滩羊C1H3orf33和CNV14基因拷贝数变异与生长性状的关联研究.pdf
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1、实验旨在研究 C3orf33 同源基因(C1H3orf33)和拷贝数 14 基因(CNV14)拷贝数变异对滩羊生长性状的影响,采用 CNVplex 检测试剂盒对宁夏地区 150 只滩羊 1 号染色体C3orf33同源基因(C1H3orf33)的拷贝数变异(CNV)进行分析并探讨其与生长性状之间的相关关系。结果表明:C1H3orf33基因CNV与滩羊的体重、体高、体长、胸围和管围显著相关,CNV14区域与体重、体高和体长显著相关,系统进化树显示,C1H3orf33基因与人类及其他哺乳动物的同源基因高度相似,说明C1H3orf33基因可能在转录调控中发挥重要作用,CNV14区域可能是绵羊育种中标记
2、辅助选择(MAS)的候选位点。关键词:滩羊;C1H3orf33;CNV14;拷贝数变异;生长性状中图分类号:S826.2 文献标识码:A DOI 编号:10.19556/j.0258-7033.20220222-01拷 贝 数 变 异(Copy Number Variation,CNV)是指染色体上 DNA 片段大小介于 1 kb 到数兆范围内的缺失、插入、重复和复杂多位点的变异1。近年来,大量研究都表明有些CNVs与绵羊生长发育和生产性能等经济重要性状有关2-11,CNVs也成为了动物经济性状和适应性性状相关的重要分子标记。滩羊是生长在我国宁夏盐池县境内的一种特有的绵羊品种,具有色泽鲜红、脂
3、肪分布均匀、肉质细嫩和不膻不腥等特点,是公认的优质羊肉。到目前为止,通过滩羊常规育种结合分子标记辅助育种的深入研究,滩羊的生长和繁殖性状得到了很大的改善12,但CNVs与绵羊经济重要性状尤其与体重和体尺等生长性状的关系尚未得到充分研究。CNV被认为是影响表型差异的重要原因,研究和探讨绵羊CNV与其重要性状的关系将有助于揭示其内在的分子遗传结构并有助于进一步实施分子育种。然而目前,相关的研究仍然较少,其分析方法的应用也在探索阶段,可借鉴的方法和标准仅来自于少量的人类复杂疾病的研究,所以有必要在绵羊育种研究中寻找适合自身特点的CNV关联研究方法。本研究开展了 26 个候选CNVs与滩羊生长性状的相
4、关性研究,探索滩羊生长、体尺等重要经济性状的遗传机理,为了解滩羊基因组的结构特征、进一步揭示复杂性状的遗传基础提供重要参考,也为寻找滩羊不同生长发育阶段的重要功能基因和分子机制奠定基础。1 材料与方法1.1 实验动物 选择宁夏盐池朔牧滩羊繁育有限公司饲养的 150 只出生日期、初生重相近的滩羊为研究对象,公母各半,颈静脉采血 5 mL,EDTA 抗凝,-20冻存。1.2 主要试剂及仪器 血液全基因组 DNA 提取试剂盒(DP3031)、2Taq PCR 预 混 试 剂 II(KT211),购于天根生化科技(北京)有限公司;CNVplex 检测试剂盒,购于上海天昊生物科技有限公司;PCR 仪,购
5、于宁夏众意泰商贸有限公司;紫外分光光度计,购自岛津企业管理(中国)有限公司;ThermoNandrop 2000C超微量分光光度仪,购于宁夏众意泰商贸有限公司。1.3 滩羊基因组 DNA 的提取与浓度检测 采用血液基因组 DNA 提取试剂盒提取滩羊 DNA,通过分光光度计收稿日期:2022-02-22;修回日期:2022-08-10资助项目:宁夏自治区基金项目(2021A0491);滩羊育种专项(2018NYYZ04)作者简介:马丽娜(1985-),女,宁夏石嘴山人,硕士,助理研究员,主要从事家畜遗传育种研究,E-mail:malina_*通讯作者:额尔和花(1971-),女,蒙古族,内蒙古赤
