基因组水平的选择信号及其检测方法研究进展

基因组水平的选择信号及其检测方法研究进展
基因组水平的选择信号及其检测方法研究进展

第40卷第5期2019年5月

家畜生态学报Vol.40No.5 Acta Ecologiae Animalis Domastici May2019

o学科动态氥

因组水平的选择信号及其检测方法研究进展

王宇占,赵毅强

(中国农业大学生物学院,北京100193)

[摘要]在进化过程中,自然或人工选择在基因组上留下了各种选择信号的印迹。探究不同物种或同一物种不同种群之间的选择信号有助于我们研究物种的进化历史,筛选优势等位基因并应用于遗传育种之中。本文详细介绍了各种经典的选择信号检测方法及其适用场景,并讨论了各自的优缺r和未来的发展方向。

[关键词]选择信号;单核{酸多态性;生物进化

[中图分类号]S811.5[文献标识码]A[文章编号]1005-5228(2019)05-0001-06 doi:10.3969/j.issn.1673-1182.2019.05.001

19世纪中叶,英国生物学家达尔文提出了生物进化论学说,认为选择可以改变个体之间的适应性和繁殖力匚1〕,十年后,孟德尔发现了遗传定律,随后摩尔根揭示了染色体的遗传机制,20世纪中叶,沃森和克里克发现了DNA双螺旋结构。基于达尔文等人的进化学、遗传定律等学说,科学家结合数理统计等数学知识提出了现代综合进化论,认为自然选择的作用单位是群体,强调渐进式的进化。

化物化中了、物体自然选择,强烈的人工选择。随着二代测序技术的成熟和快速发展,累积了越来越多的测序数据,可大范围检测基因组上留下的选择印记,这些印记称为选择信号(sig-nature of selection)[2]。通过分析基因组上的选择信号了解种群的进化历史,并对研究生物进化以及遗传育种等问题提供帮助。比如检测选择信号可以帮助我们确定基因组上哪些优势等位基因受到了选择的青睐,哪些在进化过程中被逐渐淘汰,一些研究选择信号知名的例子如人类不同族群的乳糖耐受性变化3、水稻稻芒的选择等⑷。

1选择作用于DNA变异

在DNA序列水平上可检测到的遗传变异主要包括染色体结构变异(structural variants,SVs)、小片段序列的插入缺失(indel)和单核@酸多态(sin-gle nucleotide polymorphism,SNP)[5]。单核@酸多态主要指基因组在单个核昔酸水平上的变异。相比于染色体结构变异,单核@酸多态性在基因组上数量更多,分布更广泛,且易于进行分型,目前分析大多基于单核@酸多态

选择主要包括正选择,负选择,平衡选择几个类型。正选择(positive selection)指适应性高的等位基因受到选择,频率增大[7\负选择(negative se-lection)又称纯化选择,是指突变的等位基因适应性较低,在选择中处于劣势,因此该等位基因在群体中会被淘汰8。平衡选择(balanced selection)是指杂合子相比于纯合子具有更高的适应性,选择压力有助于维持等位基因在群体中的平衡⑼。

研究结果表明,大部分的新发突变是有害的,只有很少一部分是有益的。有害的突变经自然或人工选择下其频率逐渐在群体中降低直到消失,有益的突变频率则会在群体中上升,甚至达到固定。由于 突变位点与周围的位点存在连锁不平衡(linkage disequilibrium,LD),位点被选择后该位点周围多态性下降,这种现象称为选择性清除(selection sweep)10〕。

由于正选择是生物适应性进化的主要机制,且往往在基因组上留下明显的选择信号,目前大多数研究都集中在寻找正选择信号上。故本文主要介绍正选择信号的检测方法。

[收稿日期]2018-07-19修改日期;2019-01-08

[基金项目]国家自然科学基金(U1704233)

[作者简介]王宇占(1994—),男,山西长治人,硕士,主要从事生物信息学研究。E-mail:yuzhanwang@https://www.360docs.net/doc/aa5161812.html,

头[通讯作者]赵毅强(1980—),男,湖南常德人,副教授,博士生导师,主要从事生物信息学研究。E-mail:yiqiangz@https://www.360docs.net/doc/aa5161812.html,

全基因组选择育种策略及在水产动物育种中的应用前景(精)

