猴哥，二师兄又见刊了!

沙师弟说：“猴哥，二师兄火啦，之前在Nature Genetic、Scientific Reports上先后见刊，这不，最近又登上了Genome Research。”大师兄说：“我得去看看这呆子到底做了啥？”

诺禾致源科技服务团队携手四川农业大学、重庆畜牧科学院等单位研究人员推出了个体变异检测和群体遗传学新思路，这是首次基于个体进行选择消除分析的方法，解析以单个个体为代表的品种特异性状机制，研究成果已发表在2016年9月的Genome Research杂志（5 years IF：14.381）。其中，四川农业大学李明洲教授，重庆畜牧科学院陈磊，诺禾致源首席技术官田仕林、诺禾致源信息分析主管林育，四川农业大学唐茜子副研究员，哈佛医学院周旭明博士为论文的共同第一作者，四川农业大学李明洲教授、重庆畜牧科学院王金勇研究员、诺禾致源李瑞强博士和四川农业大学李学伟教授为论文共同通讯作者。

本研究首次在经济动物中以10只品种猪为代表，采用全基因组组装检测遗传变异的策略，解析欧亚大陆猪群体的遗传多样性，与传统的群体遗传学研究思路相比，能获得更多更全的复杂区域变异信息以及同时鉴定新的序列和基因结构。提供了个体变异检测和群体遗传学新思路。此外，本研究首次在经济动物基因组中引入了Relative Homozygous SNP Density （RSD） 选择消除分析方法，解析了以单个个体为代表的品种特异性状机制，为经济动物的性状挖掘提供了新的分析方法。

材料：9头不同品种的猪（5头欧洲品种猪和4头中国品种猪）＋1头藏猪（已测序）；

建库：小片段文库（180bp和500bp）和大片段文库（2kb、5kb、6kb和10 kb）；

测序：Illumina HiSeq 2500 ，平均测序深度是100X。

1. 9头猪品种个体全基因组组装

利用Illumina HiSeq 2500测序平台对9头不同品种的雌性猪进行de novo测序，获得的基因组全长为2.45~2.49Gb，Contig N50达到28.99~42.66kb, Scaffold N50达到1.26~2.45Mb。

图1  不同猪品种个体SNP的检测

2.

利用9头不同地区的猪品种，并结合已测序的藏猪，对来自欧亚地区的猪进行遗传多样性分析。在100万年前出现了欧洲猪和亚洲猪的分化，这是导致欧亚猪遗传差异的重要原因。，。此外通过PCA和IS分析也证实了这一结论。

图2 

3. 大结构变异图谱

利用全基因组组装的策略，来检测复杂区域的遗传变异信息，构建大结构变异图谱，由于外界的选择导致了猪基因组上出现了大量的插入和缺失变异（InDels）。，。

4. 基于RSD的选择消除分析

为了研究表型差异的遗传变异机制，利用品种个体基因组遗传信息，基于RSD的选择消除分析手段来研究多环境选择力导致的品种特异性。在受选择的情况下，检测到20.01Mb的受选择区域，包含了分散在基因组不同区域的308个基因。

高脂肪的荣昌猪和金华猪是中国代表性地方品种，研究发现18.37%和10.17%的受选择基因分别位于荣昌猪和金华猪的受选择区域内或邻近区域，这些基因参与调节食物吸收和体内能量平衡、脂肪新陈代谢、肥胖引起的高血压、炎症信号和胰岛素耐受性等过程。另外，为了满足欧洲社会人类对低卡路里食物的需求，欧洲猪与高瘦肉产量相关的品种受到了选择。，这与发展中国家对高能量食物的需求有关。

图3  基于RSD的选择消除分析

5. 缺失基因的选择消除分析

通过全基因组组装检测参考基因组上缺失的序列及缺失基因，共检测到137.02Mb的缺失序列，包含1737个缺失基因。不同个体的缺失序列和缺失基因可能是导致欧亚猪遗传差异的重要来源，同时也可能是导致品种多样性的重要因素。

为了揭示选择导致的遗传变异机制，采用FDIST分析中国野猪和7个中国驯化猪群体间缺失基因编码区SNP的差异。结果发现，在定向选择压力下导致了328个缺失基因中插入了605个非冗余的编码SNP。有趣的是，二花脸猪的71个基因与有性繁殖、胚胎发育等繁殖能力显著关联（图4）。

图4  二花脸猪的高繁殖能力

与同义突变相比，错义突变在中国野猪和驯化猪之间有更低的遗传差异。尽管如此，仍存在127个受选择的错义突变中，有3个错义突变发生在2个基因（ALPK3、PKD1L2）上，这3个错义突变在中国野猪和二花脸猪中表现为显著的选择信号。ALPK3、PKD1L2基因与肥胖途径有关。ALPK3基因在心肌细胞差异中扮演重要角色，ALPK3基因在驯化猪中受到选择，表明驯化猪在长期处于“引发糖尿病”的毒害环境中具有潜在的自我保护机制。PKD1L2基因受到选择可能是驯化猪活动范围长期受限而导致较弱的运动能力有关。

 图5 ALPK3基因错义突变的分析

通过对10头不同品种的猪进行个体基因组组装，将组装序列与参考基因组进行比对，挖掘了大量的SNP、InDel、SV和CNV等遗传变异，揭示了欧亚猪中具有明显的遗传差异，。此外，通过该方法还检测到了137.02Mb的新片段，包含了1737个蛋白编码基因。采用品种个体基因组遗传信息的选择消除分析发现了20.01Mb的受选择区域，包含了分散在基因组不同区域的308个基因，也揭示了猪种选育策略差异与社会需求极度相关。本研究为经济性动物的基因组研究提供了新的分析思路，也揭示了品种育成机制，具有重要的应用价值。

还记得诺禾致源重测序2016年在Molecular Biology and Evolution杂志上连续发表的3篇群体进化高水平文章吗？（请戳链接：BANG BANG BANG！重测序高分文章三连发！！！）

参考文献

[1] Li M, Chen L, Tian S, et al. comprehensive variation discovery and recovery of missing sequence in the pig genome using multiple de novo assemblies[J]. Genome Research, 2016

[2] Li M, Tian S, Jin L, et al. Genomic analyses identify distinct patterns of selection in domesticated pigs and Tibetan wild boars[J]. Nature Genetics, 2013, 45(12):1431-1438.

[3] Li M, Tian S, Yeung C K L, et al. Whole-genome sequencing of Berkshire (European native pig) provides insights into its origin and domestication[J]. Scientific reports, 2014, 4: 4678.

动植物重测序业务线   徐凤凤丨文案

王    迪丨编辑

配图来源于网络，侵删