陳才，陳偉，鄭堯，顧浩，王偉，王宵燕，高波，宋成義

·動(dòng)物及獸醫(yī)生物技術(shù)·

轉(zhuǎn)座子引起的豬基因結(jié)構(gòu)變異及其與生產(chǎn)性能的關(guān)聯(lián)分析

陳才，陳偉，鄭堯，顧浩，王偉，王宵燕，高波，宋成義

揚(yáng)州大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009

為探明轉(zhuǎn)座子對(duì)豬的基因及其側(cè)翼區(qū)結(jié)構(gòu)變異的貢獻(xiàn)，從全基因組測(cè)序(WGS) 數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取 14個(gè)豬基因組中的基因序列和側(cè)翼序列，通過(guò)ClustalX多序列比對(duì)和RepeatMasker轉(zhuǎn)座子注釋?zhuān)娼馕鲛D(zhuǎn)座子對(duì)的影響。通過(guò)PCR檢測(cè)到一個(gè)SINEA1轉(zhuǎn)座子插入多態(tài)，在蘇姜豬群體中與相關(guān)性狀進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。結(jié)果顯示，基因及其側(cè)翼區(qū)中含有至少77個(gè)轉(zhuǎn)座子片段，其中絕大部分 (98.70%) 為SINE類(lèi)轉(zhuǎn)座子，并鑒定到9個(gè)小結(jié)構(gòu)變異和4個(gè)由轉(zhuǎn)座子引起的大結(jié)構(gòu)變異，表明轉(zhuǎn)座子是基因變異的重要來(lái)源。其中一個(gè)SINEA1插入多態(tài)引起的結(jié)構(gòu)變異，在不同品種中呈現(xiàn)豐富的多態(tài)性，且無(wú)插入個(gè)體 (SINE-/-) 蘇姜豬的斷奶窩重 ((64.20±10.6) kg) 比純合有插入個(gè)體 (SINE+/+) ((74.14±9.0) kg) 和雜合有插入個(gè)體 (SINE+/-) ((69.71±7.7) kg) 輕 (<0.05)，表明基于轉(zhuǎn)座子插入多態(tài)研發(fā)分子標(biāo)記具有可行性，提示轉(zhuǎn)座子插入多態(tài)分子標(biāo)記在分子輔助育種中具有較強(qiáng)的應(yīng)用潛力。

轉(zhuǎn)座子，插入多態(tài)，結(jié)構(gòu)變異，基因關(guān)聯(lián)分析

在豬基因組中，轉(zhuǎn)座子是基因組的主要組成成分，占豬基因組的40.72%，其中反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子是主要成分，占轉(zhuǎn)座子的91.49%[1]。研究表明，轉(zhuǎn)座子是基因組大小的重要決定因素，基因組的大小與其轉(zhuǎn)座子的含量成正相關(guān)[2]。同時(shí)轉(zhuǎn)座子可移動(dòng)的特性使其成為基因組結(jié)構(gòu)變異的重要貢獻(xiàn)者，并在多個(gè)水平上影響宿主基因的活性。已有超過(guò)100例反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的插入導(dǎo)致了人類(lèi)遺傳疾病的報(bào)道[3]。同時(shí)在動(dòng)物上已經(jīng)觀察到許多由轉(zhuǎn)座子插入引起的表型變化，例如短散在核元件 (Short interspersed nuclear elements，SINE) 插入引起狗的體型變化和毛色變化[4-6]，以及內(nèi)源性反轉(zhuǎn)錄病毒 (Endogenous retroviruses transposon，ERV) 插入引起雞的蛋殼顏色變化[7]。在豬中也觀察到兩例因L1插入引起的性狀變化[8-9]。

驅(qū)動(dòng)連接蛋白基因 (，) 產(chǎn)物是生物進(jìn)化過(guò)程中保留下來(lái)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的一種保守性膜受體蛋白。豬 ()基因 (GeneID: 100152397) 位于Chr1: 184 881 555–184 990 936 (+) (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/100152397)，全長(zhǎng)109 382 bp。于1992年從雞胚腦的cDNA文庫(kù)中發(fā)現(xiàn)[10]，其后有研究表明該基因與雞脛骨軟骨病有關(guān)[11]。同時(shí)，在人的疾病研究中，通過(guò)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序鑒定了在皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中發(fā)揮重要作用，并可作為治療干預(yù)的新靶點(diǎn)[12]。

