CNV在動(dòng)物研究中的案例分析1

發(fā)稿時(shí)間：2016-04-13來源：天昊生物

英文題目：Identification of Copy Number Variations in Xiang and Kele Pigs
期刊名：PLOS ONE
發(fā)表時(shí)間：2016年2月
研究背景： 香豬和可樂豬是廣為人知的中國地方豬品種，香豬又名“迷你豬”，香豬以體小早熟，肉味鮮，聞名全國，其中以貴州黔東南地區(qū)的從江香豬，劍白香豬，和廣西的巴馬香豬最為著名?？蓸坟i主要分布在貴州省威寧、赫章縣是，此外還分布于畢節(jié)、水城、納雍、盤縣等地區(qū)，由于該豬種資源珍貴，地處烏蒙山區(qū)金沙江畔，為此便合稱為“烏金豬”?？傊?，香豬和可樂豬都具有豐富的遺傳資源和巨大的經(jīng)濟(jì)和科學(xué)價(jià)值?？截悢?shù)變異（CNV）是基因組變異的重要形式之一，它對(duì)表型變異有著深遠(yuǎn)的影響。本文將通過發(fā)現(xiàn)CNV從而提供關(guān)于基因組變化的有意義信息，這對(duì)于未來評(píng)估CNVs和香豬，可樂豬重要表型之間的關(guān)聯(lián)，從而最終保護(hù)這些稀有品種是非常有用的。
研究材料：98個(gè)香豬和22個(gè)可樂豬
研究平臺(tái)：豬全基因組SNP分型芯片，qPCR
研究思路：使用豬全基因組SNP分型芯片進(jìn)行檢測(cè)———采用PennCNV算法檢測(cè)CNV———聚集重疊的CNVs鑒定CNVRs———檢索與CNVRs完全或部分重疊的基因———基因功能分析———與以前的CNV研究結(jié)果比較———香豬和可樂豬CNVRs的區(qū)別———香豬群體內(nèi)的變化———qPCR驗(yàn)證CNVRs
研究結(jié)果：
全基因組CNV鑒定
使用豬全基因組SNP分型芯片（Illumina PorcineSNP60K BeadChip）對(duì)98個(gè)香豬和22個(gè)可樂豬進(jìn)行分析，采用PennCNV算法檢測(cè)CNV，在18對(duì)常染色體鑒定到401個(gè)CNV，在X染色體上鑒定到274 個(gè)CNV，平均每個(gè)個(gè)體鑒定到5.63個(gè)CNV。通過聚集重疊的CNVs，總共鑒定到172個(gè)候選CNV區(qū)域（CNVRs）（150個(gè)常染色體CNVRs和22個(gè)X染色體CNVRs），這些候選區(qū)域覆蓋了豬全基因組的2.98%（80.41 Mb）。這些候選區(qū)域長(zhǎng)度為3.19 kb-8175.26 kb，平均長(zhǎng)度為467.53 kb。在這172個(gè)候選CNV區(qū)域（CNVRs）中，97個(gè)（56.40%） CNVRs 被稱為獲得事件，65 個(gè)（37.80%）稱為缺失事件，剩下的10個(gè) CNVRs（5.81%）被稱為獲得-缺失事件（即獲得和缺失位于同一個(gè)區(qū)域）。這172 個(gè)CNVRs在18個(gè)常染色體和X染色體上不均勻分布（圖1），33個(gè)CNVRs（19.19%）（最多）在野豬13號(hào)染色體被發(fā)現(xiàn)，3個(gè)CNVRs（1.74%）（最少）在野豬12號(hào)染色體被發(fā)現(xiàn)。

圖1：香豬和可樂豬的CNV區(qū)域（CNVRs）分布，X軸的值代表在染色體上的位置，基于野豬10.2參考基因組。Y軸的值顯示染色體數(shù)目。

候選基因和功能分析

使用Ensembl Genes 80 Database查詢基因內(nèi)容，共有660個(gè)與鑒定到的CNVRs完全或部分重疊的Ensembl genes被檢索到。這些基因包括包括508個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因（76.97%），76個(gè)假基因（11.51%），11個(gè)snoRNAs（1.67%），25個(gè)miRNAs（3.79%），28個(gè)snRNAs（4.24%），3個(gè)misc-RNAs，2個(gè)非編碼基因，5個(gè)加工過的轉(zhuǎn)錄本，1個(gè)反義序列，和1個(gè)lincRNA。這些基因分布在103個(gè)（59.88%） CNVRs上，63個(gè)（36.62%）CNVRs至少包含或重疊2個(gè)基因。在這660個(gè)基因中491個(gè)被鑒定為獲得事件，52個(gè)被鑒定為缺失事件，117個(gè)被鑒定為獲得-缺失事件。

接下來對(duì)這660個(gè)基因進(jìn)行GO和KEGG分析，因?yàn)樨i的基因組注釋是不完整的，所以把這些豬的Ensembl genes IDs轉(zhuǎn)化成同源的人的Ensembl gene IDs，接著使用所有與豬基因組有同源關(guān)系的人類基因作為背景進(jìn)行GO和KEGG分析。GO分析發(fā)現(xiàn)341個(gè)基因在34個(gè)GO terms中被富集，這些GO terms主要與感覺知覺、嗅覺受體的活性，認(rèn)知，G蛋白偶聯(lián)受體信號(hào)通路，性腺發(fā)育，細(xì)胞表面受體相關(guān)的信號(hào)通路，突觸囊泡內(nèi)吞作用，發(fā)育成熟，神經(jīng)過程等功能相關(guān)（表1）。

