地方黄牛与和牛杂交牛肌内脂肪沉积相关遗传位点及基因的挖掘

来源 :宁夏大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lhfheihei
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秦川牛或鲁西牛(地方黄牛)与和牛杂交后代(地方黄牛与和牛杂交牛)会表现出肌内脂肪含量(Intramuscular fat,IMF)的显著差异,为寻找导致地方黄牛与和牛杂交牛IMF差异较大的因素以及与IMF相关的位点及基因,对地方黄牛与和牛杂交牛肌内脂肪沉积相关位点和基因进行研究。本研究对地方黄牛与和牛杂交牛(153头秦川牛×和牛,33头鲁西牛×和牛)进行全基因组重测序,利用集团分离法(Bulked Segregant Analysis,BSA-seq)技术解析了与地方黄牛与和牛杂交牛高低IMF差异的候选区间及位点(Single Nucleotide Polymorphism,SNP),并定位相关候选基因;此外,由于BSA技术的局限性,为提高筛选结果的准确性又通过全基因组关联分析(Genome-Wide Association Studies,GWAS)定位了与背膘厚(Backfat Thickness,BFT)、眼肌面积(Eye muscle area,EMA)、IMF相关的SNPs及基因,根据BSA和GWAS联合筛选的候选区间和SNPs位点开发了KASP分子标记;同时对秦川牛同秦川牛与和牛杂交牛背最长肌组织进行转录组分析,找到秦川牛同秦川牛与和牛杂交牛之间的差异基因,以解析秦川牛与同牛杂交牛同秦川牛之间的差异,并对高低IMF秦川牛与和牛杂交牛相关的差异候选基因与基因组结果进行比对;最后对基因组及转录组筛选出的秦川牛与和牛杂交牛IMF相关基因ELOVL5在牛脂肪细胞增殖分化过程中的表达规律及其作用进行了研究。所取得主要结果如下:1、应用改进的BSA方法对地方黄牛与和牛杂交牛极端高、低IMF样本(16个F1秦川牛与和牛杂交牛样本,14个F2秦川牛与和牛杂交牛样本,13个F3鲁西黄牛与和牛杂交牛样本)关联的位点及区间进行了分析,结果表明在F2和F3群体中,高低IMF群体之间存在高密度等位基因重叠区域。在所有的样本中,与IMF相关性最高的区段位于23号染色体24.8-29.6M之间,与地方黄牛与和牛杂交牛IMF相关的SNPs定位到7号、19号、21号、23号染色体上的部分区域,将强信号的SNPs与基因关联,筛选出17个(CAST、TNXB、NSD3、ELVOL5、GSTA4、AGPAT1、GSTA2、PDE2A、WBP2、MYO9B、FGFR1、FADS6、ZFP57、BOL4-NC1、AIF1、ALDH5A1、GPLD1)与 IMF 相关基因;2、本研究通过GWAS对186头地方黄牛与和牛杂交牛分析检测到32个与IMF、EMA和BFT相关SNPs,其中与IMF相关的22个SNPs集中在13、14、19、21和25号染色体上,与BFT相关的3个SNPs出现在11号染色体上;与EMA相关7个SNPs出现在5、8、11、19、22和23号染色体上;这些SNPs共定位到23个基因,其中11个(WDR97、SCX、ZNF34、DGAT1、HGH1、CCDC43、CD300H、FANCI、ISG20、ANKRD34C、SERPINE)是与IMF相关的候选基因,2个(H1FOO、PLXND1)是与EMA相关的候选基因,10个(ZNF598、NTSR2、SYNGR3、CHID1、LAMB1、AFAP1、CPT2、TSPAN4、SHH、MYH13)是与BFT相关的候选基因。本研究将筛选的位点在8个样本中进行了验证,结果表明g19-55347436号位点的CC基因型为低IMF标记,而TT基因型为高IMF标记。3、通过对秦川牛和高IMF秦川牛与和牛杂交牛转录组结果比较,共筛选了 4个与IMF相关的基因ELOVL3、ACOT2、ND1、ATP8(P<0.05),差异基因主要富集在Thermogenesis信号通路中;对秦川牛和低IMF秦川牛与和牛杂交牛转录组比较筛选出与IMF相关的基因FABP5、APOA1和PLIN2(P<0.05),富集在PPAR和Ferroptosis信号通路中。在高低IMF秦川牛与和牛杂交牛背最长肌组织中,没有发现差异显著的基因。将BSA以及GWAS筛选与IMF相关的基因与转录组结果进行比较,有以下相同的结果CYP21(P<0.05)、ELOVL5(P<0.05)、CDR2L(P<0.05)、PDE2A(P<0.05)、PPP1R18(P<0.05)。4、本试验对24月龄的成年牛脂肪细胞进行培养,对ELOVL5在牛脂肪细胞增殖分化中的影响进行了研究,在转染si-ELOVL5后,通过CCK8、EDU增殖试验、qRT-PCR和Western Blot实验结果表明,干扰ELOVL5后促进前脂肪细胞增殖,过表达ELOVL5抑制前脂肪细胞增殖。通过油红O染色、qRT-PCR和Western Bloting实验结果显示,干扰ELOVL5抑制成脂肪细胞分化,过表达ELOVL5能促进成脂肪细胞分化。综上所述,本研究为地方黄牛与和牛杂交牛IMF分子标记的分析提供了一种基于BSA的QTL定位方法。基于全基因组重测序结合BSA与GWAS关联出与地方黄牛与和牛杂交牛IMF相关的遗传变异位点;结合转录组测序共定位与地方黄牛与和牛杂交牛IMF相关的基因。为地方黄牛与和牛杂交牛的分子育种提供理论基础和参考依据,对地方黄牛与和牛杂交牛的发展具有潜在的经济价值。
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