中国水产科学 2011年7月, 18(4: 936?943 Journal of Fishery Sciences of China 综述 收稿日期: 2011?03?14; 修订日期: 2011?04?10. 基金项目: 国家自然基金资助项目(30730071; 30972245; 农业科技成果转化资金项目(2010GB24910700. 作者简介: 于洋(1987?, 硕士研究生. E-mail: yuy8866@https://www.360docs.net/doc/aa5161812.html, 通信作者: 张晓军, 副研究员. E-mail: xjzhang@https://www.360docs.net/doc/aa5161812.html, DOI: 10.3724/SP.J.1118.2011.00935 全基因组选择育种策略及在水产动物育种中的应用前景 于洋1,2 , 张晓军1 , 李富花1 , 相建海1 1. 中国科学院海洋研究所实验海洋生物学重点实验室, 山东青岛266071; 2. 中国科学院研究生院, 北京 100049 摘要: 全基因组选择的概念自2001年由Meuwissen 等提出后便引起了动物育种工作者的广泛关注。目前, 澳大利亚、新西兰、荷兰、美国的研究小组已经应用该方法进行了优质种牛的选择育种, 并取得了很好的效果。此外在鸡和猪的选择育种中也有该方法的应用, 但在水产动物选育中尚未见该方法使用的报道。本文对“全基因组选择育种”的概念和提出背景进行了归纳, 对全基因组选择育种的优势进行了阐述, 并详细介绍了其具体的策略, 总结了目前全基因组育种所广泛采用的方法以及取得的成果, 旨在为该方法在水产动物育种方面的应用研究提供科学参考。 关键词: 全基因组选择; 水产动物育种; SNP; QTL; 全基因组育种值估计 中图分类号: S96 文献标志码: A 文章编号: 1005?8737?(201104?0935?08 人类对于动物的选择育种由来已久, 最初所进行的只是简单的人工驯化。随着遗传学研究的发展, 尤其是“数量遗传学理论”的提出, 动物育种技术进入快速发展时

全基因组选择及其在奶牛育种中的应用

发表于《中国奶牛》,2011 全基因组选择育种技术及在奶牛育种中应用进展 范翌鹏1孙东晓1* 张勤1张胜利1张沅1刘林2 (1.中国农业大学动物科技学院,北京,100193; 2.北京奶牛中心. 北京. 100085) 摘要:全基因组选择是指基于基因组育种值(GEBV)的选择方法,指通过检测覆盖全基因组的分子标记,利用基因组水平的遗传信息对个体进行遗传评估,以期获得更高的育种值估计准确度。由于可显著缩短世代间隔,全基因组选择作为一种育种新技术在奶牛育种中具有广阔的应用前景,目前已经成为各国的研究热点。不同国家的试验结果表明,在奶牛育种工作,基于GEBV 的遗传评估可靠性在20-67%之间,如果代替常规后裔测定体系,可节省92%的育种成本。本文综述了全基因组选择的基本原理及其在各国奶牛育种中的应用现状和所面临的问题。 关键词:全基因组选择,奶牛育种 Genome-Wide Selection and its Application in Dairy Cattle FAN YiPeng, SUN Dongxiao, ZHANG Qin, ZHANG Shangli, ZHANG Yuan, LIU Lin (College of Animal Science Technology, China Agricultural University, Beijing, 100193) Abstract: Genomic selection refers to selection decisions based on genomic breeding values (GEBV). The GEBV are calculated as the sum of the effects of dense genetic markers, or haplotypes of these markers, across the entire genome, thereby potentially capturing all the quantitative trait loci (QTL) that contribute to variation in a trait. Genomic selection has become a focus of study in many countries as the new breeding method. Reliabilities of GEBV for young bulls without progeny test results in the reference population were between 20 and 67%. By avoiding progeny testing, bull breeding companies could save up to 92% of their costs [1]. In this paper, we first review the progress of genomic selection, including the principle, methods, accuracy and advantages of genomic selection. We then review the application of genomic selection in dairy cattle. Key words: Genomic Selection, Dairy Breeding 全基因组选择(Genomic Selection,GS),即全基因组范围的标记辅助选择(Marker Assisted Selection, MAS),指通过检测覆盖全基因组的分子标记,利用基因组水平的遗传信息对个体进行遗传评估,以期获得更高的育种值估计准确度。研究已表明,标记辅助选择可提高奶牛育种遗传进展[2][3],但是在目前奶牛育种工作中却无法大规模推广应用标记辅助选择。因为奶牛的生产性状和健康性状均受大量基因座位共同影响,通过有限数量的已知标记无法大幅度加快遗传进展;其次,通过精细定位策略鉴定主效基因需花费大量人力物力和时间;而且利用标记信息估计育种值的计算方法也很复杂。全基因组选择基于基因组育种值(Genomic Estimated Breeding Value, GEBV)进行选择,其实施包括两个步骤:首先在参考群体中使用基因型数据和表型数据估计每个染色体片段的效应;然后在候选群体中使用个体基因型数据估计基因组育种值(genomic breeding value,GEBV)[4],模拟研究证明,仅仅通过标记预测育种值的准确性可以达到0.85(指真实育种值与估计育种值之间的相关,而可靠性则指其平方)。如果在犊牛刚出生时即可达到如此高的准确性,对奶牛育种工作则具有深远意义。模拟研究表明:对于一头刚出生的公犊牛而言,如果其GEBV的估计准确性可以达到经过后

