CN110195115B - 与公猪***直线运动相关的分子遗传标记及其应用和获取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及分子标记技术领域,特别涉及与公猪***直线运动相关的分子遗传标记及其应用和获取方法,本发明通过全基因组关联分析(wssGWAS)分析法对公猪***的直线运动性状进行分析,获得关于公猪***直线运动相关分子遗传标记3个,分别位于猪的15号染色体136112947bp位置,为一个T>C突变;猪第3号染色体的第18505448bp位置,为一个A>G突变;猪第11号染色体的第63272581bp位置,为一个C>T突变;利用本方法分析与公猪***直线运动能力简单、高效、快速。
Description
【技术领域】
本发明涉及分子标记技术领域,特别涉及与公猪***直线运动相关的分子遗传标记及其应用和获取方法。
【背景技术】
近年来,随着养猪业的规模化、集约化发展,遗传改良对于生产效益的影响越来越大。在过去的几十年里,越来越多的猪场使用鲜精进行人工授精。因此,人工授精已在猪生产高度集约化的国家成为一种强有力的工具。每剂***的受精能力与其***质量密切相关,所以输精之前对***进行检测是必不可少的。传统的***质量分析方法,如光学显微镜下的检查分析,很方便快捷且很便宜。传统的***质量检测参数只能粗略地了解到被检***的生育潜力。更精细的方法才能更好地阐明优良的种公猪及其高质量***之间在***质量方面的细微差别。
直线前进运动***数是指每毫升***中呈直线运动的***数量(亿/mL),按照直线前进运动***数=测定值×活力。国内外许多学者认为,***直线运动速度、***平均路径速度等与***迁移率密切相,因此测定猪的***直线运动能力有助于客观评价公猪的***质量。
随着分子数量遗传学的发展,关联分析成为研究功能候选基因的一种可靠方法,即利用候选基因多态性与能够说明某一性状的指标建立相关模型进行统计分析,从而找到显著影响某一性状的分子标记。因此,研究新的基因SNP标记与猪***直线运动能力的关系,为猪的***品质提供新的标记资源对猪的遗传育种有着重大意义。
基于覆盖全基因组的高密度SNP数据和大群体的性状表型记录,可通过全基因组关联分析技术(GWAS)准确定位控制性状的候选基因。尽管该技术仍然存在一些缺陷,其已被广泛应用于人类复杂疾病候选基因挖掘和畜禽重要经济性状关键基因的定位。经典的GWAS一般基于Plink等软件对所有标记逐个进行单标记回归分析,继而设定一个显著阈值来筛选显著位点。这类方法往往面临计算强度大、过高估计标记效应、显著性阈值设定不合理等问题。为了进一步提高GWAS的效率,有必要对GWAS法进行改进,提高筛选分子标记的准确率和效率。
【发明内容】
鉴于上述内容,有必要提供与公猪***直线运动相关的分子遗传标记及其应用和获取方法,该分子遗传标记位于猪的15号染色体136112947bp位置;为T>C突变和/或位于猪第3号染色体的第18505448bp位置为A>G突变和/或位于猪的11号染色体63272581bp位置;为C>T突变根据该突变可设计出用于扩增该分子标记的引物和鉴定分子标记的探针;进而应用于筛选具有高***直线运动的公猪,从而将其应用于猪的人工授精;本申请利用一步法全基因组关联分析法进行分析,能有效提高筛选分子标记的准确率和效率。
为达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:
本发明的猪基因组序列参考国际猪基因组10.2版本参考序列:
与公猪***直线运动相关的分子遗传标记,所述的分子遗传标记至少包括以下标记之一:
标记一:位于猪第15号染色体的第136112947位核苷酸位点,该位点的碱基为C或T,对应核苷酸序列表SEQ ID NO.1的第101位碱基;申请人将该遗传标记位点命名为:H3GA0045612。
标记二:位于猪第3号染色体的第18505448位核苷酸位点,该位点的碱基序列为A或G,对应核苷酸序列表SEQ ID NO.2的第101位碱基。申请人将该遗传标记位点命名为:MARC0113856。