目前對(duì)豬基因的研究較少，而豬的基因及其側(cè)翼序列中轉(zhuǎn)座子及結(jié)構(gòu)變異 (Structural variations，SV) 的分布情況還未見(jiàn)報(bào)道。因此全面解析基因中存在的結(jié)構(gòu)變異，揭示轉(zhuǎn)座子對(duì)其結(jié)構(gòu)變異的貢獻(xiàn)非常必要，其研究結(jié)果將會(huì)對(duì)進(jìn)一步理解轉(zhuǎn)座子對(duì)功能基因的影響提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

本研究所用動(dòng)物樣品為大白豬 (pig) 耳樣62個(gè)，來(lái)自安徽省某種豬育種公司 (安徽省)；長(zhǎng)白豬 (pig) 抗凝血樣30個(gè)和杜洛克 (pig) 抗凝血樣30個(gè)，來(lái)自徐州六馬種豬科技有限公司 (江蘇省)；梅山豬 (pig) 耳樣30個(gè)和二花臉 (pig) 耳樣 41個(gè)，來(lái)自蘇州蘇太企業(yè)有限公司 (江蘇省)；巴馬香豬 (pig)耳樣20個(gè)，來(lái)自巴馬原種香豬農(nóng)牧實(shí)業(yè)有限公司 (廣西省)；蘇姜豬 (pig) 耳樣184個(gè)，來(lái)自姜曲海種豬場(chǎng) (江蘇省)；藏豬 (pig) 耳樣36個(gè)，來(lái)自甘孜市畜牧所采集自四川省康定市地區(qū) (四川省)。野豬 () 肉樣3頭，采購(gòu)自安徽地區(qū)。

1.2 基因組提取

使用試劑盒TaKaRa的MiniBEST Universal Genomic DNA Extraction Kit Ver.5.0 (TaKaRa，大連，中國(guó)) 從血液或耳組織中提取基因組DNA。提取的基因組DNA通過(guò)紫外分光光度計(jì)和瓊脂糖凝膠電泳進(jìn)行DNA濃度和質(zhì)量檢測(cè)，然后置于?20 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 獲取ktn1基因和側(cè)翼序列

從NCBI數(shù)據(jù)庫(kù) (https://www.ncbi.nlm.nih. gov/gene/?term=100152397) 中定位基因的位置，向其5′側(cè)翼區(qū)和3′側(cè)翼區(qū)分別延伸5 kb和3 kb作為參考序列。利用參考序列與NCBI的WGS數(shù)據(jù)庫(kù)中的基因組序列數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，獲取到另外13個(gè)基因組序列中基因及側(cè)翼區(qū)的序列，其中部分基因組中的序列由于數(shù)據(jù)庫(kù)中基因組測(cè)序數(shù)據(jù)拼接長(zhǎng)度不夠，需要手動(dòng)拼接。

1.4 豬ktn1基因在不同物種間的保守性分析

為了分析(基因和側(cè)翼區(qū)) 序列的保守性，將豬(基因和側(cè)翼區(qū)) 序列定位于ENSEMBL數(shù)據(jù)庫(kù) (http://www.ensembl.org/index. html) 中的豬參考基因組上，同時(shí)進(jìn)行區(qū)域比對(duì) (Region Comparison)，獲取牛、綿羊、馬、人、小鼠、狗參考基因組中相對(duì)應(yīng)的序列，然后使用mVISTA (http://genome.lbl.gov/vista/index.shtml)進(jìn)行保守分析。