表1： GO分析

       接著分析了這些CNVRs 和已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的豬QTLs的相互關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)172個(gè)CNVRs包含或重疊7676個(gè)豬QTL，這些QTL影響很多豬表型，例如繁殖，生產(chǎn)，肉類品質(zhì)，健康和發(fā)育。
與以前的CNV研究結(jié)果比較
       把本次研究發(fā)現(xiàn)的CNVRs與以前的7篇CNV研究結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有56.40%（97/172）的CNVRs與以前的研究結(jié)果相互重疊或完全一致，剩余的43.60%（75/172）CNVRs是新發(fā)現(xiàn)的。其中重疊度最大的是Wang et al的研究結(jié)果，這個(gè)研究使用porcinesnp60k芯片和penncnv CNV算法從來自6個(gè)中國本土品種（萊蕪豬、五指山豬、陸川豬、通城豬、寧鄉(xiāng)豬、巴馬香豬），3個(gè)西方品種（長(zhǎng)白豬、杜洛克豬、約克夏豬）和一個(gè)雜交品種（通城豬 x杜洛克豬）的302個(gè)個(gè)體中檢測(cè)到348個(gè)CNVRs。
香豬和可樂豬CNVRs的區(qū)別
       95個(gè)CNVRs（55個(gè)獲得， 38個(gè)缺失，2個(gè)獲得-缺失）只在香豬品種中被發(fā)現(xiàn)，而30個(gè)CNVRs（16個(gè)獲得和14個(gè)缺失）只在可樂豬品種中被發(fā)現(xiàn)。從香豬品種平均得到0.97 個(gè)CNVRs，而從可樂豬品種平均得到1.07個(gè)CNVRs。在香豬品種所有染色體都能檢測(cè)到CNVRs，而在可樂豬品種中的染色體SSC 6， SSC 8，SSC 17，SSC X都沒檢測(cè)到CNVRs。共計(jì) 327個(gè)Ensembl genes與香豬的CNVRs完全或部分重疊，而從可樂豬上只檢索到44個(gè)特異 Ensembl genes。 GO分析表明香豬的這些CNVRs相關(guān)基因在復(fù)制、細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞內(nèi)的離子平衡，ATP生物合成過程，及超氧化物歧化反應(yīng)等被富集，而可樂豬的CNVRs相關(guān)基因則參與蛋白質(zhì)修飾過程的吞噬和調(diào)節(jié)。通過聚類分析將研究中117個(gè)個(gè)體明顯分為兩類：可樂豬和香豬（圖2）。

圖2：基于發(fā)現(xiàn)的CNVR 信息的聚類分析。紅色為可樂豬，藍(lán)色為香豬。

香豬群體內(nèi)的變化
拷貝數(shù)分布也揭示了香豬群體內(nèi)水平上的變化，發(fā)現(xiàn)在這些CNVRs中，82個(gè)（47個(gè)獲得，33個(gè)缺失，2個(gè)獲得-缺失）只在具有大窩產(chǎn)仔數(shù)的香豬群體中被發(fā)現(xiàn)；與之對(duì)應(yīng)，13個(gè)CNVRs（8個(gè)獲得和5個(gè)缺失事件）只在具有小窩產(chǎn)仔數(shù)的香豬群體中是特異的的。具有大窩產(chǎn)仔數(shù)的香豬群體的CNVRs相關(guān)基因主要與嗅覺受體、細(xì)胞粘附、膜促蛋白、復(fù)制、細(xì)胞周期調(diào)控、嘌呤和嘧啶核苷酸代謝過程、ATP生物合成過程、以及骨骼肌組織發(fā)育相關(guān)，而具有小窩產(chǎn)仔數(shù)的香豬群體的CNVRs相關(guān)基因則不包括參與繁殖性狀的基因，例如ADAMTS-1（參與正常的卵泡發(fā)育和排卵過程）， AR（參與調(diào)控胎兒性分化和青春期性成熟），KIT（參與調(diào)控卵子發(fā)生和卵泡發(fā)育），這表明參與繁殖性狀的基因在具有大窩產(chǎn)仔數(shù)和小窩產(chǎn)仔數(shù)的香豬群體中是不同的。
qPCR驗(yàn)證CNVRs
從172個(gè)CNVRs隨機(jī)選擇26個(gè)進(jìn)行qPCR驗(yàn)證。這26個(gè)CNVR大小范圍是10.44 kb-8175.26 kb，并且呈現(xiàn)不同的狀態(tài)（13個(gè)獲得，6個(gè)缺失，7個(gè)獲得-缺失），所選的CNVRs有16個(gè)（61.54%）得到了定量PCR驗(yàn)證。4個(gè)CNVRs（CNVR-24, CNVR-35, CNVR-50, CNVR-106）和大約150個(gè)樣本被用來做進(jìn)一步CNVRs驗(yàn)證。CNVR-35在其中110個(gè)個(gè)體中得到驗(yàn)證，CNVR-50在其中93個(gè)個(gè)體中得到驗(yàn)證，CNVR-24在其中70個(gè)個(gè)體中得到驗(yàn)證，CNVR-106在其中92個(gè)個(gè)體中得到驗(yàn)證。

新聞媒體

CNV在動(dòng)物研究中的案例分析1

發(fā)稿時(shí)間：2016-04-13來源：天昊生物

相關(guān)鏈接

核心產(chǎn)品

聯(lián)系方式