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中国长吻鮠生长相关标记及候选基因的全基因组关联研究

期刊:aquacultureDOI:10.1016/j.aquaculture.2022.738513

这篇文档属于类型a,即报告了一项原创性研究。以下是对该研究的学术报告:

作者及机构

该研究的主要作者包括Cheng-yan Mou、Yu Li、Jian Zhou、Qiang Li、Bo Zhou、Zhen Wei、Hui Luo、Hong-yu Ke、Yuan-liang Duan、Wan-ting Zhai、Zhi-peng Huang、Han Zhao、Zhong-meng Zhao、Jun Du、Hua Ye和Lu Zhang。研究由多个机构合作完成,包括四川省农业科学院渔业研究所、西南大学淡水鱼类繁殖与发育教育部重点实验室以及四川省长吻鮠原种场。该研究于2022年6月16日发表在期刊《Aquaculture》上,文章编号为738513。

学术背景

该研究属于水产养殖和遗传育种领域,重点关注中国长吻鮠(Leiocassis longirostris)的生长性状。长吻鮠是中国重要的水产养殖物种,因其肉质优良、营养丰富且生长迅速而备受市场青睐。生长性状直接影响鱼类产量,因此研究其遗传机制对水产养殖业具有重要意义。然而,针对长吻鮠生长性状的全基因组关联研究(GWAS, Genome-Wide Association Study)尚未开展。本研究旨在通过GWAS技术,鉴定与长吻鮠生长性状相关的单核苷酸多态性(SNP, Single-Nucleotide Polymorphism)位点和候选基因,为未来的标记辅助选择(MAS, Marker-Assisted Selection)提供科学依据。

研究流程

研究流程包括以下几个主要步骤:

  1. 实验鱼的选择与样本采集
    研究选取了200尾2.5岁的长吻鮠作为实验对象,这些鱼来自四川省农业科学院渔业研究所的人工繁殖群体。研究人员测量了每尾鱼的体重、全长、体长、头宽、吻长和尾柄深度等生长性状,并采集了鳍组织样本用于基因组DNA提取。

  2. 文库构建与测序
    使用NEB Next® Ultra DNA Library Prep Kit构建测序文库。基因组DNA经过限制性内切酶消化后,连接到适配子并进行PCR扩增。扩增产物经过纯化后,使用Illumina NovaSeq 6000平台进行150 bp双端测序。

  3. SNP基因分型与过滤
    测序数据经过过滤后,比对到长吻鮠参考基因组(PRJNA692071)。使用SAMtools进行SNP调用,并通过过滤条件(如SNP间隔≥5 bp、缺失率≤0.5、次要等位基因频率MAF > 0.05)筛选高质量SNP。最终使用ANNOVAR软件对SNP进行注释。

  4. 群体结构与遗传相关性评估
    使用PLINK软件评估200尾鱼的群体结构,并通过TreeBest和iTOL构建系统发育树。此外,使用PopLDdecay软件计算连锁不平衡(LD, Linkage Disequilibrium)水平。

  5. 全基因组关联分析
    使用GEMMA软件基于混合线性模型(MLM, Mixed Linear Model)进行GWAS分析。显著性阈值通过Bonferroni校正和置换检验确定,显著关联的SNP位点定义为-log10(p) ≥ 5.21。

  6. 候选基因鉴定
    在显著SNP位点上下游100 kb区域内筛选候选基因,并根据其位置和功能进行注释。

主要结果

  1. 基因组变异与群体结构
    研究共检测到1,260,645个高质量SNP,其中32,602个为非同义突变。系统发育树和主成分分析(PCA, Principal Component Analysis)显示实验群体分为3个亚群,且群体内遗传关系紧密。

  2. 生长性状的GWAS结果
    GWAS分析鉴定出31个与生长性状显著相关的SNP位点,分别位于不同染色体上。其中,染色体16(Chr16)上的SNP位点与多个生长性状显著相关,表明Chr16在长吻鮠生长性状中起重要作用。

  3. 候选基因分析
    在显著SNP位点附近共鉴定出96、31、39、61、22和36个候选基因,分别与体重、全长、体长、头宽、吻长和尾柄深度相关。Chr16上的18个候选基因中,ENOX2、KY和COMA1等基因在细胞增殖、肌肉生长和骨骼发育中发挥重要作用。

结论

本研究首次在长吻鮠中开展了生长性状的全基因组关联分析,鉴定出多个显著相关的SNP位点和候选基因。这些结果为理解长吻鮠生长性状的遗传机制提供了重要线索,并为未来的标记辅助选择育种奠定了基础。特别是Chr16上的候选基因,可能成为未来育种的重要靶点。

研究亮点

  1. 首次长吻鮠GWAS研究
    这是首次在长吻鮠中开展的全基因组关联研究,填补了该物种生长性状遗传研究的空白。

  2. Chr16的关键作用
    研究发现Chr16上的SNP位点和候选基因与多个生长性状显著相关,提示该染色体在长吻鮠生长调控中的核心地位。

  3. 候选基因的功能验证
    鉴定出的候选基因如ENOX2、KY和COMA1在细胞增殖、肌肉生长和骨骼发育中具有明确功能,为后续功能验证研究提供了方向。

其他有价值的内容

研究还详细描述了实验鱼的处理和测序数据的分析方法,为其他鱼类GWAS研究提供了参考。此外,研究团队开发的SNP过滤和注释流程也为高通量数据分析提供了技术支持。

本研究通过全基因组关联分析揭示了长吻鮠生长性状的遗传基础,为水产养殖业的遗传改良提供了重要的科学依据。

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