标记三:位于猪第11号染色体的第63272581位核苷酸位点,该位点的碱基序列为C或T,对应核苷酸序列表SEQ ID NO.3的第101位碱基。申请人将该遗传标记位点命名为:WU_10.2_11_69360167。
本发明还提供了一种用于扩增所述分子遗传标记的引物或鉴定所述分子遗传标记的探针。
本发明还提供了一种含有所述引物或探针的试剂盒。
本发明还提供了一种所述分子遗传标记在检测公猪***直线运动能力、辅助猪的人工授精、辅助选育和/或选育***直线运动能力高的种猪中的应用。
本发明还提供了一种选育或辅助选育公猪***直线运动能力高的种猪的方法,所述方法为:提取公猪的总DNA,检测公猪第5号染色体的第136112947位核苷酸或公猪第11号染色体的第63272581位核苷酸,测出第136112947位核苷酸或公猪第11号染色体的第63272581位核苷酸的序列为C或T、或C和T,确定待测猪的基因型是CC型、TT型或CT型,选择CC型基因的公猪进行下一步选种和/或育种;或检测公猪第3号染色体的第18505448位核苷酸位点,测出第18505448位核苷酸的序列为A或G、或A和G,确定待测猪的基因型是AA型、GG型或GA型,选择AA型基因的公猪进行下一步选种和/或育种。
进一步的,所述CC基因型为公猪第5号染色体的第136112947位核苷酸或公猪第11号染色体的第63272581位核苷酸为C的纯合体;TT基因型为第5号染色体的第136112947位核苷酸或公猪第11号染色体的第63272581位核苷酸为T的纯合体;CT基因型为猪第5号染色体的第136112947位核苷酸或公猪第11号染色体的第63272581位核苷酸为C与T的杂合体;所述AA基因型为公猪第3号染色体的第18505448位核苷酸为A的纯合体;GG基因型为第3号染色体的第18505448位核苷酸为G的纯合体;GA基因型为猪第5号染色体的第18505448位核苷酸为A与G的杂合体。
本发明还提供了一种获取与公猪***直线运动相关的分子遗传标记的方法,所述方法为:采集公猪的耳组织样品和/或血液为样品,提取总DNA,并对DNA进行质量检测,获得全基因组的SNP标记基因型;采用基因比对的方法对获得的SNP标记的物理位置,对于基因组位置未知的SNP不用于关联分析,对所有常染色体上的SNP标记,进行质量控制筛选出SNP,之后对筛选出来的SNP进行全基因组关联分析获得分子遗传标记,所述质量控制标准为:个体检出率≥90%;SNP检出率≥90%;最小等位基因频率≥0.01;哈迪温伯格平衡的p值≥106。
进一步的,所述全基因组关联分析方法为:
为了充分利用所有表型数据和基因型数据,本发明专利采用加权的一步法全基因组关联分析法(weighted single step genome-wide association study,wssGWAS)进行全基因组关联分析。该方法首先基于混合模型方程组来估计个体育种值,继而基于育种值模型与标记效应模型的等价关系将育种值转换为标记效应。本发明采用的全基因组关联分析模型如下:
y=Xb+Za+Wp+Age+Intv+e
式中,y为***直线运动观测值向量;
X,Z,W为设计矩阵;
b为固定效应向量(总体均值和年-季效应);
Age为公猪***时的月龄协变量;
Intv为公猪***间隔协变量;
式中,A为基于系谱的亲缘关系矩阵;
A22为A中有基因型个体对应的分块矩阵;
Gω=0.9G+0.1A22,为基于全基因组SNP标记的亲缘关系矩阵,Z为小等位基因频率(minor allele frequency,MAF)校正后的基因型矩阵;其中0-2p,1-2p和2-2p分别代表AA,Aa和aa三种基因型,p为小等位基因频率;D为对角线矩阵,表示SNP的权重;Pi为第i个标记的小等位基因频率;m为标记数量。
对应上述混合模型,采用AI-REML(average information restricted maximumlikelihood)法估计方差组分,并通过求解混合模型方程组获得育种值。通过迭代的方式获得标记权重,主要步骤如下:
第2步:通过ssGBLUP计算个体育种值;
第6步:利用公式G(t+1)=λZD(t+1)Z'计算亲缘关系矩阵用于下一轮迭代;