6、峰人,硕士,副研究员,主要从事家畜遗传育种研究,E-mail:-124-遗传育种Genetics and Breeding 2023 年 第 59 卷 第 03 期与 1.5%琼脂糖凝胶电泳检测 DNA 浓度和纯度。1.4 滩羊生长性状数据测定1.4.1 滩羊生长性状数据测定内容 跟踪检测滩羊初生重、二毛体重、3月生长性状、6月生长性状(体高、体长、体重、胸围、管围)、9 月生长性状(体高、体长、体重、胸围、管围)。1.4.2 表型数据测定方法 初生重:羔羊在出生后 3 h未吃初乳时测得的体重,单位为 kg,结果保留 1 位小数。二毛体重:羔羊在出生后 55 d 左右进行二毛鉴定时测得的体重,
7、单位为 kg,结果保留 1 位小数。体重:禁食 24 h,禁水 2 h 的羊只在自然状态下测得的体重,单位为 kg,结果保留 1 位小数。体尺测量包括体高、体长、胸围、管围。体高:受测羊只在坚实平坦的地面端正站立时肩甲最高点到地面的垂直距离,单位为 cm,结果保留 1 位小数,用测杖测量。体长:受测羊只在坚实平坦的地面端正站立时胸突到坐骨节后端的直线距离,单位为 cm,结果保留 1 位小数,用测杖测量。胸围:受测羊只在坚实平坦的地面端正站立时由肩甲后端绕胸一周的长度,单位为cm,结果保留 1 位小数,用皮尺测量。管围:受测羊只在坚实平坦的地面端正站立时左前肢管骨最细处的水平周长,单位为 cm,
8、结果保留 1 位小数,用皮尺测量。1.5 候选CNV的拷贝数检测方法 候选CNV的拷贝数由 CNVplex检测得出。CNVplex是一种基于延长双连接和多重荧光 PCR 的高通量多重CNV分析方法。采用毛细管电泳将扩增产物按大小和颜色进行分离,PCR 产物的相对量与目标序列的量成正比13。对候选CNV使 用 NCBI(https:/www.ncbi.nlm.nih.gov/)和Ensembl(https:/asia.ensembl.org/index.html)数 据 库搜索相关基因组区域并识别基因。1.6 数据分析 采用 GraphPad Prism Version 6 软件(Inc.Pri
9、sm,USA)对实验数据进行 Pearson 相关系数统计。2 结 果2.1 滩羊血液全基因组 DNA 浓度和纯度 基因组 DNA浓度约为 50 ng/L,图 1 结果表明提取的基因组 DNA无降解,证实 DNA 浓度和纯度满足本实验要求。2.2 滩羊生长性状统计 跟踪检测滩羊初生重、二毛体重、3 月生长性状、6 月生长性状(体高、体长、体重、胸围、管围)、9 月生长性状(体高、体长、体重、胸围、管围)。滩羊表型数据结果见表 1。2.3 候选基因与拷贝数的选择 为了获得可能与绵羊生长性状相关的候选CNVs,通过 PubMed 数据库(https:/www.ncbi.nlm.nih.gov/pu
10、bmed)和动物 QTLdb 数据库(https:/www.animalgenome.org/cgi-bin/QTLdb/OA/index)中数量性状位点(QTLs)注释,本研究筛选出26 个CNVs进行进一步检测(图 2)。2.4 CNVs的分布 根据绵羊基因组序列,利用 Primerv 5.0 软件设计用于CNVs基因分型的引物。各CNV的染色体位置、目标位点序列和 PCR 片段大小见表 2。2.5 CNVs与滩羊生长性状之间的关系 用 Kolmogorov-Smirnov 和 Shapiro-Wilk 正态性检验来检验生长性状和CNVs数据的正态分布14。为探讨CNVs与绵羊生长性状之间
11、的关系,本研究进行了CNVs与滩羊生长性状 Pearson 的相关分析(表 3)。在 26 个CNVs中,CNV2 和CNV14与生长性状显著相关。CNV2 与体高、体长、胸围和管围存在显著的正相关性,CNV14与体长、表 1 滩羊不同时期生长性状统计图 1 滩羊血样 DNA 提取图项目性别体重,kg体高,cm体长,cm胸围,cm初生重4.570.254.250.37平均4.380.31二毛体重12.421.3511.501.98平均11.81.633 月生长性状21.312.0153.633.2462.453.2170.033.5219.621.5658.553.5661.232.1368.