猪基因组研究

猪基因组研究 鉴于猪的经济重要性以及医学研究价值, 猪是一种重要的动物模型, 是未来外源器官 移植的重要来源。由于猪的经济重要性以及医学研究价值, 许多有关猪的研究计划被先后掀起。许多有关猪的研究计划被先后掀起, 其中猪的基因组是研究热点和重点。从猪的基因定位、基因图谱、QTL定位、候选基因分析、测序进展、功能分析和蛋白质组学研究等方面综述了猪基因组研究取得的进展, 为进一步深入研究猪基因组提供理论参考。。PiGMaP 基因定位项目由欧洲经济共同体资助, 共有18 个欧洲实验室及7 个美国、日本和澳大利亚的实验室共同参与; 。此外, 美国农业部(USDA) 展开了二大项目研究: 一是在内布拉斯加州肉用动物 研究中心开展的大规模基因定位计划; 二是国家动物 基因组研究计划, 此项目提供了不同动物基因组的框 架, 促进包括猪在内的所有物种基因定位的互作及简 易化。近几年来, 美国州立、私立大学以及联邦实验室 的科学家们共同成立猪基因组技术委员会, 并积极参 与了动植物基因组会议, 这些研究最终促进了猪基因 图谱和功能基因组学的快速发展。。2004 年9 月在华盛顿主办 的“未来25 年基因组学的需求工作组会议”强烈要求 支持猪的基因组测序及一些高通量技术和仪器的开发 及利用。在过去的10 多年, 已有大量猪基因和QTLs 被分离鉴定及定位, 一些改善猪生产性能的基因测试 已应用到实践中。测序和表达分析的发起为充分了解 猪生物学的复杂性提供了一条新途径。

我国特有三种猪PPAR 分析我国特有三个小型猪品系巴马小型猪、五指山小型猪, 中国农大小型猪过氧化物酶体增 殖物激活受体 ( PPAR )基因exon 5 intron 5 这段序列的单核苷酸多态性( SNPs)分布特点,为我国小型猪在糖尿病和 代谢性疾病的研究中提供基础资料。方法 提取三个品系小型猪血液基因组DNA, 以基因组DNA 为模板, 应用多 聚合酶链式反应( PCR) 技术在合成的特异性引物引导下扩增, 将PCR 产物纯化, 然后进行测序, 再将测序结果在 NCBI中进行BLAST比对分析。结果测序结果显示:在PPAR 基因exon 5 intron 5 中存在12 个单核苷酸位点,分 别为83G→A, 133C→T, 134G→T , 141C→G, 146 T→G, 150 T→G, 179C→A, 196C→T, 205C→T, 212C→T , 218 T→C, 219T→C,其中只有83G→A 这一单核苷酸突变位点位于编码区内,密码子TCA→TCG,氨基酸为Ser163Ser。结论 在三 个品系小型猪中PPAR 基因多态位点的分布存在差异, 表明小型猪的品种不同多态情况不同。 过氧化物酶体增殖物激活受体α( peroxisome roli ferator activated receptor , PPARα) 是一类由配体激活的核转录因子, 属核激素受体超家族成员[ 1 ]。1990 年, Issemann 首次在啮齿类动物的肝脏中克隆出过氧化物酶体增值物激活受体α[ 2], 紧接着由Dreyer克隆出了其同源基因β及γ[ 3 ],从此掀起了研究PPAR 基因的热潮。PP ARα基因是调节糖、脂代谢的重要因子, 在高脂血症、动脉粥样硬化症、肥胖及2 型糖尿病等疾病的发病机制中可能发挥重要作用。近年来国外研究发现, PPARα基因第5 外显子L162V ( CTT→GTT) 多态性与低体重糖尿病或糖尿病脂质代谢异常水平有关。小型猪被认为是 2 型糖尿病的理想模型,本研究选择我国特有的巴马小型猪、五指山小型猪、中国农大小型猪三个品系为研究对象, 对PPARα基因外显子5 到内含子5 这段DNA序列进行多态性分析, 为我国小型猪在糖尿病等代谢性疾病中的应用提供基础资料。