第7步:令t=t+1,并从第2步开始下一轮迭代。
上述步骤迭代三次,最终获得SNP标记效应。将第三轮迭代输出的标记效应作为最终的结果。计算过程主要通过在R统计分析平台编程调用BLUPF90软件来实现,其中AIREMLF90程序用于方差组分估计,BLUPF90程序用于计算育种值,postGSf90用于计算标记效应。
对于所有标记的效应值,取其绝对值画曼哈顿图,展示和筛选大效应的SNP标记。并采用方差分析和多重比较(R统计分析平台),分析H3GA0045612标记、MARC0113856标记或WU_10.2_11_69360167标记不同基因型群体公猪***直线运动差异情况。
本发明具有如下有益效果:
(1)本发明专利鉴定了一个影响公猪***直线运动的分子标记H3GA0045612(猪第15号染色体的第136112947位核酸位点)、分子标记MARC0113856(猪第3号染色体的第18505448位核酸位点)或分子标记WU_10.2_11_69360167(猪第11号染色体的第63272581位核酸位点),上述3个标记均用于标记不同基因型公猪的***直线运动有极显著差异;鉴定结果证明,对于H3GA0045612标记来说,基因型CC与的直线运动能力高于CT型和TT型;对于MARC0113856标记来说,基因型AA与的直线运动能力高于GA型和GG型;对于WU_10.2_11_69360167标记来说,基因型CC与的直线运动能力高于CT型和TT型;因此,可通过对上述几个位点进行辅助公猪育种或选育,将对于H3GA0045612的CC型或MARC0113856的AA型或WU_10.2_11_69360167的CC型公猪进行留选,并送入公猪站,可有效提高***直线运动能力,有效提高公猪人工授精的成功率;同时,本申请采用一步法全基因组关联分析(wssGWAS)同时利用系谱、历史个体表型记录和基因型数据进行关联分析,适用于大量个体拥有表型记录而只有少量个体拥有基因型数据的情况,尤其适用于畜禽重要经济性状的全基因组关联分析。基于GBLUPf90软件,可轻易实现wssGWAS;本发明中发现的SNP与公猪***直线运动性状的相关性达到了极显著水平,为公猪***直线运动性状的研究提供了新的遗传资源。
【附图说明】
图1是H3GA0045612标记基因组位置及***直线运动全基因组SNP效应分布图;
图2是MARC0113856标记基因组位置及***直线运动全基因组SNP效应分布图;
图3是WU_10.2_11_69360167标记基因组位置及***直线运动全基因组SNP效应分布图。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
实施例1:
1、表型-系谱数据采集
本申请的基础研究群体为杜洛克公猪,全部来自广西秀博股份有限公司公猪站,完整系谱中包含12个世代5284头种猪,其中2015-2018年间记录了2693头公猪的***直线运动性状表型数据;***直线运动通过UltiMateTM CASA(Hamilton Thorne Inc.,Beverly,MA,USA)***对新鲜***进行分析获得。总共获得143114条***性状观测值(平均每头公猪53条数据),用于表型-基因型关联分析。
2、基因分型与质量控制
采集1733头公猪的耳组织样品或者血样,提取总DNA,并采用GGP 50k SNP(GeneSeek,US)芯片进行基因分型,获得覆盖全基因组的50705个SNP标记。根据最新版的猪参考基因组(Sscrofa11.1),采用NCBI基因组比对程序、对所有SNP标记的物理位置进行更新。基因组位置未知的SNP不用于关联分析。对于所有常染色体上的SNP标记,利用Plink软件进行质量控制,标准为:个体检出率≥90%;SNP检出率≥90%;最小等位基因频率≥0.01;哈迪温伯格平衡的p值≥106,采用Beagle软件(version 4.1)进行填充;基于以上质量控制标准,剩余1623头公猪和28289个SNP标记用于关联分析,其中1231头公猪既有***直线运动表型数据,也有基因型数据。
(3)统计模型