1.5 轉(zhuǎn)座子注解

通過(guò)使用RepeatMasker (version：4.0.7，-cutoff 250，-nolow)結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建的豬轉(zhuǎn)座子數(shù)據(jù)庫(kù)[1]對(duì)杜洛克參考基因組的(基因和側(cè)翼區(qū)) 序列進(jìn)行轉(zhuǎn)座子注釋?zhuān)瑑H保留比對(duì)得分超過(guò)1 000且標(biāo)記長(zhǎng)度超過(guò)100 bp的位點(diǎn)進(jìn)行后續(xù)分析。

1.6 ktn1基因多序列比對(duì)及結(jié)構(gòu)突變分析

將14條(基因和側(cè)翼區(qū)) 序列使用ClustalX (version：2.0) 軟件進(jìn)行多序列比對(duì)以鑒定結(jié)構(gòu)突變。我們定義2–10 bp的變異為小型結(jié)構(gòu)變異，且僅當(dāng)有3個(gè)及以上品種基因組數(shù)據(jù)中出現(xiàn)一致變異才被認(rèn)定為確定存在的變異，少于3個(gè)品種發(fā)生的結(jié)構(gòu)變異被認(rèn)為可能由測(cè)序或拼接不準(zhǔn)造成的不確定變異，未被統(tǒng)計(jì)。大于50 bp的變異被定為大結(jié)構(gòu)變異，且僅當(dāng)2個(gè)及以上品種基因組數(shù)據(jù)中出現(xiàn)時(shí)才被統(tǒng)計(jì)，但由測(cè)序不確定 (如超過(guò)500 bp的gap或超過(guò)100 bp的N) 造成的大結(jié)構(gòu)變異未被統(tǒng)計(jì)。同時(shí)將大結(jié)構(gòu)變異與1.5中轉(zhuǎn)座子注釋位點(diǎn)進(jìn)行相互對(duì)應(yīng)，超過(guò)60%長(zhǎng)度的結(jié)構(gòu)變異對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)座子標(biāo)記位點(diǎn)的被認(rèn)定為是由轉(zhuǎn)座子引起的結(jié)構(gòu)變異。

1.7 ktn1中SINE轉(zhuǎn)座子插入多態(tài)檢測(cè)

選擇一個(gè)中年輕SINE轉(zhuǎn)座子插入位點(diǎn)兩側(cè)的序列使用Oligo7設(shè)計(jì)常規(guī)PCR引物，引物名稱(chēng)及序列信息見(jiàn)表1。同時(shí)選取杜洛克豬、長(zhǎng)白豬、大白豬、野豬、梅山豬、藏豬、二花臉豬、巴馬香豬8個(gè)品種，每個(gè)品種3個(gè)個(gè)體進(jìn)行插入多態(tài)性檢測(cè)。

1.8 ktn1中SINE插入多態(tài)位點(diǎn)群體檢測(cè)

對(duì)1.7中SINE插入位點(diǎn)在不同品種的群體中 (大白豬 62頭、長(zhǎng)白豬48頭、杜洛克44頭、蘇姜豬184頭、巴馬香豬36頭)插入多態(tài)性及其頻率進(jìn)行檢測(cè)。計(jì)算基因型頻率、等位基因頻率。對(duì)基因型分布進(jìn)行 Hardy-Weiberg平衡的卡方適合性檢驗(yàn) (chi-square test)：

(Observed) 代表每個(gè)基因型的觀測(cè)數(shù)目，(Expected) 代表每一個(gè)基因型在哈代-溫伯格平衡定律成立的假定下的期望數(shù)目。同時(shí)在蘇姜豬中與相關(guān)生長(zhǎng)繁殖性狀進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，使用SPSS通過(guò)Duncan測(cè)驗(yàn)進(jìn)行差異顯著性分析 (<0.05)。

