我国地方黄牛品种数较多且适应性强,但肉质生产性能等方面相较于国外黑毛和牛及安格斯牛等仍有一定的差距,这也是目前国内高档牛肉长期依赖进口问题的根源所在。另外,国内一些盲目引种杂交,造成了很多地方品种纯种数量急剧下降,有些品种甚至濒临灭绝(如大额牛)。近些年,高通量测序技术的出现为物种保护及资源开发与利用创造新机会和挑战,该领域的突破为科学地提高动植物育种效率以及全面探索遗传信息提供技术支持。2009年,牛的全基因组序列成功组装,为不同品种牛的功能基因组学研究奠定理论基础。本研究便利用二代测序技术,对秦川牛、黑毛和牛、安格斯牛及大额牛进行基因组、转录组测序和比较分析,以期揭示不同品种牛的遗传特性,为我国肉牛遗传改良以及地方牛品种保护提供科学依据。主要研究结果如下:(1)对秦川牛、黑毛和牛及安格斯牛进行了全基因组测序,共获得343.69G数据,与UMD3.1参考基因组进行比对,平均比对率为99.08%,平均测序深度为11.14×。共检测到24562477个单核苷酸多态位点(SNP)、2764904个插入/缺失变异(In Del)、27699个拷贝数变异(CNV)和429748个结构变异(SV),秦川牛的各类型遗传变异数目均明显高于黑毛和牛和安格斯牛,说明秦川牛遗传多样性较高。与db SNP140数据库比较,发现检测到的32.20%的SNPs和41.09%的In Del是新发现的,丰富了现有遗传突变数据库。通过全基因组扫描分析,在黑毛和牛基因组中筛选到了985个受选择基因,这些基因显著富集到了脂肪酸代谢、黑色素沉积等相关信号通路和功能分类;在安格斯牛基因组中筛选到了1298个受选择基因,这些基因显著富集到了甲状腺激素信号通路、胰岛素相关通路、AMPK信号通路,催产素信号通路等重要经典通路和功能分类;与黑毛和牛和安格斯牛相比较,在秦川牛基因组中筛选到了4622个品种特异性错义突变相关基因,这些基因显著富集到了自身免疫反应、抗原处理和提呈、免疫应答、非洲锥形虫病等信号通路和功能分类。该研究结果为解析黑毛和牛肉质好、黑色被毛,安格斯牛肉质好、繁殖性能优,秦川牛适应性好、抗逆性强等遗传特性提供理论依据。(2)对大额牛进行了全基因组测序,共获得了42.77G数据,测序深度为13.06×,在UMD3.1参考基因组上的比对率为98.44%。在大额牛基因组中共检测到了23828562个SNP、1970270个In Del、3659个CNV和70810个SV,其中62.24%的SNPs和64.50%的In Dels是新发现的。与黑毛和牛和安格斯牛相比,大额牛的各类型遗传变异数目均明显较高,说明黑毛和牛和安格斯牛驯化和选择程度要强于大额牛。结果还显示大额牛SNP在各个染色体上的分布规律和测序数据比对率、覆盖度与黑毛和牛、安格斯牛的非常一致,暗示了大额牛染色体数目(2n=56)相对于普通牛(2n=58)少两条,可能是在进化过程中发生过染色体融合事件。与黑毛和牛和安格斯牛相比较,在大额牛基因组中筛选到了6167个品种特异性错义突变相关基因,这些基因显著富集到了补体系统、生物附着、外部刺激应答、防御反应等信号通路和功能分类,可能与大额牛抗逆性强有一定的内在联系,值得进一步研究。此外,大额牛群体历史规模推测表明其在进化过程中经历过两次群体扩张和两次群体收缩,而且分析推断群体大小波动与气候环境变化有关。利用单拷贝基因分析父系遗传和利用线粒体基因组分析母系遗传,我们推断大额牛可能是雄性野牛与雌性家牛杂交后代进化而来的独立牛种。(3)对秦川牛、黑毛和牛和安格斯牛背最长肌进行高通量转录组测序,通过差异表达基因分析,分别与另外两个品种比较,在黑毛和牛背最长肌中筛选了36个显著差异高表达的基因,这些基因明显富集到了脂质代谢相关的通路和功能分类,从转录组水平揭示了黑毛和牛脂肪沉积能力强的遗传特性;在秦川牛背最长肌中筛选了37个显著差异高表达的基因,这些基因明显富集到了免疫与病虫易感性相关通路和功能分类,从转录组水平揭示了秦川牛适应性强的遗传特性;在安格斯牛背最长肌中筛选了162个显著差异高表达的基因,但这些基因仅富集到了4条通路和功能分类,其中两条与机体免疫相关,可能说明了安格斯牛具有较强的免疫能力。(4)鉴于黑毛和牛和秦川牛分别是肉质好和适应性强的品种代表,本试验将转录组与基因组联合研究,筛选与黑毛和牛脂质代谢、秦川牛免疫和适应性相关的受选择基因和差异表达基因,并探索两类基因之间的调控关系。结果发现,ELOVL6基因是黑毛和牛两组学筛选到的共有基因,该基因与脂质代谢密切相关,可作为影响肉质的重要候选基因;BLA-DQB、HBA、PRG4和VWF是秦川牛两组学筛选到的共有基因,可能在牛机体适应性调节中发挥重要作用。调控网络分析发现,基因组筛选到的受选择基因与转录组筛选到的高表达基因之间存在十分密切的联系,为揭示黑毛和牛脂质代谢调控和秦川牛免疫应答等特性的分子机制提供科学依据。综上所述,本研究通过高通量测序技术,对秦川牛、黑毛和牛和安格斯牛进行基因组和转录组比较研究,分析它们的遗传差异,从基因组和转录组不同角度揭示不同品种肉牛特性的内在遗传差异,为我国肉牛遗传改良、培育自主高档肉用新品种提供科学依据。另外,通过对大额牛进行了全基因组测序研究,揭示了其强适应性的潜在遗传机制,并进一步的解析了其演化历史,为我国地方品种资源保护与利用奠定理论基础。