湖南湖北地方黄牛全基因组遗传多样性与选择信号分析

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湖南省和湖北省位于我国南方腹地,处于中国瘤牛和东亚普通牛的混合区域。湖南和湖北地方黄牛品种属于中国南方黄牛,其起源复杂,且在中国牛品种志和当地品种志中的品种鉴定较为模糊。对湖南湖北地方黄牛的起源进化与分类,以及遗传多样性的认识,主要还停留在体型外貌特征的描述上。为了精准鉴定与评价湖南湖北地方黄牛资源,需要从全基因组水平进行深入分析。因此,本研究采集湖南2个地方黄牛品种(湘南黄牛17头、湘西黄牛24头)和湖北3个地方黄牛品种(夷陵牛10头、枣北牛7头、黄陂牛9头),并下载中国瘤牛(皖南牛5头、广丰牛4头、文山牛5头)、印度瘤牛(10头)、东亚普通牛(韩牛10头)、欧洲普通牛(安格斯牛9头、西门塔尔牛8头)以及我国代表性品种秦川牛12头的全基因组重测序数据,构建湖南湖北地方黄牛品种遗传图谱,并研究其遗传多样性、群体遗传结构和基因组选择区域。主要研究结果如下:(1)基于全基因组分析,湘南黄牛为纯种的中国瘤牛血统,其它4个湖南湖北地方黄牛品种均以中国瘤牛血统为主,含有少量普通牛血统,其中瘤牛血统比例由南向北逐渐降低。(2)湖南湖北地方黄牛的mtDNA基因组和Y染色体基因组遗传多样性丰富,从父系和母系分子标记证明湘西黄牛、夷陵牛、黄陂牛和枣北牛以中国瘤牛血统为主,含有少量普通牛血统,湘南黄牛属于中国瘤牛血统。(3)湖南湖北地方黄牛具有较高的遗传多样性。湖南湖北地方黄牛品种的ROH片段明显少于普通牛,其中湖北地方黄牛品种的ROH片段略低于中国瘤牛和印度瘤牛,湖南地方黄牛品种的ROH片段略高于中国瘤牛和印度瘤牛。湖南湖北地方黄牛品种的近交系数仅高于中国瘤牛,核苷酸多样性仅次于中国瘤牛。(4)使用θπ和CLR方法在湖南湖北其他地方黄牛中寻找群体内正选择的候选区域,分别鉴定出210(湘南黄牛)、108(夷陵牛)、80(枣北牛)和49(黄陂牛)个候选基因。富集分析后,在湘南黄牛中鉴定到与繁殖和免疫相关的候选基因和相关通路;在夷陵牛中鉴定到与肌肉肉质相关的候选基因和相关通路;在枣北牛品种中鉴定到与生长发育相关的候选基因和相关通路,这与各品种的种质特征相吻合。(5)以秦川牛作为参考群体,使用θπ、CLR、FST和XP-EHH方法在湘西黄牛中寻找正选择的候选区域,分别鉴定出2225(θπ)、182(CLR)、1264(FST)和553(XPEHH)个候选基因,并发现与耐热性(DNAJC8)相关的基因阳性选择区域以及与役用性能(VGLL2、WASF2、SLC9A1)、肉质(EYA3、MYH10、GPR3等)、皮肤屏障(SFN、PALLD、KDF1、FA2H)和免疫(PTAFR、JAK2等)相关的候选基因和相关通路。本研究从全基因组水平对湖南湖北5个地方黄牛品种的基因组遗传多样性与起源进化进行了系统分析,挖掘出与不同黄牛品种种质特征和优良特性相关的基因与通路,为湖南湖北地方黄牛的种质资源保护、利用与选育提供了理论依据。
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