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构建全球多品种最精准千猪单倍型库并应用其解析复杂性状因果基因

显著提升基因组育种效率

2023年8月23日，宝威体育APP猪遗传改良与种质创新全国重点实验室黄路生院士团队在Nature Communications在线发表题为“Accurate haplotype construction and detection of selection signatures enabled by high quality pig genome sequences (doi: https://doi.org/10.1038/s41467-023-40434-3)”研究成果。该研究对全球43个猪种共计1096个高深度重测序样本，结合系谱信息、有效单倍型读长（Phase informative Reads）以及连锁不平衡信息，构建了覆盖全球多品种、大样本、最准确的千猪单倍型数据库，并应用该单倍型数据库在猪复杂性状因果机制解析，基因组选育以及进化选择方面进行了创新探索。中国科学院院士、中国畜牧兽医学会理事长、宝威体育APP猪遗传改良与种质创新全国重点实验室主任黄路生，宝威体育APP张志燕研究员为共同通讯作者，宝威体育APP童信凯博士（现为江西师范大学教师）为第一作者。

研究背景：猪不仅是人类重要的肉类来源，还是理想的人类医学模型和具有广阔前景的异种移植器官供体。解析猪重要性状的遗传机理及长期选育过程的进化机制不仅为培育生长快、健康味美的优质种猪提供坚实保障，也为人类疾病模型创建及治疗提供科学依据。然而，精细解析复杂性状的遗传机理亟须多品种、大样本的猪全基因组序列。构建大样本、多品种、高准确度的猪全基因组单倍型数据库不仅能有效助力猪复杂性状遗传解析，还能极大提升猪育种的遗传进展，理解猪的进化历程及其在自然和人工选择过程中的选择印记。

主要创新：（1）构建了高质量猪参考单倍型资源库。黄路生院士团队利用遍布全球的43个猪种共计1096个样本为研究材料，对包括亚洲野猪、中国东南家猪、中国西北家猪、欧亚杂交猪、欧洲杂交猪、欧洲家猪、欧洲野猪内的多个品种和3个具有系谱信息的资源家系群体，进行高深度基因组重测序，共挖掘了41，964，356个变异位点并对其进行基因分型，经中芯1号芯片基因型和家系信息共同验证其准确性，发现基因型准确度高达98.6%。随后，作者结合有效单倍型读长、系谱结构和连锁不平衡信息，构建了一个涵盖丰富遗传变异、多品种、大样本、定相准确的高质量猪参考单倍型库。该单倍型库不仅在复杂性状遗传解析、基因组选育中具有重要作用，还在进化选择分析中同时鉴别到了受平衡选择和正向选择的候选基因。

（2）鉴定了影响肌内脂肪含量的潜因果基因并显著提升肌内脂肪含量的育种值准确性。为了评估单倍型库在复杂性状遗传解析上的应用，作者下载了与本研究群体无关的已发表的猪低密度芯片基因型和肌内脂肪含量表型数据，通过单倍型库填充策略将遗传变异数量从50k填充至千万级别。利用填充后的基因型与肌内脂肪含量表型重新进行关联分析，新鉴定了与肌内脂肪极显著关联5位点（6.4 Π10^-9≤P≤ 7.6 Π10^-20），其中两个候选基因与脂肪生成高度相关,是重要的肌内脂肪含量的候选基因。此外，该研究还利用填充后的基因型以及GWAS的效应位点对个体的育种值进行了育种值评估。与简单的芯片估计相比，纳入单倍型后育种值估计的准确性提升了36.7%，极显著地提升了肌内脂肪含量的遗传进展。

（3）挖掘了平衡选择和正选择的候选基因并阐明了其受选择区域影响的表型及潜在机理。多品种、大样本、高质量的猪参考单倍型库还是进化选择分析的重要参考。本项目在中国东南家猪、中国西北家猪、杂交猪和欧洲家猪的平衡选择分析中发现一个平衡选择基因MUC13，该基因在所有猪种中只存在两种单倍型。为了进一步解析该基因平衡选择的表型，项目利用前期构建的F2资源群体对300多项与生殖、肉质、血液、细胞、生长和免疫性状相关的表型进行扫描，结果发现MUC13的单倍型1个体表现为仔猪腹泻表型，而生长相关性状则显著增长，单倍型2个体表现为抗仔猪腹泻表型，但生长相关性状较单倍型1个体缓慢。该结果揭示了MUC13基因受平衡选择的潜在机理，提示广大动物育种工作者在育种过程中应科学选配受平衡选择的基因的个体。另一方面，由于研究中所涉及的猪种在体型上差异巨大，为了探究体型差异背后的遗传因素，作者针对猪体型大小进行了正向选择分析。结果鉴定到36个影响猪体型大小的候选基因，其中的6个已证实与畜禽体型大小相关。除此之外，作者还鉴定到一个影响体型大小的新候选基因NPR3，该基因不仅与人类身高和骨骼框架大小有关，还会导致小鼠骨骼的过度生长，是一个强候选基因，可为猪遗传育种提供重要借鉴。

研究意义：本成果构建全球多品种最精准千猪单倍型库，应用精准的单倍型库及提供的全球猪种基因组上丰富的变异资源,通过典型案例，研究者阐明了其在猪复杂性状遗传解析、育种效率提升、进化选择分析上的重要应用，研究成果对提升生猪种业基因组选择育种，定向创制具有重要市场竞争力的新品种或配套系具有重要价值。

报道：科技处 编发：宣传部