12、965.1平均19.871.6955.632.1361.212.5669.424.326 月生长性状34.813.6663.774.1863.423.6682.905.6830.613.8863.984.0063.903.1082.685.26平均32.713.7795.764.0963.663.3882.795.479 月生长性状44.348.1067.803.6068.103.2382.484.0340.904.4264.263.1767.153.5579.044.87平均42.625.4165.363.3967.643.3981.264.45 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1
13、1 12 13 14 15-125-2023 年 第 59 卷 第 03 期 Science and Technology科学技术 表 2 26 个选择的拷贝数变异及其相应的特异性引物信息图 2 滩羊 CNVR 染色体分布图谱CNV IDCNV位置(Oar_v3.1)引物序列(5 3)片段长度,bpCNV1chr1:177868533-177868586 F:AATCTTCTTTCACTGAAACTCAGCCTG;R:CTATCTTCCCTGTTGCAATGTCAGTTT114CNV2chr1:229998204-229998257 F:ACAATTTGAATGACTGTTGTTCCCTAA;
14、R:AGAAAGATTACTTGGGATGTTTATTTGTTGG129CNV3chr2:32129241-32129293F:TTCCAAGTCAGTGAGTTTTAACACTGG;R:CTATGCTTGAGGACCCTGGAGGAAAT111CNV4chr3:41906847-41906899F:CCTTTAGAAGAGATCATGCTGGGCT;R:GGTTTTGCTCATCTCTGTGCTTCTAAC105CNV5chr5:39627965-39628019F:CCTGAACTTGAGTACTCTCATTCATCCA;R:CAGTAAAGTCAATCTTCTGACACCAGG129CN
15、V6chr5:42496386-42496439F:CAGATTACACATTCTGCCCAGAGAAAG;R:GCTAATCTGATGTCCTCAGAGAGGAAA120CNV7chr5:42586609-42586657F:ATCTGAACAGGCTGCAGAATCGT;R:CTGTGTGGGGAGCATCTGTATTTGT99CNV8chr5:82585108-82585160F:TTTTGGGGAGACTGCTCTTGGG;R:GTCAGCACTGAAGACAAGCTGGAAAG99CNV9chr7:3333401-3333452F:CTCAAAATAAAGACTTTCCCCACAGA
16、G;R:AAACTCTTGGCCAAGAGTTTGAATTCC120CNV10chr8:52873494-52873547F:GGGACGTGGGTTTCTCTGAGACTT;R:GTCCTAGGCTTGTTTTGATGAGTTGG102CNV11chr9:11626574-11626622F:GAAATGTTTTCTGCCATATCCTCAACC;R:AAGGATGTCACAGCCAGCCTTC99CNV12chr9:12377646-12377699F:GACCAAAACTTGAGGGTTTGAGACAAC;R:AGGAATGCATCCTTTCACAGTTCTAGA126CNV13chr9
17、:39982345-39982398F:TCAAGTTTTAAGGATGCTTCTGGAGAC;R:CCTCAGAGAAATCTGATCAGAAAGTGC126CNV14chr9:65741140-65741193F:TATTTTGTCATTGCTGTGTTGGTGG;R:TGGTGTTGAGAGATGTATTGAGAAGGG108CNV15chr9:66763707-66763760F:GAGAAAGCATCAGGTGGGAAACC;R:GACTGTTGCTCTCTTGTCCTACCAAAA102CNV16chr9:72149243-72149296F:CTGCTGAAATGAAGCATGA
18、TGTGTGTT;R:GGCTAAGCATGAGATCTGATTTCCTTT126CNV17chr11:33824737-33824787 F:GCCCAGGCAGAAGACAGTGAATAA;R:GACATTGCCTTATTCACACACATTCCT105CNV18chr13:57948379-57948428 F:AGCTCTGCAAACAACAGGGCAACT;R:GATTCCCTTTAGTAGAGGAGAGGGCA102CNV19chr15:15985312-15985365 F:CTATGCAAAGTGTGTATGCTTAGCACC;R:TTTGATGGGAGGACTAAACTTGA