比较基因组学鉴定藏猪和家猪的自然和人工选择的主要内容

《比较基因组学鉴定藏猪和家猪的自然和人工选择》的 主要内容 藏猪主产于青藏高原,包括四川阿坝及甘孜藏猪、云南迪庆藏猪、甘肃合作藏猪以及分布于西藏自治区山南、林芝、昌都等地的藏猪类群。藏猪是世界上少有的高原型猪种,是我国宝贵的地方品种资源。藏猪长期生活于无污染、纯天然的高寒山区,具有适应高海拔恶劣气候环境、抗病、耐粗等特点。藏猪能适应恶劣的高寒气候,在海拔2,500~3,500m的青藏高原半山区,年平均气温7~12℃、冬季最低-15℃、无霜期110~190天、食物资源缺乏的严酷条件下,藏猪仍能很好地生存下来。这种极强的适应能力和抗逆性,是其他猪种所不具备的独特种质特性。2004年,藏猪正式列入《中国畜牧品种志》,被正式确定为地方原始猪种。 该研究利用高通量测序技术及生物信息分析策略,从基因组水平充分揭示了藏猪特有高原环境适应性的分子机理,同时解析了四川盆地家猪在几千年的人工驯化过程中基因组中重要经济性状相关基因的进化方向。该研究主要包括以下两部分内容和发现: 第一部分:藏猪和欧洲家猪的比较基因组学分析 自然选择和人工选择是动物进化和家猪品种形成的重要驱动力之一。该研究首先通过组装我国特有高原型猪种——藏猪的基因组,与欧洲家猪杜洛克猪的参考基因组进行比较基因组学研究。揭示了猪基因组中大量功能基因在高原极端环境和强烈人工选择下出现的差异。嗅觉、能量代谢、低氧适应、紫外线抵抗、血液循环系统的平滑肌发育、子宫内的血液运输和药物转运等基因在藏猪和家猪间呈现出截然不同的进化趋势。 1. 通过基因组大小的比较分析发现藏猪基因组比家猪基因组小了0.09Gb (9千万) 碱基序列,且两者基因组仅有93.41%的部分共线,其差异堪比牦牛和家牛(共线性程度94%)差异程度。此外,藏猪和家猪间186 Mb(1亿8千万)碱基的序列方向相反,其差异可比人与黑猩猩(基因组间反向序列为154 Mb (1亿5千万))。进一步分析发现藏猪和家猪的祖先可能早在690万年前就已经开始各自向不同方向进化,甚至可能早于牦牛和家牛(490万年前),人类和黑

