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摘要 [目的]筛选一套能用于我国肉牛进行大规模亲子鉴定的SNP体系。[方法]运用HAPMAP数据结合文献寻找可用于我国肉牛亲子鉴定的SNP位点，筛选SNP位点及确定数目，运用相关公式计算其个体识别力和筛选结果的可信度。[结果]依据筛选标准共选择出38个符合标准的SNP位点，平均多态信息含量为0.364 5，平均观察杂合度为0.478 0。[结论]经分析38个SNP位点多态信息含量、个体识别力及累计个体识别力均符合等位基因数、杂合度、个体识别力等方面的要求，可用于我国大规模肉牛厂进行SNP个体识别鉴定需求。
关键词 牛；单核苷酸多态性；亲子鉴定；个体识别
中图分类号 S188 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）25-08513-03
Abstract [Objective] To screen and set up a new SNP system which can be used for largescale cattle paternity tests. [Method] Using data from HAPMAP and literatures， we picked out SNPs and calculated their discrimination power （DP） and the credibility of the results. [Result] 38 SNPs were selected in the present study， the polymorphism information contents（PIC） were all above 0.364 5， and the average heterozygosity （Ho） was above 0.478 0. [Conclusion] The genetic information of 38 SNP meets the requirements of the number of the alleles， heterozygosity（Het） and discrimination power （DP）. Meanwhile， the established SNPs system is up to the need of individual identification and paternity tests in cattle.
Key words Cattle； Single Nucleotide Polymorphism； Paternity testing； Individual identification
亲子鉴定、个体识别对于处理牛的盗窃案件、走失牛的权属争议案件，对于育种的筛选，精液的来源鉴定，克隆牛的鉴定，牛谱系的扩展重建及新物种形成的鉴定等均具有重要意义。目前，牛亲子鉴定主要应用微卫星（Short tandem repeat，STR）标记和单核苷酸多态性（Single nucleotide polymorphism，SNP）标记。作为第三代分子标记，SNP 标记具有遗传稳定、数量丰富、判型错误率低、检测自动化、操作方便的优点，非常适用于大规模群体的亲子鉴定。随着SNP 检测成本的下降，其在牛亲子鉴定中的发展前景与日俱增。
迄今，国际上牛SNP标记方面的研究日益增多，但由于品种差异，仍缺乏一套适用于我国肉牛进行大规模亲子鉴定的SNP体系，阻碍了实际应用。笔者运用HAPMAP数据结合文献寻找可用于我国肉牛亲子鉴定的SNP位点，筛选SNP位点及确定数目，运用相关公式计算其个体识别力和筛选结果的可信度，为构建SNP复合检测体系提供理论数据。
1 材料与方法
1.1 数据发掘
通过搜索CNKI数据库，收集从1980年至今的相关文献，使用的主要关键词：南阳牛、秦川牛和郏县红牛。在显示出的85 篇文献中，去除综述、评论、通讯等未列出具体数据的文献，对余下的 73 篇文献进行进一步筛选，入选的标准为那些分别列出了南阳牛、秦川牛、郏县红牛基因位点多态性的文献。从每篇文献中提取出以下信息：① 每个基因筛选3个黄牛群体杂合度均较高的一个SNP位点；② 每个SNP位点筛选信息包括：SNP所处染色体（查阅NCBI数据库http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/）、SNP在基因中的位置、群体样本量、等位基因频率、杂合度（Het）、多态信息含量（PIC）、个体识别力（DP）、累计个体识别力（CDP）。
1.2 SNPs筛选
数据中筛选出38个SNP位点的条件：① 3个黄牛群体杂合度均大于0.3；② SNP尽量处于不同染色体上，同一条染色体上SNP位点之间的物理距离至少大于1 Mb。
2.2 各SNP位点对个体识别的评价
