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前言

2b-RAD技术应用方向之全基因组关联分析

基因组关联分析(Genome wide association study,GWAS)是对多个个体在全基因组范围的遗传变异(标记)多态性进行检测,获得基因型,进而将基因型与可观测的性状,即表型,进行群体水平的统计学分析,根据显著性p值筛选出最有可能影响该性状的遗传变异(标记),挖掘与性状变异相关的基因。

通过简化基因组进行GWAS分析,有哪些思路呢?今天就给大家带来两篇经典的GWAS研究思路。

案例·1

类胡萝卜素氧化酶调控扇贝肌肉着色

研究背景

类胡萝卜素是人类和动物必需营养物质,类胡萝卜素的着色对很多养殖动物是一项重要的肉质指标,而目前对于动物类胡萝卜素着色机制的研究并不透彻。虾夷扇贝具有类胡萝卜素着色的闭壳肌,并且已经完成了基因组组装和注释,是理想的研究动物类胡萝卜素着色机制的模型。先前的研究中,重点在于探讨类胡萝卜素的吸收和转运对扇贝闭壳肌类胡萝卜素着色的影响,而对于类胡萝卜素的分解和代谢鲜有研究,相关的基因也没有确定。因此,扇贝闭壳肌中类胡萝卜素着色的关键调节因子尚不清晰

研究内容

首先通过HPLC对白色和橙色肌肉扇贝的闭壳肌、内脏分别进行类胡萝卜素的测定,确定不同扇贝对类胡萝卜素的吸收没有明显差异;然后对白色和橙色肌肉扇贝进行遗传家系构建,选择4个F0、6个F1和116个F2代样本,进行GWAS分析,并通过BSA分析确定类胡萝卜素着色调控候选基因。同时,进行转录组和表达谱分析,进一步确定候选基因。最后,通过qRT-PCR、体外验证和RNAi体内验证证实了候选基因对类胡萝卜素着色的调控作用。

研究思路

GWAS和BSA分析对候选基因的定位

研究结果

1. 白色和橙色肌肉扇贝内脏中,类胡萝卜素浓度没有显著差异,表明两种扇贝从食物中吸收类胡萝卜素能力相似;白色肌肉扇贝闭壳肌中未检测到类胡萝卜素,橙色肌肉扇贝闭壳肌中含有两种类胡萝卜素,分别为果胶醇酮和果胶黄质,浓度分别为16.35±2.31和17.80±2.55μg/g。

2. 家系构建结果显示,大部分F2代的性状分离比遵循孟德尔单基因分离比(3:1)。

3. 通过GWAS分析,在8号染色体定位到了一个大约19Mb的区域,显示与类胡萝卜素着色强相关;BSA分析将候选区域进一步精确到2.5Mb的范围,该范围有79个编码基因,42个在扇贝肌肉中表达

4. 转录组分析发现了109个差异表达基因,其中48个基因在橙色肌肉扇贝中上调,61个基因下调,在BSA确定的42个表达基因中,只有一个基因发生显著下调,即PyBCO-like 1,该基因编码类胡萝卜素加氧酶,负责催化类胡萝卜素的降解

5. qRT-PCR分析了两种扇贝内脏中的PyBCO-like 1基因表达情况,未发现显著差异,因此,肌肉中的PyBCO-like 1下调可能是组织特异性的。

6. PyBCO-like 1基因克隆到大肠杆菌中进行体外实验,可以观察到明显的脱色,表明PyBCO-like 1的产物是降解类胡萝卜素的功能酶

7. RNAi结果显示,白色肌肉的扇贝在抑制PyBCO-like 1表达四周后,闭壳肌变成橙色,证实PyBCO-like 1基因下调导致类胡萝卜素降解减少,从而导致类胡萝卜素着色

参考文献

Li X, Wang SH, Xun XG, et al. A carotenoid oxygenase is responsible for muscle coloration in scallop. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Molecular and Cell Biology of Lipids 2019, 1864(7): 966-975. (IF:4.966)

案例·2

奶牛乳腺炎相关基因的鉴定

研究背景

奶牛乳腺炎是世界范围内最复杂、发病率高的炎症性疾病,严重影响着乳品业的发展,受多种因素的影响,包括遗传特征、营养、卫生标准、病原体感染和季节变化等,乳腺炎导致牛乳体细胞计数(SCC)的显著增加,体细胞评分(SCS)是检测乳腺炎的主要指标。因此,筛选和鉴定与SCC或SCS相关的易感或抗性基因将为降低乳腺炎的发病率和提高奶牛群体的质量提供新思路

研究内容

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