表1 豬ktn1基因中SINE轉(zhuǎn)座子插入位點(diǎn)檢測(cè)引物

2 結(jié)果與分析

2.1 獲取到14條ktn1基因的序列

經(jīng)過(guò)與NCBI的WGS數(shù)據(jù)庫(kù)中不同品種的豬基因組測(cè)序數(shù)據(jù)比對(duì)，獲取到14個(gè)測(cè)序基因組中(基因及上游5 kb和下游3 kb側(cè)翼區(qū)) 的序列，序列的來(lái)源及在各基因組中的長(zhǎng)度見(jiàn)表2。從不同品種的測(cè)序基因組中獲取到的(基因及側(cè)翼區(qū)) 長(zhǎng)度存在一定的差異，八眉豬 (pig)、長(zhǎng)白豬 (pig) 和大白豬 (pig) 中獲取的序列長(zhǎng)度與杜洛克豬 (pig) 參考序列長(zhǎng)度相近 (117 382 bp)，在雜交豬 (pig)、哥根廷豬 (pig)、金華豬 (pig) 和榮昌豬 (pig) 中，序列長(zhǎng)度略小于參考序列，但在五指山豬 (pig) 和巴克夏豬 (pig) 的基因組中獲取的序列明顯短于參考序列，分別只有115 708 bp和114 968 bp，提示在基因或其側(cè)翼區(qū)中存在結(jié)構(gòu)變異。

2.2 ktn1基因在不同物種中相對(duì)比較保守

根據(jù)NCBI對(duì)豬基因的注解，基因的長(zhǎng)度為109 382 bp，共有54個(gè)外顯子，但前6個(gè)外顯子只是起始位置不同，結(jié)束位置相同，而最后4個(gè)外顯子的起始位置相同，終止位置不同。這些外顯子通過(guò)不同的拼接組合形成15個(gè)轉(zhuǎn)錄本 (圖1)。

通過(guò)mVISTA將豬(基因和側(cè)翼)與牛、綿羊、馬、狗、人、小鼠中相應(yīng)區(qū)域的序列進(jìn)行保守性分析。結(jié)果如圖1所示，豬的基因與牛、綿羊、狗和馬的保守性較高，其次是人，與小鼠的保守性最差。但在上述7個(gè)物種中外顯子區(qū)尤其CDS區(qū) (淺紫色)均非常保守，而第一內(nèi)含子區(qū)保守性相對(duì)較弱。

2.3 杜洛克參考基因組中轉(zhuǎn)座子對(duì)ktn1基因的貢獻(xiàn)

由于杜洛克參考基因組中基因序列最為完整，因此以杜洛克中基因的轉(zhuǎn)座子注解信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在基因及其側(cè)翼區(qū)中鑒定到77個(gè)轉(zhuǎn)座子標(biāo)記位點(diǎn)，其中76個(gè)為反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子 (98.70%)，其中SINE最多，有54個(gè)位點(diǎn)，最年輕的家族SINEA有49個(gè)位點(diǎn)。對(duì)標(biāo)記長(zhǎng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，117 382 bp的(基因和側(cè)翼) 序列中共有26 364 bp (22.46%) 被轉(zhuǎn)座子標(biāo)記，其中最多是SINE (13 638/11.62%)，其次是LINE (11 328/9.65%)，其中最年輕SINE家族SINEA標(biāo)記了12 588 bp占10.72%?；蛑修D(zhuǎn)座子數(shù)量及序列貢獻(xiàn)信息見(jiàn)表3。

表2 不同豬種的基因組中ktn1(基因及上游5 kb和下游3 kb側(cè)翼區(qū))序列來(lái)源和長(zhǎng)度

圖1 ktn1基因保守性分析及轉(zhuǎn)錄本示意圖

表3 杜洛克參考基因組中ktn1基因中轉(zhuǎn)座子數(shù)量及序列貢獻(xiàn)信息

2.4 ktn1基因中存在多個(gè)結(jié)構(gòu)突變

將14條(基因和側(cè)翼區(qū)) 序列進(jìn)行多序列比對(duì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)突變位點(diǎn)。外顯子區(qū)未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)變異。在5′側(cè)翼區(qū)和3′側(cè)翼區(qū)各找到1個(gè)小結(jié)構(gòu)突變，在內(nèi)含子區(qū)找到7個(gè)小結(jié)構(gòu)變異。而在基因的內(nèi)含子區(qū)，只發(fā)現(xiàn)4個(gè)超過(guò)50 bp的大結(jié)構(gòu)變異。具體數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)條件見(jiàn)表4，其中較大的 4個(gè)結(jié)構(gòu)突變?nèi)繉?duì)應(yīng)轉(zhuǎn)座子注釋位點(diǎn)。