根据38个SNP位点等位基因的频率，计算出各位点的个体识别力及累计个体识别力（表1），38个SNP位点的个体识别能力在0.362 1～0.666 4，其中，CAST基因的C962G位点个体识别能力最强，为0.666 4；CDK6基因的T1075C位点个体识别能力最小，只有0.362 1。由此可见，CAST基因的C962G位点在牛个体识别中的作用最大，CDK6基因的T1075C位点在牛个体识别中的作用最小。对单个SNP位点而言，其遗传标记的多态性越高，个体识别能力越强，反之则个体识别能力差。通过公式计算，38个SNP位点的累计个体识别能力大于99.999 9%，达到小数点后13个9的准确度。
3 讨论
动物个体识别和群体多态性研究是依据个体或群体的某些特征判断其来源、 归属及它们之间亲缘关系的一种方法，在生物学研究中具有重要意义。对于牛的个体识别而言，处理盗窃牛案件、走失牛案件，育种的亲子鉴定和筛选，精液的来源鉴定，克隆牛的鉴定，牛谱系的扩展重建及新物种形成的鉴定时，都具有重要作用。传统方法是根据动物外貌特征、染色体特征及血液蛋白多态等进行分析。但这些方法均受到自身各方面的限制，阻碍了它们的进一步发展，特别是用外形相似、染色体特征相同、亲缘关系较近的动物进行识别时效率很低。近年来，分子标记的发展为动物个体或群体识别注入了新活力。其中微卫星（Short tandem repeat，STR）标记由于其多态程度高、分布广泛、且在近缘物种间有一定的同源性，受到广大学者的偏爱[1]。目前，STR标记已在家牛、水牛、马、狗、鸡等畜禽、家禽个体或群体识别中得到应用。然而，随着分子生物学的发展，作为第三代分子标记，单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）标记具有遗传稳定、数量丰富、判型错误率低、检测自动化、操作方便的优点，适用于大规模群体的亲子鉴定。高通量SNP 检测技术的发展和成本的降低，极大程度地推动了SNP 相关研究的发展速度。目前，研究SNP 标记应用于人类或家畜亲子鉴定的报道也越来越多，主要集中于开发不同途径的SNPs 位点组合，构建实用型复合SNP 检测系统。对于牛个体识别而言，应用于牛种质资源鉴定、盗窃、走失等的权属争议案件，以及育种中系谱的扩展重建等。研究表明，各国牛群平均系谱错误率可达11% 左右[2]。而错误的系谱对牛育种规划的实施和遗传改良工作有显著的不良影响，造成不必要的损失[3]。因此，利用分子标记技术对牛进行个体识别具有很重要的意义。 随着SNP检测成本的下降，其在牛亲子鉴定中有取代微卫星标记之势[4]。HEATON等[5]利用32个SNP标记实现了对美国安格斯牛群体的亲子鉴定分析，周磊[6]通过比较微卫星和单核苷酸多态标记对奶牛亲子鉴定的效率，结果表明，单个微卫星标记的推断效率一般高于单个SNP标记，但当SNP标记达到一定数目后，其推断效率能够达到甚至超过微卫星。目前，美国、加拿大等国家已建立了适合本国荷斯坦牛和肉牛的SNP亲子鉴定体系；我国也已形成了荷斯坦牛微卫星亲子鉴定技术体系，但还没有开展肉牛亲子鉴定相关研究。该研究收集我国著名三大本地黄牛品种（南阳牛、秦川牛、郏县红牛）遗传多态性数据，共筛选出38个符合标准的SNP 标记，分别位于24条染色体上，最低PIC为0.299 8和最高PIC为0.375。 累计个体识别力达到小数点后13个9的准确度，平均观察杂合度为0.478 0，能够进行个体识别分析。经分析多态信息含量、个体识别力及累计个体识别力均符合等位基因数、杂合度、个体识别力等方面的要求。可用于我国大规模肉牛厂进行SNP个体识别鉴定需求。在该研究的基础上，可以进行无相关个体的试验研究，从而更准确地进行我国黄牛的个体识别鉴定。
参考文献
[1] BRUFORD M W，WAYNE P K.Microsatellite and their applications to population genetic studies [J].Current Opinion in Genetics and Development，1993，3： 939-943.
[2] BANOS G，WIGGANS G R，POWEL R L.Impact of paternity errors in cow identification on genetic evaluations and international comparisons [J].J Dairy Sci，2011，84： 2523-2529.
[3] ISRAEL C，WELLER J I.Effect of misidentification on genetic gain and estimation of breeding value in dairy cattle populations [J].J Dairy Sci，2009，83： 181-187.
[4] 李东.利用SNP标记进行奶牛亲子鉴定的研究[D].北京： 中国农业大学，2010.
