全基因组关联分析为金陵白鸭选择和育种提供遗传参考

文章标题：Comparative genome-wide association study on body weight in Chinese native ducks using four models

发表期刊：Poultry Science

影响因子：3.8

发表单位：南京农业大学，西藏农牧学院等

研究对象：金陵白鸭

研究方法：全基因组关联分析（GWAS）

百迈客生物为该研究提供了全基因组关联分析（GWAS）测序及部分数据分析服务。

研究背景

鸭子为人类消费提供肉、蛋、羽毛等产品，中国是世界上最大的鸭肉消费国。金陵白鸭做为我国优质的选育品种，具有优良的生长速度和肉质品质。从孵化到上市的整个时期，鸭子的体重逐渐增加，这一过程由复杂的生理和生化机制调控，器官和骨骼的发育是体重增加的关键因素，全基因组关联分析（GWAS）是许多牲畜和家禽物种研究生长和发育的遗传机制的常用方法，然而，现有的一些关于鸭生长发育性状的GWAS研究测序深度较低，发现的候选基因很少。

材料方法

 

201只雄鸭全基因组测序深度为10×；

GWAS分析：表型：出生体重（BWB）、1周体重（BW1）、3周体重（BW3）、5周体重（BW5）和7周体重（BW7）分析模型：FaST-LMM；EMMAX；LMM；LM 阈值线：log10(p)=5如果一个SNP在2个或更多的模型中被关联，作者认为它是一个与特定性状相关的高可信度SNP。

进化分析：进化树构建；群体结构分析；PCA分析；LD衰减分析等

研究结果

1.金陵白鸭群体体重表型统计

该研究对金陵白鸭（n = 201）在不同时期的体重进行统计，BWB、BW1、BW3、BW5和BW7的体重均值分别为46.93g、127.19g、697.17g、1182.43g和1,888.52g。生长曲线结果显示：金陵白鸭第3周-第5周生长最快，第5周后生长放缓。体重的分散度随着年龄和体重的增加而增加。相邻2周的体重之间存在较强的相关性，BW3与BW1（r = 0.6）、BW5（r = 0.68）和BW7（r = 0.6）显著正相关，BW5与BW7显著正相关（r = 0.82）。但随着时间间隔的延长，性状间的相关性降低，BW1与BW7的相关性不显著（r = 0.21），BWB则与BW3 (r = 0.18)， BW5 (r = 0.058)，BW7 (r = 0.45)均不显著相关。

2.金陵白鸭系统发育、群体遗传结构解析

虽然该研究只有金陵白鸭一个种群，但考虑到繁殖过程中种群分层的潜力，作者进行了系统发育和群体结构分析。系统发育树和PCA结果显示，金陵白鸭可分为5个种群，群体结构表明，当K=6时分群结果最佳，金陵白鸭种群具有丰富的遗传多样性，总SNPs的平均R²为0.24，当R²=0.2，LD的衰减距离约为30kbp。

3.GWAS分析

该研究对基于测序产生的2,610.50 Gbp的clean data进行分析，Q30为95.55%，样本与参考基因组平均比对率为99.59%，平均覆盖深度为10×，基因组覆盖度为96.51%。作者利用，797,309,337个SNPs，4种关联模型进行后续GWAS分析，其中95个SNP与BWB性状显著相关，这些SNP主要分布在1号染色体和4号染色体上。通过筛选和注释，共检测到5个相关的候选基因：PUS7、FBXO11、FOXN2、MSH6、SLC4A4。针对BW1性状，作者发现了101个与BW1性状显著相关的SNPs，这些SNP主要分布在7号染色体上，共检测到2个与BW1性状相关的候选基因：RAG2和TMEFF2。针对BW3性状，作者发现了112个显著SNPs。这些SNP主要分布在1号染色体和11号染色体上。通过筛选和注释，共检测到4个与BW3性状相关的候选基因： STARD13、Klotho、ZAR1L和TLE3。同时确定了92个与BW5性状相关SNPs，这些SNP主要分布在1号染色体和2号染色体上，通过注释STARD13、Klotho和ZAR1L与BW5性状相关。此外，作者还鉴定了新的候选基因：KAT2B、KCNH8和SATB1。

BW7性状与33个SNP关联，这些SNP主要分布在1号染色体和2号染色体上。通过筛选和注释，共检测到6个与BW7性状相关的候选基因：PLXNC1、ATP1A1、CD58、FRYL、OCIAD1和OCIAD2。在分析的四个模型的结果，LM识别出了更多的显著位点，曼哈顿图显示出更高的峰值。然而，QQ-plot显示，LM模型中的大部分站点都位于对角线上方，可能具有较高的假阳性。其余3个模型的结果均表现出一致性，而QQ-plot的结果则优于LM模型。

研究总结

金陵白鸭是一种新开发的品种，因其生长速度快，肉质优良的特点，使其具有重要的经济价值和研究潜力；然而，人们对其体重性状的遗传基础尚不太清楚。该研究对201只金陵白公鸭进行了全基因组重测序，并进行了群体基因组分析，表明金陵白鸭种群具有丰富的遗传多样性。

作者对出生体重（BWB）、1周体重（BW1）、3周体重（BW3）、5周体重（BW5）和7周体重（BW7）进行了全基因组关联分析，4种统计模型比较研究表明，FaST-LMM表现出最优的效率，产生更多的结果和最小的假阳性。

作者发现，PUS7、FBXO11、FOXN2、MSH6和SLC4A4均与BWB相关。RAG2和TMEFF2是BW1的候选基因，STARD13、Klotho、ZAR1L可能是BW3和BW5的候选基因。PLXNC1、ATP1A1、CD58、FRYL、OCIAD1和OCIAD2与BW7相关。这些研究结果为金陵白鸭的选择和育种提供了遗传参考，同时也加深研究者们对白鸭生长发育表型的认识。