济宁青山羊(Jining Grey Goat)是我国著名的地方山羊品种,以高繁殖力为特点入选国家畜禽品种志,是山羊繁殖力性能研究的理想动物模型。山羊作为重要的家养动物,其遗传多样性的相关研究一直相对滞后。2017年,基于三代测序的高质量的山羊参考基因组在《Nature Genetics》杂志发表,这一研究为人们在山羊基因组水平上,深入认识、挖掘和研究该物种重要功能基因提供了可靠的依据。另一方面,目前,人们对山羊繁殖性状的内在分子调控机制,以及基因调控网络的认知还相对薄弱。近年来,单细胞测序技术的快速发展为在细胞水平进行全基因组范围内基因调控网络的挖掘,揭示细胞分化命运决定和功能性转录提供了新思路。基于以上事实,本研究选用我国优良地方山羊品种-济宁青山羊为研究对象,采用基因组重测序技术,意在寻找与山羊产羔数性状相关联的遗传变异和新型分子标记,以期从基因组角度揭示山羊产羔数形成的遗传学基础。同时,采用单细胞测序技术,探索山羊卵泡发育过程中,卵母细胞与颗粒细胞的基因表达和调控网络,通过比较分析,揭示产羔数差异个体的生殖细胞发育规律,从而为人为干预和有效利用动物生产性能的实践提供科学指导。本研究的主要结果如下:(1)通过对济宁青山羊进行全基因组重测序,鉴定出大量的遗传变异,同时,在与亚洲野羊以及国内低产羔数群体的比较分析过程中,发现许多新的山羊产羔性状候选基因,包括KIT、ESR1、STIM1、SLC26A2和SPIRE2等,这些基因可能在山羊进化和人工选育过程中受到选择,也是影响山羊繁殖性能的重要分子标记;同时,ERK信号、生殖细胞减数分裂和子宫内胚胎发育等有关信号通路也可能是影响产羔数进化的重要因素。(2)在对济宁青山羊的产羔数性状的关联分析中,通过对济宁青山羊不同产羔数分组的选择消除分析,鉴定出42个与山羊产羔数相关的潜在候选基因,包括LS2分组的KIT、KCNH7和KMT2E,LS3分组的PAK1、PRKAA1和SMAD9基因;富集分析结果显示,细胞发育的程序性细胞死亡、类固醇代谢和胰岛素通路可能也参与了济宁青山羊产羔数性状的进化选择。(3)利用单细胞转录组技术,成功构建出济宁青山羊卵泡发育过程中的颗粒细胞的单细胞转录图谱;在颗粒细胞发育早期,细胞周期和DNA复制的转录过程活跃,在发育后期,细胞激素合成代谢和IGF样生长因子信号作用增强;同时,不同产羔数个体颗粒细胞发育的差异主要体现在早期和后期的功能性转录上。(4)基于单细胞转录组的卵母细胞和颗粒细胞的分析,鉴定出一批可用于识别卵母细胞和颗粒细胞的标记基因;针对卵泡不同发育阶段的卵母细胞和颗粒细胞,筛选出一部分与阶段发育相关联的功能性转录活动。(5)通过配体-受体介导的卵母细胞和颗粒细胞互作分析,详细阐释了NOTCH、TGF-β信号通路和间隙连接调控山羊卵泡发育的分子机制,对比人类卵泡发育过程中有关分子信号的动态表达,揭示出山羊卵泡发育过程中的特殊调控规律。