[5] HEATON M P，HARHAY G P，BENNETT G L，et al.Selection and use of SNP markers for animal identification and paternity analysis in US beef cattle [J].Mamm Genome，2002，13： 272-281.
[6] 周磊.利用微卫星和SNP标记信息进行奶牛亲子鉴定的模拟研究 [D].北京： 中国农业大学，2010.
关键词 牛；单核苷酸多态性；亲子鉴定；个体识别
中图分类号 S188 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）25-08513-03
Abstract [Objective] To screen and set up a new SNP system which can be used for largescale cattle paternity tests. [Method] Using data from HAPMAP and literatures， we picked out SNPs and calculated their discrimination power （DP） and the credibility of the results. [Result] 38 SNPs were selected in the present study， the polymorphism information contents（PIC） were all above 0.364 5， and the average heterozygosity （Ho） was above 0.478 0. [Conclusion] The genetic information of 38 SNP meets the requirements of the number of the alleles， heterozygosity（Het） and discrimination power （DP）. Meanwhile， the established SNPs system is up to the need of individual identification and paternity tests in cattle.
Key words Cattle； Single Nucleotide Polymorphism； Paternity testing； Individual identification
亲子鉴定、个体识别对于处理牛的盗窃案件、走失牛的权属争议案件，对于育种的筛选，精液的来源鉴定，克隆牛的鉴定，牛谱系的扩展重建及新物种形成的鉴定等均具有重要意义。目前，牛亲子鉴定主要应用微卫星（Short tandem repeat，STR）标记和单核苷酸多态性（Single nucleotide polymorphism，SNP）标记。作为第三代分子标记，SNP 标记具有遗传稳定、数量丰富、判型错误率低、检测自动化、操作方便的优点，非常适用于大规模群体的亲子鉴定。随着SNP 检测成本的下降，其在牛亲子鉴定中的发展前景与日俱增。
迄今，国际上牛SNP标记方面的研究日益增多，但由于品种差异，仍缺乏一套适用于我国肉牛进行大规模亲子鉴定的SNP体系，阻碍了实际应用。笔者运用HAPMAP数据结合文献寻找可用于我国肉牛亲子鉴定的SNP位点，筛选SNP位点及确定数目，运用相关公式计算其个体识别力和筛选结果的可信度，为构建SNP复合检测体系提供理论数据。
1 材料与方法
1.1 数据发掘
通过搜索CNKI数据库，收集从1980年至今的相关文献，使用的主要关键词：南阳牛、秦川牛和郏县红牛。在显示出的85 篇文献中，去除综述、评论、通讯等未列出具体数据的文献，对余下的 73 篇文献进行进一步筛选，入选的标准为那些分别列出了南阳牛、秦川牛、郏县红牛基因位点多态性的文献。从每篇文献中提取出以下信息：① 每个基因筛选3个黄牛群体杂合度均较高的一个SNP位点；② 每个SNP位点筛选信息包括：SNP所处染色体（查阅NCBI数据库http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/）、SNP在基因中的位置、群体样本量、等位基因频率、杂合度（Het）、多态信息含量（PIC）、个体识别力（DP）、累计个体识别力（CDP）。
1.2 SNPs筛选
数据中筛选出38个SNP位点的条件：① 3个黄牛群体杂合度均大于0.3；② SNP尽量处于不同染色体上，同一条染色体上SNP位点之间的物理距离至少大于1 Mb。
2.2 各SNP位点对个体识别的评价
根据38个SNP位点等位基因的频率，计算出各位点的个体识别力及累计个体识别力（表1），38个SNP位点的个体识别能力在0.362 1～0.666 4，其中，CAST基因的C962G位点个体识别能力最强，为0.666 4；CDK6基因的T1075C位点个体识别能力最小，只有0.362 1。由此可见，CAST基因的C962G位点在牛个体识别中的作用最大，CDK6基因的T1075C位点在牛个体识别中的作用最小。对单个SNP位点而言，其遗传标记的多态性越高，个体识别能力越强，反之则个体识别能力差。通过公式计算，38个SNP位点的累计个体识别能力大于99.999 9%，达到小数点后13个9的准确度。
