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利用全基因组关联分析（GWAS）鉴别猪腹股沟/阴囊疝易感基因

作　者: 阮国荣
导　师: 黄路生
学　校: 江西农业大学
专　业: 动物遗传育种与繁殖
关键词: 猪腹股沟/阴囊疝位置候选基因全基因组关联分析
分类号: S858.28
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

腹股沟／阴囊疝是猪最主要的遗传性疾病之一,每年给世界养猪业造成巨大的经济损失。猪腹股沟／阴囊疝的发病率约为1%,遗传力在0.2-0.6不等,环境、品种及遗传背景不同,表现差异较大。在育种实践中,通过常规表型选择对于降低猪腹股沟／阴囊疝的发生率收效甚微,分离和鉴别猪阴囊疝易感位点及其主要致病基因是猪阴囊疝抗病育种的关键。本研究采集了全国8省(市)16个大型种猪场的长白、大白、杜洛克和皮特兰等国外主要商业猪种222个腹股沟／阴囊疝患病家系的739个样本(含239个患病个体),利用Illumina Porcine SNP60K DNA芯片对这些个体进行基因分型,通过严谨的质控检验,最终确定211个家系711个样本(含226个患病个体)的39289个有效SNP用于全基因组关联分析(GWAS)。鉴于样本家系结构的复杂背景,为避免群体层化效应给GWAS分析带来干扰,首先对样本信息进行了群体结构分析,并根据群体分布结果,开展了基于家系的传递不平衡检测(TDT)分析,未发现显著关联位点；然后针对样本中含有7个患病个体以上的3个半同胞家系分别进行了连锁定位分析以及合并分析,采用Bonferroni校正值确定显著性阂值,也未检测到显著关联位点；再对所有样本进行病例-对照SNP全基因组关联分析和单倍型分析并通过QQ-PLOT作图验证,结果发现在SSC1上17.83Mb-18.13Mb区域5个SNP标记,ASGA0097745(p=0.00057)、ASGA0001418和ASGA0001422(p=0.00089)、ALGA0001427(p=0.00094)、H3GA0001012(p=0.00176)以及SSC7上16.85Mb位置的MARC0077275标记(p=0.00155)与猪腹股沟／阴囊疝显著相关。与其他研究结果比较,SSC1上的17.83-18.13Mb定位区间与Grindflek等(2006)报道区间重叠,易感区域得以进一步验证。而7号染色体的易感位点／区域与Grindflek等(2006)和Knorr等(2006)两个小组在7号染色体上定位到显著影响猪腹股沟／阴囊疝发生的易感位点／区域均不一致,是一个新的猪腹股沟／阴囊疝易感位点。通过Ensemble网站,在1号染色体上的易感区域搜寻到一个位置候选基因糖醛基-2-磺基转移酶(UST),该酶所调控的硫酸皮肤素粘多糖被证明与人类腹股沟／阴囊疝有关。7号染色体上易感位点所对应的位置候选基因为细胞周期蛋白依赖激酶5调节亚单位相关蛋白1类似物1(CDKAL1),推测该基因可能通过调控细胞凋亡影响疝气发生。展望未来,将采用更大规模的样本群体,利用目的基因深度重测序策略,对这两个位置候选基因开展深入的遗传和功能验证分析。本研究利用大规模特定家系全基因组关联分析定位到两个猪腹股沟／阴囊疝易感区域,为下一步在更大样本群中进行重复验证及精细定位猪腹股沟／阴囊疝致病基因奠定了坚实基础,为最终创建阴囊疝抗病分子育种技术提供了理论依据。

