【昊閱讀】家畜拷貝數(shù)變異研究進展

發(fā)稿時間：2018-06-14來源：天昊生物

 

拷貝數(shù)變異( CNV ) 是個體基因組中以DNA片段丟失或獲得的形式出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)變異現(xiàn)象，常見為一千堿基對(Kb)到幾百萬堿基對(Mb)的序列重復。CNV與其他遺傳變異形式，如單核苷酸多態(tài)性(SNP)、插入缺失（InDel）等類似，共同構(gòu)成了個體變異的重要來源。由于CNV通常會覆蓋更多的基因組區(qū)域，可以導致拷貝數(shù)變異區(qū)(CNVR)中的基因缺失和重復，進而改變基因表達及個體的表型。近幾年，隨著最近高通量測序和基因芯片技術(shù)的應用，人們發(fā)現(xiàn)CNV與復雜性狀息息相關(guān)。通過檢測CNV和復雜性狀的潛在數(shù)量性狀基因座(QTL)，可以加速家畜遺傳改良，并且可以深入了解家畜馴化的進化機制以及它們對不同環(huán)境條件的適應。今天給大家推薦的一篇文章，是今年4月26日在線發(fā)表的CNV在家畜中的研究綜述。

 

前言

CNV作為一種常見的遺傳現(xiàn)象，是表型變異的重要來源。在兩個不同樣本中檢測到的重疊CNV的并集稱為拷貝數(shù)變異區(qū)(CNVR)。CNVR基因拷貝數(shù)的差異導致基因表達和表型變異的變化，這是由于基因的缺失、復制、倒置和易位改變了基因劑量和基因破壞效應。它是進化機制的源泉。如果CNV存在于蛋白質(zhì)編碼區(qū)，它就可能會改變蛋白質(zhì)功能，而在調(diào)控區(qū)，它通常會改變基因表達水平。該綜述將有助于理解CNV及其在家畜經(jīng)濟性狀改良中的作用。

 

CNV的形成機制

非等位基因同源重組( NAHR )、非同源末端連接( NHEJ )、復制叉停滯和模板轉(zhuǎn)換( FoSTeS )以及L1介導的反向轉(zhuǎn)座是基因組產(chǎn)生CNV的重要機制。NAHR發(fā)生在減數(shù)分裂和有絲分裂中，這是由于非同源染色體之間相似序列的兩個區(qū)域之間的重組。如果姐妹染色單體之間發(fā)生交叉互換，可能會增加DNA片段，從而導致染色體片段的重復、缺失和反轉(zhuǎn)。NHEJ是細胞由于電離輻射或活性氧等引起的DNA雙鏈斷裂(DSBs)的一種修復機制。FoSTeS是一種基于DNA復制的機制，可以解釋復雜的基因組重排和CNV。L1轉(zhuǎn)座通過逆轉(zhuǎn)錄和整合發(fā)生CNV現(xiàn)象。

 

 

家畜CNV檢測常用方法及研究進展

家畜CNV的檢測通?？煞謨蓚€階段：第一階段全基因組層面少量樣本CNV初篩，以及第二階段目標區(qū)域大樣本CNV驗證。

第一個階段通常用到的方法包括：基于芯片技術(shù)的家畜商品化SNP基因分型芯片和比較基因組雜交( CGH )芯片，以及基于測序技術(shù)的全基因組重測序WGS和低深度WGS。常用的分析軟件包括：基于隱馬爾可夫模型( HMM )算法開發(fā)的PennCNV軟件，基于不同的專有滑動窗口方法開發(fā)的CNVPartition軟件，基于貝葉斯方法檢測NGS數(shù)據(jù)多樣本中CNV的cn.MOPS算法，利用不同HMM算法的QuantiSNP方法，一種CNV檢測python包CNVFinder等。

第二個階段通常用到的方法是基于目標區(qū)域設(shè)計探針檢測CNV，通過第二階段的驗證，可以得到更小更精確的CNV區(qū)域，確保了第一階段得到CNV數(shù)據(jù)的真是可信。

 

目前在家畜如牛、綿羊、山羊、豬和雞中CNV研究，如下表1、2、3所示：

 

表1、牛CNVs的幾種常見檢測方法及進展

 

牛

Upadhyay等人利用牛Illumina BovineHD基因分型芯片，在牛中鑒定出9134個CNVs和923個CNVRs，長度為61.06 Mb，占牛常染色體的2.5 %。這些CNVRs被發(fā)現(xiàn)與影響產(chǎn)量性狀、體尺和寄生蟲抗性的數(shù)量性狀基因座相關(guān)聯(lián)。最近的研究報告顯示，CNVs的進化速度比SNPs快2.5倍，有助于促進不同環(huán)境的更好適應。劉等人研究發(fā)現(xiàn)野牛和非洲taurine牛的CNV豐度高于歐洲taurine牛，明確了品種間的分化和種群歷史（表1）。

 

表2、家畜CNV研究進展

 

羊

楊等人在綿羊中鑒定了619個CNV區(qū)域，覆蓋197 Mb，相當于綿羊基因組的約6.9 %，并發(fā)現(xiàn)了幾個重要的CNV重疊基因( bt3、PTGS1和PSPH )，它們涉及胎兒肌肉發(fā)育、前列腺素( PG )合成和骨顏色。還有研究從160個中國綿羊品種中鑒定出111個CNVR，覆蓋羊基因組序列13.75 Mb。Fontanesi等人利用牛-羊385 K aCGH，參照牛基因組，鑒定了135個CNV區(qū)，覆蓋羊基因組約10.5 Mb，并發(fā)現(xiàn)一CNVR與卷毛性狀有關(guān)。同樣的，Fontanesi等人還鑒定出127個山羊CNVRs，覆蓋山羊基因組約11.47 Mb。綿羊和山羊Agouti基因座拷貝數(shù)的差異導致毛色的變異（表2）。

 

馬

拷貝數(shù)變異體約占馬基因組的1 - 3%，而且多位于基因內(nèi)區(qū)域。Ghosh等人利用400K WGtiling oligo array在16個不同品種的馬中鑒定出258個CNVR區(qū)，除chrY外，這些CNVR區(qū)占所有馬基因組的1.3 %，還發(fā)現(xiàn)20%的鑒定CNVR位于基因間區(qū)。

 

 

表3、雞CNVs的幾種常見檢測方法及進展

 

雞

由于微染色體和大染色體的存在，雞具有獨特的基因組排列。Griffin等人首先用aCGH對雞CNV進行研究，以建立種間基因組重排，結(jié)果顯示涉及編碼基因的CNV比非編碼序列多。研究報告了雞CNV的表型關(guān)聯(lián)，包括pea-comb、晚羽、深棕色羽毛顏色和真皮色素沉著等(表3)

 

展望

近期CNV研究使得CNV圖譜的構(gòu)建成為可能，這反過來又有助于識別與經(jīng)濟重要性狀相關(guān)的CNV。隨著技術(shù)的進步和測序成本的降低，由于CNV顯示出比SNP位點更多信息和復雜的遺傳變異，研究人員現(xiàn)在正集中于CNV研究以檢測遺傳變異。目前對國內(nèi)家畜全基因組CNV區(qū)的鑒定研究將改變遺傳改良育種的觀念，并進一步有助于揭開家畜分子育種的遺傳秘密。

 

關(guān)于天昊

 

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