全基因组关联分析在畜禽上的应用

全基因组关联分析在畜禽上的应用 摘要:随着数量遗传学、分子生物学以及计算机水平的高速发展,出现了数量遗传学与分子遗传学的结合,动物育种中也不断出现新的方法,全基因组关联分析(GWAS)以及全基因组选择(GS)。本文主要介绍了GWAS及其在几种畜禽上的应用和问题。 关键字:GWAS,牛,猪,鸡,应用 对畜禽实施标记辅助选择可提高遗传进展,但是我们首先需要找到影响畜禽重要性状的主效基因。候选基因分析和标记QTL连锁分析策略使我们对一些基因的功能和作用方式有所了解,也找到了一些主效基因。但是生物基因组中有庞大的基因数目,很多控制畜禽经济性状的基因还无法分离和鉴定,这就需要一种全新的研究手段,最好能无偏地覆盖所有基因,并能高通量检测和适应不断更新的物种基因组序列。20世纪80年代后期90年代初期,随着数量遗传学理论研究的不断深入、分子生物学的飞跃发展、计算机水平的日新月异,开始出现数量遗传学与分子遗传学结合研究的热潮,发展为现在的分子数量遗传学。动物育种中也在传统育种方法的基础上不断提出新的方法:全基因组关联分析(Genome-Wide Association Studies,GWAS)以及全基因组选择。 GWAS就可以解决以上问题,GWAS是一种对全基因组范围内的常见遗传变异:单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism,SNP)和拷贝数变异(Copy number variation,CNV)进行总体关联分析的方法,其核心思想是利用全基因组范围的连锁不平衡来确定影响复杂性状或数量性状的基因[1]。 GWAS目前主要是应用在人类的复杂疾病上,2005年,自从《Science》杂志上首次报道了Klein等利用Affymetrix100K的基因芯片对年龄相关性视网膜黄斑变性进行GWAS的结果之后,一大批有关复杂疾病的GWAS报道不断出现。已经陆续报导和公布了视网膜黄斑、乳腺癌、前列腺癌、白血病、冠心病、肥胖症、糖尿病、精神分裂症、风湿性关节炎等几十种疾病全基因组关联研究的结果[2]。 在中国农业大学图书馆SCI数据中输入GWAS的相关词,并分析其检索结果。如表1。虽然这个数据并不是很全面,但是也反映了GWAS的迅速发展。 是什么原因导致GWAS发展这么快速呢?主要原因可以归结于以下3个方面:首先是基础研究的支撑,基因组计划的完成和SNP数据库的建立为GWAS 的开展奠定了基础;第二是技术上的成熟,如高通量SNP芯片检测的发展;第三是统计方法的发展,GWAS因样本量大、数据庞杂,同时还需克服群体混杂、选择偏倚、多重比较等带来的假阳性问题,需要有正确严谨的统计分析方法解决[1]。

基因组学(复习)

王前飞: (1)为什么要研究表观遗传学? 答: 表观遗传学主要通过DNA 的甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码RNA 调控等方式控制基因表达。表观遗传学是近几年兴起的而且发展迅速的一个研究遗传的分支学科,其研究和应用不仅对基因表达、调控、遗传有重要作用,而且在肿瘤、免疫等许多疾病的发生和防治以及干细胞定向分化研究、基因芯片中亦具有十分重要的意义。表观遗传学补充了“中心法则”忽略的两个问题,即哪些因素决定了基因的正常转录和翻译以及核酸并不是存储遗传信息的唯一载体;在分子水平上,表观遗传学解释了DNA序列所不能解释的诸多奇怪的现象。如: 同一等位基因可因亲源性别不同而产生不同的基因印记疾病,疾病严重程度也可因亲源性别而异。表观遗传学信息还可直接与药物、饮食、生活习惯和环境因素等联系起来,营养状态能够通过改变表观遗传以导致癌症发生,尤其是维生素和必需氨基酸。 此外,表观遗传学信息的改变,对包括人体在内的哺乳动物基因组有广泛而重要的效应,如转录抑制、基因组印记、细胞凋亡、染色体灭活等。DNA 甲基化模式的改变,尤其是某些抑癌基因局部甲基化水平的异常增加,在肿瘤的发生和发展过程中起到了不容忽视的作用。研究发现,肿瘤细胞DNA 存在广泛的低甲基化和局部区域的高甲基化共存现象,以及总的甲基化能力增高,这3个特征各以不同的机制共同参与甲基化在肿瘤发生、发展中的作用。如胃癌、结肠癌、乳腺癌、肺癌、胰腺癌等众多恶性肿瘤都不同程度地存在一个或多个肿瘤抑制基因CpG 岛甲基化。而表观遗传学改变在本质上的可逆性,又为肿瘤的防治提供了新的策略。所以,随着表观遗传学研究的深入,肯定会对人类生长发育、肿瘤发生以及遗传病的发病机制及其防治做出新的贡献,也必将在其他领域中展示其不可估量的作用和广阔的前景。 (2)表观遗传学涉及到哪些方面? 答: 表观遗传学的研究内容主要包括:DNA甲基化、组蛋白的末端修饰和变异体、DNAaseⅠ高敏感位点、非编码RNA、转录因子及其辅助因子、顺式调控元件和基因组印记等。 (3)什么因素会影响基因表达水平? 答: 基因选择性转录表达的调控( DNA甲基化,基因印记,组蛋白共价修饰,染色质重塑) 基因转录后的调控(基因组中非编码RNA,微小RNA(miRNA),反义RNA、内含子、核糖开关等) 1.转录水平的调控:包括DNA转录成RNA时的是否转录及转录频率的调控,DNA 的序列决定了DNA的空间构型,DNA的空间构型决定了转录因子是否可以顺利的结合到DNA的调控序列上,比如结合到TATA等序列上。 2.翻译水平的调控:翻译水平的调控又可以分成翻译前的调控和翻译后的调控。 a、翻译前的调控主要是RNA编辑修饰。 b、翻译后调控主要是蛋白的修饰,蛋白修饰后可以成为有功能的蛋白或者有隐藏功能的蛋白。 在真核和原核细胞中,从基因表达到蛋白质合成,其间有许多地方受到调控,这