19、CATG114CNV20chr15:63465205-63465257 F:GATACACTGGTCATGGTTTTACCACTG;R:TATCCAACCTTGAAGTGTTGGCAACT111CNV21chr16:1214063-1214116F:GCTGAAGCAATCACAAGAACTCTTCTC;R:CTTCCCTAGATGCTATCACCACAGCTA114CNV22chr16:1299006-1299055F:AAGTAGCAGTAGAAAGTTCTGGAGGGC;R:AAGCTCAGCCCCTGAGGAAACAT102CNV23chr16:31175037-31175090 F:
20、TCAGAGAGAAAGGTAACAACCCAATGA;R:AAACAGTTCACCCTCAGTAAGAACCAA117CNV24chr17:9403993-9404044F:GAAACTAAGGCCCAGAGAGATGCAT;R:GCCTCTTGCAGTCTTATTCAAAGCAGT111CNV25chr18:53391386-53391438 F:TTATCATTAGCTCCACCTGGGAAGTCC;R:CAGAACCTCCCCTACCACCTTCATTT111CNV26chr26:8482596-8482650F:GCATAGACTGATGGATTCTTTACTGCTG;R:CACCA
21、TCTGGGGAGCCTTATCTTACTA129CNV1CNV2CNV4CNV3CNV5CNV6CNV7CNV8CNV9CNV10CNV11CNV12CNV13CNV14CNV15CNV16CNV17CNV18CNV19CNV20CNV22CNV21CNV23CNV24CNV25CNV261 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1415 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 X MT-126-遗传育种Genetics and Breeding 2023 年 第 59 卷 第 03 期体高和体重也表现出显著的正相关性,但与胸围和管围未达到显著水平
22、。2.6 CNV2(C1H3orf33)和CNV14区域的生物信息学分析 结果发现,CNV2、C1H3orf33基因的第 4 外显子存在基因拷贝数变异(图 3)。虽然在绵羊C1H3orf33上还没有报道,但其同源基因C3orf33在人类基因研究已有大量报道15-16。研究结果表明,C3orf33在细胞的增殖、转化和死亡中起着至关重要的作用,通过抑制人类转录因子AP-1的激活发挥转录调控作用。为了探究C1H3orf33基因在绵羊生长性状中的潜在作用,本研究进一步分析了C1H3orf33在绵羊不同组织中的表达。根据 NCBI 数据库羊组织 Atlas 项目(BioProject:PRJEB6169
23、)数据,发现C1H3orf33基因主要在垂体、乳腺、睾丸和卵巢高度表达,在肌肉、瘤胃和淋巴结低表达(图 4)。这一结果表明C1H3orf33基因可能对生长激素发挥重要作用,主要对 1 岁内绵羊的生长发育有正向调控作用。基因功能(GO)分析显示,C1H3orf33属于细胞外空间项,主要参与 DNA 结合转录因子活性的调控和 ERK1、ERK2 级联过程的负调控(表 4)。2.7 系统发育树分析 本研究通过使用 Ensembl 在线生物信息学工具 GeneTrees 构建C1H3orf33的系统发育基因树17,发现绵羊C1H3orf33基因与山羊(98.30%)、奶牛(94.56%)以及人类(82
24、.31%)同源基因 C3orf33具有高度相似聚类(图 5),说明绵羊C1H3orf33与人类C3orf33可能具有相似的功能。2.8 CNV14 基因结构与功能分析 CNV14位于滩羊 9号染色体 65 Mb 左右(图 6)。研究表明CNV14区域与绵羊胴体重和免疫球蛋白 A 水平性状相关的 3个 QTL 重叠。在控钾通道的上游修饰符亚 V 成员 1(KCNV1)和下游的多个域(CSMD3),主要表达在脑和睾丸,相关多元化的功能包括调节神经递质释表 4 C1H3orf33基因本体分析图 4 C1H3orf33在绵羊不同组织类型中的表达谱图 3 C1H3orf33中检测到的 CNV2 片段结构
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