为了充分利用所有表型数据和基因型数据,本发明专利采用加权的一步法全基因组关联分析法进行全基因组关联分析。该方法首先基于混合模型方程组来估计个体育种值,继而基于育种值模型与标记效应模型的等价关系将育种值转换为标记效应。本发明采用的全基因组关联分析模型如下:
y=Xb+Za+Wp+Age+Intv+e
式中,y为***直线运动观测值向量;
X,Z,W为设计矩阵;
b为固定效应向量(总体均值和年-季效应);
Age为公猪***时的月龄协变量;
Intv为公猪***间隔协变量;
式中,A为基于系谱的亲缘关系矩阵;
A22为A中有基因型个体对应的分块矩阵;
Gω=0.9G+0.1A22,为基于全基因组SNP标记的亲缘关系矩阵,Z为小等位基因频率(minor allele frequency,MAF)校正后的基因型矩阵;其中0-2p,1-2p和2-2p分别代表AA,Aa和aa三种基因型,p为小等位基因频率;D为对角线矩阵,表示SNP的权重;Pi为第i个标记的小等位基因频率;m为标记数量。
对应上述混合模型,采用AI-REML(average information restricted maximumlikelihood)法估计方差组分,并通过求解混合模型方程组获得育种值。通过迭代的方式获得标记权重,主要步骤如下:
第2步:通过ssGBLUP计算个体育种值;
第6步:利用公式G(t+1)=λZD(t+1)Z'计算亲缘关系矩阵用于下一轮迭代;
第7步:令t=t+1,并从第2步开始下一轮迭代。
上述步骤迭代三次,最终获得SNP标记效应。将第三轮迭代输出的标记效应作为最终的结果。计算过程主要通过在R统计分析平台编程调用BLUPF90软件来实现,其中AIREMLF90程序用于方差组分估计,BLUPF90程序用于计算育种值,postGSf90用于计算标记效应。
(4)标记筛选
1)H3GA0045612标记筛选:
对于所有标记的效应值,取其绝对值画曼哈顿图,图示如图1所示;展示和筛选大效应的SNP标记。并采用方差分析和多重比较(R统计分析平台),分析H3GA0045612标记不同基因型群体公猪***直线运动差异情况,具体如表1所示:
表1
由上表可知,CC纯合基因型的公猪***直线运动高于TT纯合基因型公猪***直线运动能力;但CC纯合基因型与TT纯合基因型差别不大,CC型与TT型明显高于CT杂合基因型公猪***直线运动。
2)MARC0113856标记筛选:
分析MARC0113856标记不同基因型群体公猪***直线运动差异情况,具体如表2所示:
表2
由上表可知,AA纯合基因型的公猪***直线运动能力明显高于GA杂合型和GG纯合型,并达到极显著水平,而GA和GG型公猪***直线运动能力相当。
3)WU_10.2_11_69360167标记筛选:
分析标记筛选:标记不同基因型群体公猪***直线运动差异情况,具体如表3所示:
表3
由上表可知,CC纯合基因型的公猪***直线运动能力最高,其次是CT杂合基因型公猪、最后是TT纯合基因型公猪。
实施例2:
根据实施例1筛选得到的基因结果,显示,本申请与公猪***直线运动相关的分子遗传标记,所述的分子遗传标记位于猪15号染色体136112947bp位置,该位置为一个T>C突变(Sscrofa10.2),对应位于核酸序列表SEQ ID NO.1的第101位核酸位点。
实施例3:
根据实施例1筛选得到的基因结果,显示,本申请与公猪***直线运动相关的分子遗传标记,所述的分子遗传标记位于猪3号染色体的第18505448bp位置,该位置为一个G>A突变(Sscrofa10.2),对应位于核酸序列表SEQ ID NO.2的第101位核酸位点。
实施例4:
根据实施例1筛选得到的基因结果,显示,本申请与公猪***直线运动相关的分子遗传标记,所述的分子遗传标记位于猪11号染色体的第63272581bp位置,该位置为一个C>T突变(Sscrofa10.2),对应位于核酸序列表SEQ ID NO.3的第101位核酸位点。
实施例5:
本领域技术人员很容易根据本发明的分子遗传标记设计出用于扩增该分子标记的引物或鉴定所述分子标记的探针,从而用于该遗传标记的检测,例如通过PCR扩增得到所述分子遗传标记,再通过克隆测序得到相应的序列,或者通过Bsm-RFLP多态性进行检测。因此,本发明还包括用于扩增所述分子遗传标记的引物或鉴定所述分子遗传标记的探针,以及含有所述引物或探针的试剂盒。