2.5 ktn1-STIP轉(zhuǎn)座子插入多態(tài)性驗(yàn)證

在8個(gè)不同豬品種 (杜洛克、長(zhǎng)白豬、大白豬、野豬、梅山豬、藏豬、二花臉、巴馬香豬)的24個(gè)個(gè)體中對(duì)基因上的一個(gè)SINEA1轉(zhuǎn)座子插入位點(diǎn) (表4中的B位點(diǎn)) 的多態(tài)性進(jìn)行檢測(cè)，該位點(diǎn)在8個(gè)品種的24個(gè)個(gè)體中呈現(xiàn)出良好的多態(tài)現(xiàn)象，且檢測(cè)結(jié)果清晰易判斷 (圖2)。此位點(diǎn)在基因上的位置以紅色箭頭標(biāo)注在圖1中，其插入方向與基因相反，位于基因的內(nèi)含子區(qū)域 (圖1)，未影響基因的編碼區(qū)。由電泳圖 (圖2)可以看出，該分子標(biāo)記在豬群體中有3種基因型，SINE插入純合基因型 (SINE+/+)，為單條大帶676 bp，SINE無(wú)插入純合基因型 (SINE-/-)，為單條小帶381 bp，SINE插入雜合基因型 (SINE+/-)，為兩條帶676 bp和 381 bp。

表4 ktn1基因及其側(cè)翼區(qū) (5 kb 5′和3 kb 3′側(cè)翼區(qū)) 結(jié)構(gòu)突變信息

圖2 ktn1-STIP位點(diǎn)在8個(gè)品種中多態(tài)檢測(cè)結(jié)果

2.6 ktn1-STIP與斷奶窩重呈顯著性相關(guān)

將-STIP在62個(gè)大白個(gè)體、48個(gè)長(zhǎng)白豬個(gè)體、44個(gè)杜洛克個(gè)體、36個(gè)巴馬香豬個(gè)體和184個(gè)蘇姜豬個(gè)體中進(jìn)行多態(tài)檢測(cè)。由圖3可以看出，該位點(diǎn)的SINE在本研究群體中均呈現(xiàn)出插入多態(tài)現(xiàn)象。對(duì)插入基因型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表5，大白豬和長(zhǎng)白豬的基因型SINE+/+的頻率高于杜洛克豬、蘇姜豬和巴馬豬。而杜洛克豬和巴馬香豬中SINE–/–的個(gè)體明顯多于另外兩種基因型。

選取-STIP在蘇姜豬豬群體中 (184) 進(jìn)行多態(tài)性檢測(cè)，并將每個(gè)個(gè)體的生長(zhǎng)繁殖性狀與-STIP位點(diǎn)的多態(tài)性進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，結(jié)果顯示，在蘇姜豬中斷奶窩重與基因中是否有SINE插入顯著相關(guān) (<0.05)，無(wú)插入個(gè)體 (SINE-/-) 斷奶窩重 ((64.20±10.6) kg) 比純合有插入個(gè)體 (SINE+/+) ((74.14±9.0) kg) 和雜合有插入個(gè)體 (SINE+/-) ((69.71±7.7) kg) 輕。產(chǎn)活仔數(shù)、斷奶仔豬數(shù)和初生窩重與基因中-STIP位點(diǎn)是否有SINE插入無(wú)顯著相關(guān)性 (表6)。

圖3 ktn1-STIP位點(diǎn)大白豬、蘇姜豬、長(zhǎng)白豬、巴馬香豬和杜洛克豬群體中多態(tài)性檢測(cè)代表電泳圖。

表5 豬ktn1基因型多態(tài)性分析

Note: χ20.05(df=1)=3.84, χ20.01(df=1)=6.63.

表6 ktn1-STIP插入多態(tài)與生長(zhǎng)繁殖性狀關(guān)聯(lián)分析

Note: identical letters in the same column indicates no significant difference; different letters indicate significant differences (<0.05).