3 讨论
动物个体识别和群体多态性研究是依据个体或群体的某些特征判断其来源、 归属及它们之间亲缘关系的一种方法，在生物学研究中具有重要意义。对于牛的个体识别而言，处理盗窃牛案件、走失牛案件，育种的亲子鉴定和筛选，精液的来源鉴定，克隆牛的鉴定，牛谱系的扩展重建及新物种形成的鉴定时，都具有重要作用。传统方法是根据动物外貌特征、染色体特征及血液蛋白多态等进行分析。但这些方法均受到自身各方面的限制，阻碍了它们的进一步发展，特别是用外形相似、染色体特征相同、亲缘关系较近的动物进行识别时效率很低。近年来，分子标记的发展为动物个体或群体识别注入了新活力。其中微卫星（Short tandem repeat，STR）标记由于其多态程度高、分布广泛、且在近缘物种间有一定的同源性，受到广大学者的偏爱[1]。目前，STR标记已在家牛、水牛、马、狗、鸡等畜禽、家禽个体或群体识别中得到应用。然而，随着分子生物学的发展，作为第三代分子标记，单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）标记具有遗传稳定、数量丰富、判型错误率低、检测自动化、操作方便的优点，适用于大规模群体的亲子鉴定。高通量SNP 检测技术的发展和成本的降低，极大程度地推动了SNP 相关研究的发展速度。目前，研究SNP 标记应用于人类或家畜亲子鉴定的报道也越来越多，主要集中于开发不同途径的SNPs 位点组合，构建实用型复合SNP 检测系统。对于牛个体识别而言，应用于牛种质资源鉴定、盗窃、走失等的权属争议案件，以及育种中系谱的扩展重建等。研究表明，各国牛群平均系谱错误率可达11% 左右[2]。而错误的系谱对牛育种规划的实施和遗传改良工作有显著的不良影响，造成不必要的损失[3]。因此，利用分子标记技术对牛进行个体识别具有很重要的意义。 随着SNP检测成本的下降，其在牛亲子鉴定中有取代微卫星标记之势[4]。HEATON等[5]利用32个SNP标记实现了对美国安格斯牛群体的亲子鉴定分析，周磊[6]通过比较微卫星和单核苷酸多态标记对奶牛亲子鉴定的效率，结果表明，单个微卫星标记的推断效率一般高于单个SNP标记，但当SNP标记达到一定数目后，其推断效率能够达到甚至超过微卫星。目前，美国、加拿大等国家已建立了适合本国荷斯坦牛和肉牛的SNP亲子鉴定体系；我国也已形成了荷斯坦牛微卫星亲子鉴定技术体系，但还没有开展肉牛亲子鉴定相关研究。该研究收集我国著名三大本地黄牛品种（南阳牛、秦川牛、郏县红牛）遗传多态性数据，共筛选出38个符合标准的SNP 标记，分别位于24条染色体上，最低PIC为0.299 8和最高PIC为0.375。 累计个体识别力达到小数点后13个9的准确度，平均观察杂合度为0.478 0，能够进行个体识别分析。经分析多态信息含量、个体识别力及累计个体识别力均符合等位基因数、杂合度、个体识别力等方面的要求。可用于我国大规模肉牛厂进行SNP个体识别鉴定需求。在该研究的基础上，可以进行无相关个体的试验研究，从而更准确地进行我国黄牛的个体识别鉴定。
参考文献
[1] BRUFORD M W，WAYNE P K.Microsatellite and their applications to population genetic studies [J].Current Opinion in Genetics and Development，1993，3： 939-943.
[2] BANOS G，WIGGANS G R，POWEL R L.Impact of paternity errors in cow identification on genetic evaluations and international comparisons [J].J Dairy Sci，2011，84： 2523-2529.
[3] ISRAEL C，WELLER J I.Effect of misidentification on genetic gain and estimation of breeding value in dairy cattle populations [J].J Dairy Sci，2009，83： 181-187.
[4] 李东.利用SNP标记进行奶牛亲子鉴定的研究[D].北京： 中国农业大学，2010.
[5] HEATON M P，HARHAY G P，BENNETT G L，et al.Selection and use of SNP markers for animal identification and paternity analysis in US beef cattle [J].Mamm Genome，2002，13： 272-281.
[6] 周磊.利用微卫星和SNP标记信息进行奶牛亲子鉴定的模拟研究 [D].北京： 中国农业大学，2010.