实施例6:
可应用本申请的分子遗传标记辅助进行公猪***直线运动能力的检测,具体方法为:提取公猪的基因组DNA,设计引物扩增如序列表SEQ ID NO.1的基因片段(位于猪第15号染色体上),并检测其第101位点的基因为C或T;根据该位点基因型判断待测猪是CC型、CT型或TT型;然后根据已知的验证结果(表1)得出:CC纯合基因型的公猪***直线运动能力高于TT纯合子,TT纯合子的公猪***直线运动能力高于CT杂合子。
同时,还可以扩增序列表如序列表SEQ ID NO.2的基因片段(位于猪第3号染色体上),并检测其第101位点的基因为A或G;根据该位点基因型判断待测猪是AA型、GA型或GG型;然后根据已知的验证结果(表2)得出:AA纯合基因型的公猪***直线运动能力高于GG纯合子和GA杂合子;而GG纯合子和GA杂合子的公猪***直线运动能力相差不大。
同时,还可以扩增序列表如序列表SEQ ID NO.3的基因片段(位于猪第11号染色体上),并检测其第101位点的基因为C或T;根据该位点基因型判断待测猪是CC型、CT型或TT型;然后根据已知的验证结果(表3)得出:CC纯合基因型的公猪***直线运动能力高于CT杂合子,CT杂合子的公猪***直线运动能力高于TT杂合子。
实施例7:
可应用本申请的分子遗传标记辅助进行公猪的人工授精工作,具体方法为:提取公猪的基因组DNA,设计引物扩增如序列表SEQ ID NO.1的基因片段,并检测其第101位点的基因为C或T;根据该位点基因型判断待测猪是CC型、CT型或TT型;选择CC型公猪进入公猪站进行人工授精。
或扩增如序列表SEQ ID NO.2的基因片段,并检测其第101位点的基因为A或G;根据该位点基因型判断待测猪是AA型、GA型或GG型;选择AA型公猪进入公猪站进行人工授精。
或扩增如序列表SEQ ID NO.3的基因片段,并检测其第101位点的基因为C或T;根据该位点基因型判断待测猪是CC型、CT型或TT型;选择CC型公猪进入公猪站进行人工授精。
实施例8:
可应用本申请的分子遗传标记辅助进行公猪的育种或辅助育种工作,具体方法为:提取公猪的基因组DNA,设计引物扩增如序列表SEQ ID NO.1的基因片段,并检测其第101位点的基因为C或T;根据该位点基因型判断待测猪是CC型、CT型或TT型;根据育种需求,选择CC型、CT型或TT型的公猪进行留种或配种;其中,CC纯合基因型的公猪***直线运动能力高于TT纯合子,TT纯合子的公猪***直线运动能力高于CT杂合子。
或扩增如序列表SEQ ID NO.2的基因片段,并检测其第101位点的基因为A或G;根据该位点基因型判断待测猪是AA型、GA型或GG型;根据育种需求,选择CC型、CT型或TT型的公猪进行留种或配种;其中,AA纯合基因型的公猪***直线运动能力高于GG纯合子和GA杂合子;而GG纯合子和GA杂合子的公猪***直线运动能力相差不大。
或扩增如序列表SEQ ID NO.3的基因片段,并检测其第101位点的基因为C或T;根据该位点基因型判断待测猪是CC型、CT型或TT型;根据育种需求,选择CC型、CT型或TT型的公猪进行留种或配种;其中,CC纯合基因型的公猪***直线运动能力高于CT杂合子,CT杂合子的公猪***直线运动能力高于TT杂合子。
综上所述,使用本申请的方法能简单、高效、准确的获取与公猪***直线运动相关的分子遗传标记,根据该突变可设计出用于扩增该分子标记的引物和鉴定分子标记的探针;快速筛选出具有高***直线运动能力的公猪,从而将其应用于猪的人工授精;快速筛选出具有高***直线运动能力的公猪,本申请利用一步法全基因组关联分析法进行分析,能有效提高筛选分子标记的准确率和效率。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
序列表
<110> 广西扬翔农牧有限责任公司
<120> 与公猪***直线运动相关的分子遗传标记及其应用和获取方法
<160> 3
