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挖掘与鉴定影响奶牛产奶性状的关键功能基因及其致因突变是实施奶牛分子育种的重要前提。本研究旨在基于奶牛不同生理阶段的肝脏组织转录组研究,筛选产奶性状(305d产奶量,乳脂率,乳脂量,乳蛋白率和乳蛋白量)候选基因并进行遗传效应分析。
以产奶性状和体况评分接近的3头中国荷斯坦母牛为试验动物,活体采集其三个不同生理阶段(干奶期,泌乳初期与泌乳高峰期)的肝脏组织,进行RNA测序(RNA-sequencing,RNA-seq)。分别获得9.83~11.57G的CleanReads,与奶牛参考基因组序列比对结果表明:有84.49%的CleanReads比对到牛参考基因组上(UMD3.1),有6.2%的Reads比对到基因组的多个位置,有9.31%的Reads未比对到基因组的任何位置。三个生理阶段共获得转录本877个,泌乳初期与干奶期、泌乳高峰期与干奶期、泌乳高峰期与泌乳初期的差异表达基因分别为409个,294个和162个。GO和KEGG分析结果表明:干奶期的表达基因主要参与细胞生长、分化、增殖和细胞死亡;泌乳初期的表达基因主要参与脂肪细胞脂解作用的调节,脂肪酸的降解;泌乳高峰期的表达基因主要与脂肪、碳水化合物和蛋白质的代谢相关。综合差异表达、功能富集、已知奶牛产奶性状QTL和GWAS信息,确定了40个影响产奶性状的候选功能基因,其中已报道的基因16个:APOA1,APOA4,PLIN2,SAA1,GALE,ANGPTL4,ADS2,IGF1,IGF-1R,IGFBP3,PRLR,NUCB2,LPIN1,SLC1A1,FASN和CDKN1A;本研究新提出的候选基因24个:APOM,ABCG5,ABCG8,APOC2,ACADVL,PC,PPP1R3B,SDS,FBP2,PKLR,SCL5A1,SLC35B1,GK,CYP7A1,CD36,CPT1B,HADHA,ODC1,ALDH18A1,PI3KR1,IRF6,GADD45B,DUSP1和LMNA。
针对以上鉴定到的40个候选功能基因,挑选其中2个基因,FBP2和ABCG5,进行遗传效应分析。基于来自北京地区的22个奶牛场、40个公牛家系的1099头中国荷斯坦母牛,分别鉴定到24和25个SNP位点。单标记关联分析结果表明,FBP2基因的SNPs位点与第一泌乳期和第二泌乳期的305d产奶量、乳蛋白率和乳蛋白量这3个产奶性状关联程度达到显著或者极显著水平(P=0.0495~P<0.0001),ABCG5基因的g.26158074A>G,g.26157277G>A,g.26157154A>G和g.26157076C>T这四个SNPs位点与第一泌乳期乳脂率关联程度达到显著水平(P=0.0484~P=0.0258)。同时,单倍型分析的结果与单标记遗传分析的结果相一致。
本研究通过RNA-seq技术鉴定到影响奶牛产奶性状24个新的候选功能基因;Post-RNA-seq从基因组水平上验证了候选基因FBP2对305d产奶量、乳蛋白率、乳蛋白量具有显著遗传效应和ABCG5对乳脂率具有显著遗传效应。
以产奶性状和体况评分接近的3头中国荷斯坦母牛为试验动物,活体采集其三个不同生理阶段(干奶期,泌乳初期与泌乳高峰期)的肝脏组织,进行RNA测序(RNA-sequencing,RNA-seq)。分别获得9.83~11.57G的CleanReads,与奶牛参考基因组序列比对结果表明:有84.49%的CleanReads比对到牛参考基因组上(UMD3.1),有6.2%的Reads比对到基因组的多个位置,有9.31%的Reads未比对到基因组的任何位置。三个生理阶段共获得转录本877个,泌乳初期与干奶期、泌乳高峰期与干奶期、泌乳高峰期与泌乳初期的差异表达基因分别为409个,294个和162个。GO和KEGG分析结果表明:干奶期的表达基因主要参与细胞生长、分化、增殖和细胞死亡;泌乳初期的表达基因主要参与脂肪细胞脂解作用的调节,脂肪酸的降解;泌乳高峰期的表达基因主要与脂肪、碳水化合物和蛋白质的代谢相关。综合差异表达、功能富集、已知奶牛产奶性状QTL和GWAS信息,确定了40个影响产奶性状的候选功能基因,其中已报道的基因16个:APOA1,APOA4,PLIN2,SAA1,GALE,ANGPTL4,ADS2,IGF1,IGF-1R,IGFBP3,PRLR,NUCB2,LPIN1,SLC1A1,FASN和CDKN1A;本研究新提出的候选基因24个:APOM,ABCG5,ABCG8,APOC2,ACADVL,PC,PPP1R3B,SDS,FBP2,PKLR,SCL5A1,SLC35B1,GK,CYP7A1,CD36,CPT1B,HADHA,ODC1,ALDH18A1,PI3KR1,IRF6,GADD45B,DUSP1和LMNA。
针对以上鉴定到的40个候选功能基因,挑选其中2个基因,FBP2和ABCG5,进行遗传效应分析。基于来自北京地区的22个奶牛场、40个公牛家系的1099头中国荷斯坦母牛,分别鉴定到24和25个SNP位点。单标记关联分析结果表明,FBP2基因的SNPs位点与第一泌乳期和第二泌乳期的305d产奶量、乳蛋白率和乳蛋白量这3个产奶性状关联程度达到显著或者极显著水平(P=0.0495~P<0.0001),ABCG5基因的g.26158074A>G,g.26157277G>A,g.26157154A>G和g.26157076C>T这四个SNPs位点与第一泌乳期乳脂率关联程度达到显著水平(P=0.0484~P=0.0258)。同时,单倍型分析的结果与单标记遗传分析的结果相一致。
本研究通过RNA-seq技术鉴定到影响奶牛产奶性状24个新的候选功能基因;Post-RNA-seq从基因组水平上验证了候选基因FBP2对305d产奶量、乳蛋白率、乳蛋白量具有显著遗传效应和ABCG5对乳脂率具有显著遗传效应。