89只中国绵羊的全基因组序列提示RXFP2在半野化反应中独特角表型发育中的作用

Whole-genome sequences of 89 Chinese sheep suggest role of RXFP2 in the development of unique horn phenotype as response to semi-feralization.

作者信息Zhangyuan Pan, Shengdi Li, Qiuyue Liu, Zhen Wang, Zhengkui Zhou, Ran Di, Benpeng Miao, Wenping Hu, Xiangyu Wang, Xiaoxiang Hu, Ze Xu, Dongkai Wei, Xiaoyun He, Liyun Yuan, Xiaofei Guo, Benmeng Liang, Ruichao Wang, Xiaoyu Li, Xiaohan Cao, Xinlong Dong, Qing Xia, Hongcai Shi, Geng Hao, Jean Yang, Cuicheng Luosang, Yiqiang Zhao, Mei Jin, Yingjie Zhang, Shenjin Lv, Fukuan Li, Guohui Ding, Mingxing Chu, Yixue Li
PMID29668959
发布时间2018-04
DOI10.1093/gigascience/giy019

实验完整度

高

包含全基因组测序、群体遗传分析、选择性扫描、关联分析、基因表达和蛋白验证等多个独立证据层级,并有功能验证。

主要模型

Prairie Tibetan sheep (PT) Oula sheep (OL) Valley Tibetan sheep (VT) Mongolian sheep (MGS)

重点核对

样本量:99只绵羊(89只中国绵羊和10只澳洲美利奴羊) 测序平台:Illumina HiSeq 2500,2×100 bp双端测序 比对参考基因组:oviAri3 RXFP2单倍型:OAR10_29_461_968 (E641K) 和 OAR10_29_462_010 (V627M) 关联分析样本:182只PT羊,5种角类型

摘要

背景:动物驯化已被广泛研究,但野化过程仍知之甚少。结果:在这里,我们对99只绵羊进行了全基因组测序,并确定了青藏高原2个异质群体之间的主要遗传分化,包括1个半野化谱系。选择性扫描和候选基因分析揭示了这些绵羊与感觉知觉、肌肉力量、饮食习惯、交配过程和攻击行为相关的局部适应。特别是,一个与角相关的基因RXFP2在半野化品种中表现出快速进化的迹象。一个独特的单倍型和RXFP2的角相关组织表达的抑制与更高的角长度以及螺旋和水平延伸的角形状相关。结论:半野化对绵羊的多种表型特征具有广泛影响。通过获得类似于其野生祖先的特征,半野化绵羊能够在频繁接触野生环境和罕见的人为干预下恢复适应性。这项研究为人为干预不再占主导地位时家养动物的进化提供了新的见解。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
半野化如何影响中国家养绵羊的遗传和表型,特别是角表型?
核心机制
RXFP2基因的独特单倍型与半野化绵羊的角大小和形状相关,其表达下调促进螺旋角形成,可能通过性选择驱动。
主要证据
基于99只绵羊的全基因组测序,通过选择性扫描和关联分析发现RXFP2单倍型与角大小(每个T等位基因增加11.75厘米)和角形状显著相关;表达分析显示RXFP2在SHE型角中表达降低。
研究意义
揭示了半野化对家养动物表型进化的影响,为理解人类干预减少时家养动物的适应性进化提供了新视角。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

样本采集与全基因组测序

获取遗传变异数据,用于群体遗传和选择性扫描分析。

采集10个品种共99只绵羊的静脉血,提取DNA,构建文库,进行全基因组测序(约6×深度)。

2

变异检测和群体遗传分析

评估群体遗传结构、多样性和进化关系。

将测序数据比对到参考基因组,进行SNP和indel检测,构建邻接树,进行PCA和群体结构分析。

3

选择性扫描分析

鉴定位点受正选择的候选基因,特别是在半野化群体中。

基于FST和杂合度比,以30-kb窗口、15-kb步长扫描,鉴别选择性清除区域,并进行GO富集分析。

4

RXFP2单倍型验证

验证RXFP2基因的独特单倍型在半野化群体中的分布。

对1155只额外绵羊进行SNaPshot基因分型,验证两个错义突变(E641K和V627M)的等位基因频率。

5

关联分析

确定RXFP2单倍型与角表型之间的相关性。

在182只PT羊中,对8个SNP进行基因分型,使用线性或逻辑回归分析角大小和形状的关联。

6

基因表达分析

确认RXFP2是影响角表型的功能基因。

通过RT-PCR和实时PCR检测13个组织(包括软角和角骨膜)中RXFP2及侧翼基因的表达,并通过Western blot验证蛋白水平。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
样本信息
品种、来源、海拔、性别比例(约1:1)
阅读提示:Methods 中 Sample collection and sequencing 部分及 Supplementary Table S2
测序与比对
测序平台、读长、覆盖深度(约6×)
阅读提示:Methods 中 Sample collection and sequencing 部分
选择性扫描参数
窗口大小(30 kb)、步长(15 kb)、阈值(top 5%)
阅读提示:Methods 中 Selective sweep analysis 部分
RXFP2基因分型
SNP位置(OAR10_29_461_968, OAR10_29_462_010)、样本量(1155)
阅读提示:Methods 中 Validation of SNP genotypes in large population 部分
关联分析
样本量(182)、角表型分类、遗传模型(加性、隐性)
阅读提示:Methods 中 Association study between the RXFP2 genotype and horn phenotypes 部分
基因表达分析
组织类型(13个)、样本量(13个PT羊)、内参(β-actin)
阅读提示:Methods 中 Gene expression analysis of RXFP2 and its flanking genes 部分