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 201
<212> DNA
<213> 猪属(Sus scrofa)
<220>
<221> misc_feature
<222> (101)..(101)
<223> n is c or t
<400> 1
aagcggctct gtttctctca agagtgtccc ccgaggtctc ataattaccc cgagaaagag 60
cccacttact cccacactca gaagaaagga agcctcgctc ngttttaagc ttgaggccgt 120
gagactctgg gatcatggcc tcagaggagc ctggagatga aaggacctca gcagtgatcc 180
aaccagcgtc gcccagagag c 201
<210> 2
<211> 201
<212> DNA
<213> 猪属(Sus scrofa)
<220>
<221> misc_feature
<222> (101)..(101)
<223> n is a or g
<400> 2
ctttttcaac ctcctccctc tttaatttca tactccagac atgctgaagt tttcctaact 60
tgtcacatcc tatgccccct gcctagaaac ccatcaccca ntgctgaatt agatgtcatt 120
cctatctact cttagtgccc cgtgcttcac ctaagagatc taattgtctg aatctaccac 180
tagtttaaac tccttgacaa g 201
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<211> 201
<212> DNA
<213> 猪属(Sus scrofa)
<220>
<221> misc_feature
<222> (101)..(101)
<223> n is c or t
<400> 3
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tgtgcatgct tgataaagaa t 201
Claims (1)
1.一种选育或辅助选育公猪***直线运动能力高的种猪的方法,其特征在于,所述方法为:
提取公猪的总DNA,检测公猪第15号染色体的第136112947位核苷酸的序列为C或T,确定待测猪的基因型是CC基因型、TT基因型或CT基因型,选择CC基因型的公猪进行下一步选种和/或育种;所述CC基因型为猪第15号染色体的第136112947位脱氧核糖核苷酸为C的纯合体;TT基因型为第15号染色体的第136112947位脱氧核糖核苷酸为T的纯合体;CT基因型为猪第15号染色体的第136112947位脱氧核糖核苷酸为C与T的杂合体;
或检测公猪第11号染色体的第63272581位核苷酸,测出第63272581位核苷酸的序列为C或T,确定待测猪的基因型是CC基因型、TT基因型或CT基因型,选择CC基因型的公猪进行下一步选种和/或育种;所述CC基因型为猪第11号染色体的第63272581位脱氧核糖核苷酸为C的纯合体;TT基因型为第11号染色体的第63272581位脱氧核糖核苷酸为T的纯合体;CT基因型为猪第11号染色体的第63272581位脱氧核糖核苷酸为C与T的杂合体;
或检测公猪第3号染色体的第18505448位核苷酸位点,测出第18505448位核苷酸的序列为A或G,确定待测猪的基因型是AA基因型、GG基因型或GA基因型,选择AA基因型的公猪进行下一步选种和/或育种;所述AA基因型为公猪第3号染色体的第18505448位核苷酸为A的纯合体;GG基因型为第3号染色体的第18505448位核苷酸为G的纯合体;GA基因型为猪第3号染色体的第18505448位核苷酸为A与G的杂合体;
所述公猪为杜洛克公猪;
猪参考基因组为 Sscrofa11.1;
所述方法用于非疾病的诊断和治疗。
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