3 討論

盡管SINE僅占豬基因組的8%左右，但它們廣泛分布在整個(gè)基因組中[13-14]，已經(jīng)有研究證明一些SINE插入與豬生長(zhǎng)、繁殖和胴體性狀顯著相關(guān)[15-16]。SINE可以在多個(gè)水平上影響基因活性或功能 (基因結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)錄和翻譯等)。在某些情況下SINE可作為順式調(diào)控元件參與基因表達(dá)調(diào)控，如多腺苷酸化和選擇性剪接的過(guò)程[17-18]。此外，SINE RNA還可以作為反式調(diào)控因子調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯[17,19]。本研究通過(guò)對(duì)(基因和側(cè)翼區(qū)) 序列進(jìn)行轉(zhuǎn)座子注釋?zhuān)l(fā)現(xiàn)僅在杜洛克參考基因組中的基因及其側(cè)翼區(qū)中就含有77個(gè)轉(zhuǎn)座子片段，絕大部分為SINE類(lèi)反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子，有49個(gè)插入，這說(shuō)明，轉(zhuǎn)座子對(duì)的結(jié)構(gòu)和序列組成具有重要的影響，值得進(jìn)一步探究。進(jìn)一步對(duì)14個(gè)不同豬品種/品系的基因組中的(基因和側(cè)翼區(qū)) 序列進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)了9個(gè)小結(jié)構(gòu)變異及4個(gè)大結(jié)構(gòu)變異，且大結(jié)構(gòu)變異全部由轉(zhuǎn)座子插入引起，其中2個(gè)為SINEA1插入引起。這也進(jìn)一步驗(yàn)證了之前的研究，反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子是基因組的主要組成成分，是基因變異的重要來(lái)源[1,20-22]。

年輕轉(zhuǎn)座子在不同品種中，存在豐富的插入多態(tài)性[1]，因此通過(guò)使用不同品種和個(gè)體樣本對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)座子位點(diǎn)引起的結(jié)構(gòu)變異進(jìn)行多態(tài)檢測(cè)，將會(huì)全面揭示轉(zhuǎn)座子對(duì)豬基因結(jié)構(gòu)突變的影響。本研究中，我們?cè)诨虻膬?nèi)含子區(qū)檢測(cè)到2個(gè)SINEA1插入引起的結(jié)構(gòu)變異，對(duì)其中 一個(gè)進(jìn)行插入多態(tài)性檢測(cè)，結(jié)果表明，此位點(diǎn)在多個(gè)品種中存在插入多態(tài)性 (圖2)，且在大白豬、長(zhǎng)白豬中SINEA1的插入頻率 (SINE+) 高于無(wú)插入頻率 (SINE-)，而杜洛克、蘇姜豬和巴馬香豬中呈現(xiàn)相反的現(xiàn)象。并且引入豬種大白豬、長(zhǎng)白豬和杜洛克豬和培育豬種蘇姜豬偏離哈代溫伯格平衡，巴馬香豬等中國(guó)地方豬種符合哈代溫伯格平衡 (表5)，說(shuō)明被檢測(cè)的巴馬香豬群體符合群體基因遺傳平衡，而杜洛克、大白豬、長(zhǎng)白豬是經(jīng)過(guò)人工選育的西方商品豬，培育豬種蘇姜豬的親本為杜洛克、姜曲海和楓涇，在世代選育過(guò)程中造成群體偏離遺傳平衡。

仔豬在哺乳期體重的增加依賴(lài)于自身生長(zhǎng)發(fā)育潛力和母豬的哺乳能力及營(yíng)養(yǎng)、環(huán)境因素等。目前研究表明SINE轉(zhuǎn)座子對(duì)基因具有多種調(diào)控功能。將184個(gè)蘇姜豬個(gè)體的生長(zhǎng)繁殖性狀與SINE-位點(diǎn)的轉(zhuǎn)座子插入多態(tài)性進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，顯示SINE轉(zhuǎn)座子的插入可以顯著增加仔豬斷奶窩重，提示豬基因中SINE的插入可能影響了基因的表達(dá)，通過(guò)一定信號(hào)通路，進(jìn)而影響仔豬生長(zhǎng)發(fā)育，或者通過(guò)影響母豬泌乳生理機(jī)能，間接影響仔豬生長(zhǎng)發(fā)育，其具體分子機(jī)制值得深入探究。