全文目录

目录  4-7
摘要  7-9
Abstract  9-11
第一章文献综述  11-36
  1 猪腹股沟/阴囊疝研究进展  11-23
    1.1 引言  11
    1.2 猪腹股沟/阴囊疝的发病率和遗传力  11-12
      1.2.1 发病率  11-12
      1.2.2 遗传力  12
    1.3 腹股沟/阴囊疝分子病理研究  12-19
      1.3.1 睾丸下降异常  12-14
      1.3.2 鞘状突闭合失败  14-18
      1.3.3 胶原代谢紊乱  18-19
    1.4 腹股沟/阴囊疝的分子遗传研究  19-23
      1.4.1 猪腹股沟/阴囊疝易感位点定位(QTL)  19-21
      1.4.2 猪腹股沟/阴囊疝的精细定位与候选基因研究  21-23
  2 GWAS在家畜遗传学中的研究进展  23-32
    2.1 全基因组关联研究(GWAS)的概念  23
    2.2 猪基因组序列及60K芯片研究进展  23-25
      2.2.1 猪基因组计划研究进展  23-24
      2.2.2 猪全基因60K SNP芯片的开发过程  24-25
    2.3 全基因组关联研究(GWAS)的分析原理  25
    2.4 GWAS的分析方法  25-27
      2.4.1 分析背景  25-26
      2.4.2 确定统计模型  26-27
      2.4.3 效应估算  27
    2.5 全基因组关联研究(GWAS)的应用  27-32
      2.5.1 GWAS在家畜质量性状定位中的应用进展  28-29
      2.5.2 GWAS在家畜数量性状定位中的应用进展  29-31
      2.5.3 GWAS在疝气研究上的应用  31-32
  3 GWAS之后新兴的遗传学分析手段  32-34
    3.1 全基因组深度重测序及大规模功能基因挖掘  32-33
    3.2 利用整合系统生物学鉴别重要目的基因  33-34
  4 本研究的目的、意义  34-36
    4.1 本研究的目的  34-35
    4.2 本研究的意义  35-36
第二章利用全基因组关联分析鉴别猪腹股沟/阴囊疝易感基因  36-69
  1 前言  36
  2 材料和方法  36-43
    2.1 猪腹股沟/阴囊疝患病家系样品收集  36-40
      2.1.1 表型判定及样品收集的方法  36-38
      2.1.2 样本的来源和数量  38-40
      2.1.3 基因组DNA提取  40
    2.2 Illumiina 60K SNP芯片的全基因组基因分型  40-41
      2.2.1 DNA质量检测及其浓度标准化  40-41
      2.2.2 SNP分型的方法  41
    2.3 GWAS数据质量控制  41
    2.4 基于GWAS数据的群体结构分析方法  41-42
    2.5 GWAS统计分析方法  42-43
      2.5.1 基于家系的传递不平衡检测(TDT)分析  42
      2.5.2 半同胞家系的连锁定位分析  42
      2.5.3 病例-对照分析方法  42-43
    2.6 腹股沟/阴囊疝易感基因的搜寻  43
  3 结果  43-61
    3.1 GWAS数据的质控结果  43-47
      3.1.1 SNP标记的检出率(call rate)  44
      3.1.2 个体的SNP检出率  44-45
      3.1.3 哈迪-温伯格检验  45
      3.1.4 次等位基因  45
      3.1.5 性别重检验  45-46
      3.1.6 亲缘关系鉴别和家系合并  46
      3.1.7 重复样品检验  46-47
    3.2 基于GWAS数据的群体结构分析结果  47-49
    3.3 基于核心家系的传递不平衡(TDT)分析结果  49-54
      3.3.1 所有个体的TDT分析结果  49-50
      3.3.2 各亚群的TDT分析结果  50-54
    3.4 基于半同胞家系的连锁分析(LA)结果  54-57
      3.4.1 LWY368号大白公猪半同胞家系连锁分析结果  54
      3.4.2 LWY800号公猪半同胞家系连锁分析结果  54
      3.4.3 LWY934号公猪半同胞家系连锁分析结果  54
      3.4.4 三个半同胞家系的合并分析(Meta)结果  54-57
    3.5 病例-对照全基因组关联分析结果  57-60
      3.5.1 基于SNP的全基因组关联分析结果  57
      3.5.2 基于单倍型的全基因组关联分析结果  57-60
    3.6 位置候选基因搜寻结果  60-61
  4 分析与讨论  61-67
    4.1 影响GWAS数据质量的因素  61-62
    4.2 数据质量控制的必要性  62
    4.3 不同统计方法的选择  62-64
    4.4 腹股沟/阴囊疝易感位点的鉴别  64-67
      4.4.1 腹股沟/阴囊疝新的易感位点及其可能的位置候选基因  64-65
      4.4.2 国际同类研究结果的比较  65-66
      4.4.3 腹股沟/阴囊疝易感位点遗传本质的复杂性  66-67
    4.5 后续研究的建议和展望  67
  5 小结  67-69
参考文献  69-83
附1  83-84
致谢  84-85

利用全基因组关联分析（GWAS）鉴别猪腹股沟/阴囊疝易感基因

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