obedience behavior)是警犬最基本的警用性状之一。警犬对训练员的服从,是警犬训练和使用的前提条件。然而当前对警犬的选育工作主要是通过对后代表型的观察进行的,这种方法带有一定的主观性和低效性,因此从全基因组层面研究警犬的服从行为对警犬的选育工作具有重要的意义。服从行为作为行为性状的一种,通常更为复杂,不但受多基因控制,而且更容易受到环境因素的影响。即使服从行为的性状比较复杂,但其仍然与遗传基因相关联,因此通过全基因组关联性分析对服从行为性状的分子机制进行研究是可行的。而当前服从行为的遗传机制研究较少,Lisa Lit等人评估了DAT-VNTR等位基因的频率,认为其与服从性得分有关[1]。本研究选取了20只马里努阿犬(Belgian Malinois,BM)与20只昆明犬(Chinese kunming dog,KMD)共40只警犬,对它们的服从行为表型数据及全基因组测序数据进行分析。首先进行主成分分析和群体结构分析,发现马里努阿犬与昆明犬互为独立群体,存在群体分层现象,但两个群体的遗传关系很近,存在混合现象,这些结果提示马里努阿犬与昆明犬有不同但较近的遗传背景。然后运用全基因组关联性分析及遗传差异分析检测了与性状相关的关联信号,找到了三种检测结果重叠的显著性位点共295个。这些位点所在基因部分已知与行为特征或精神疾病相关,有可能是影响服从行为的基因。在全基因组关联性分析结果中十分显著的位点,它们的P值为5.54E-119,也作为候选位点。对以上55个显著性位点进一步研究发现,部分位点的等位基因频率随着服从性的改变而改变,例如Chr16:54,087,058的A等位基因随着服从性的增加而增加,Chr23:0,664,020的T基因也是服从性越高其等位基因频率降低。基于上述结论,我们针对找到的位点设计了基因分型实验(李雪,未发表)。在加入更多的警犬群体(共计143个个体)进行验证后,发现Chr16:54,087,058和Chr23:0,664,020的基因频率在服从性高的群体和服从性低的群体中呈现了相同的趋势。这提示这些基因的表达很有可能对服从行为起到重要的作用。这两个位点所在的基因分别是ENSCAFG00000025123基因(Chr16:54,087,058)和ULK4基因(Chr23:10,664,020),ENSCAFG00000025123基因是一个lnc RNA基因,还没有具体的报道,而ULK4基因有许多文献报道与人类精神分裂症相关。综上所述,我们通过全基因组关联性分析和遗传差异分析筛选出了警犬服从行为性状的关联位点并进行了基因分型验证,找到了与警犬服从行为相关的一系列基因,这些基因已知部分与精神疾病相关。这为我们探究警犬服从行为的遗传机制、更好的理解警犬行为性状的进化提供了新的视角,也为以后的警犬遗传育种提供理论基础。
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