4 結(jié)論

本研究通過(guò)對(duì)14條(基因及其側(cè)翼區(qū))序列的多序列比對(duì)和轉(zhuǎn)座子注釋?zhuān)娼馕鲛D(zhuǎn)座子對(duì)的影響。最終在參考基因組的基因及其側(cè)翼區(qū)中鑒定到77個(gè)轉(zhuǎn)座子片段，其中絕大部分 (98.70%) 為SINE類(lèi)反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子，與基因組中大多數(shù)轉(zhuǎn)座子的分布情況一致。并鑒定到 9個(gè)小結(jié)構(gòu)變異和4個(gè)由轉(zhuǎn)座子引起的大結(jié)構(gòu)變異，證明了轉(zhuǎn)座子是基因變異的重要來(lái)源。進(jìn)一步檢測(cè)了其中一個(gè)SINEA1轉(zhuǎn)座子的插入多態(tài)性，并在蘇姜豬群體中與相關(guān)性狀進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，結(jié)果表明，無(wú)插入個(gè)體 (SINE-/-) 的斷奶窩重較純合插入個(gè)體 (SINE+/+) 和雜合插入個(gè)體 (SINE+/-) 輕 (<0.05)。本研究表明基于轉(zhuǎn)座子插入多態(tài)研發(fā)分子標(biāo)記具有可行性，同時(shí)此分子標(biāo)記在分子輔助育種中具有很強(qiáng)的應(yīng)用潛力。

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Structural variations caused by transposons in porcinegene and their association with production traits

Cai Chen, Wei Chen, Yao Zheng, Hao Gu, Wei Wang, Xiaoyan Wang, Bo Gao, and Chengyi Song

,,225009,,

In order to determine the effect of transposons on the sequence and structural variations of the porcinegene and its flanking regions, we obtained 14sequences (including genic region, 5-kb 5′ flank and 3-kb 3′ flanking regions) from the WGS database in NCBI, multiple sequence alignment by ClustalX and transposon annotation by RepeatMasker. Then we analyzed the effect of transposons on. A SINEA1 insertion polymorphism was detected by PCR, and correlation was analyzed with related traits in thepig population. Thegene and its flanking regions contained at least 77 transposon fragments, the majority (98.70%) of which was SINE insertions. We observed 9 small structural variations and 4 large structural variations caused by transposons, indicating that transposons were an important source of genetic variations. One of the structural variations caused by SINEA1 insertion polymorphism showed rich polymorphism in different breeds, and inpigs, the weaned litter weight of non-inserted individuals (SINE-/-) ((64.20±10.6) kg) was lighter than homozygous insertionindividuals (SINE+/+) ((74.14±9.0) kg) and heterozygous insertion individuals (SINE+/-) ((69.71±7.7) kg) (<0.05). It is feasible to develop molecular marker based on the transposon insertion polymorphism to provide application potential in molecular-assisted breeding.

transposon, insertion polymorphism, structural variations,gene, association analysis

陳才, 陳偉, 鄭堯, 等. 轉(zhuǎn)座子引起的豬基因結(jié)構(gòu)變異及其與生產(chǎn)性能的關(guān)聯(lián)分析. 生物工程學(xué)報(bào), 2020, 36(2): 267–275.

Chen C, Chen W, Zheng Y, et al. Structural variations caused by transposons in porcinegene and their association with production traits. Chin J Biotech, 2020, 36(2): 267–275.

May 9, 2019;

July 10, 2019

Supported by: National Natural Science Foundation of China (Nos. 31572364, 31872977).

Chengyi Song. Tel: +86-514-87979034; E-mail: cysong@yzu.edu.cn

國(guó)家自然科學(xué)基金 (Nos. 31572364, 31872977) 資助。

10.13345/j.cjb.190179

(本文責(zé)編 陳宏宇)