猪的选种选配

1、、国内外主要有哪些优良种猪? 优良猪种主要分两大类:一类是国内地方良种猪,另一大类是引进的国外良种猪。 国内主要地方良种猪有:江苏太湖猪、湖南宁乡猪、浙江金华猪、江西萍乡二头乌猪、赣东北花猪、贵溪金沙猪、玉山乌猪等。这类猪的主要特点是成熟早、产仔多、母性好、耐粗饲。 国内也用外来品种与本地种育成了许多新的良种猪,各项性能都得到明显提高,如上海白猪、北京花猪、北京黑猪、赣州白猪等。 引进的国外良种猪主要有长白猪、大约克猪、加大白猪、汉普夏猪、杜洛克猪、迪卡猪等。这类猪的主要特点是:体型优美,增重快、产肉多、瘦肉率高。 2、什么是杂交和杂交优势? 杂交一般指遗传上的不同品种、品系或群间的相互交配。杂交的目的一是为了育成新品种;二是利用杂交优势。杂交优势表现在对环境的适应性增强、生活力增强、生长速度加快、繁殖率和泌乳率都优于亲本(父母)。采用合理的杂交组合,可以大大提高养猪效益。我国引进国外优良品种与本地猪杂交的实践证明,通过杂交产仔率可获得8-10%的优势力。杂交母猪的哺乳率可提高40%,断奶窝重可提高45%,日增重可提高5-10%,饲料利用率可提高13%,胴体品质的优势率提高2%。 3、杜洛克猪有何特点? 杜洛克猪原产于美国,毛色棕红色,色泽可由金黄到暗棕色,樱桃红色猪最受欢迎,皮肤上可能出现黑色斑点,但不允许身上有黑毛或白毛。耳朵中等大小,向前稍下垂,头较清秀,体躯宽深,背略呈弓形,四肢粗壮,臀部肌肉发达丰满。是目前世界上享誉盛名的优良猪种之一,在我们国内及省内经过多年饲养观察,证明都很适应。成年体重公猪可达400公斤左右,母猪可达350公斤左右,优点是:瘦肉率高,饲料报酬好(料肉比低),生长快,屠宰率高,瘦肉颜色好,肢体健壮,公猪配种比较积极。其缺点是:相对而言猪的母性比较弱,所以在实际工作中常利用杜洛克作终端父本。 4、大约克夏猪(大白猪)有何特点? 大约克夏原产于英国,猪体大,毛色全白,少数额角皮上有小暗斑,颜微凹,耳大直立,

基因组选择育种在草原家畜育种中的应用前景

作者简介: 刘金(1971-),男,内蒙古通辽人,畜牧师,主要从事动物防疫、检疫及畜牧改良工作。 *通讯作者:吴金亮(1970-),内蒙古通辽人,主要从事动物防疫、检疫及畜牧改良工作。收稿日期:2013-11-07 基因组选择育种方法已经在奶牛、 肉牛、猪、鱼等动物育种获得了革命性突破。基因组选择可以允许育种者提前选择那些获得优越染色体片段的种畜,加快和提高遗传改良的速度和效率,降低后裔测定的成本,甚至最终取代整个后裔测定方法。基因组选择能有效提高畜禽育种的遗传进展,同时还能降低群体的近交量,是近年畜禽育种界的研究热点。 1基因组选择育种 基因组选择育种是分子育种在高通量测序时代的产物,即用高通量测序技术对群体进行研究,定位到控制某个目标性状的基因,然后通过序列辅助筛选或者转基因的方法来选育新的品种。 基因组选择育种的基本思想:育种值估计是动物遗传育种的核心内容之一。育种值估计方法的实质就是利用个体本身和(或)亲属的性状记录,进行适当加权来提高选择的准确性[1]。标记辅助选择主要是将影响目标性状的基因或标记信息加入到遗传评估中来提高育种值估计的准确性。然而,标记信息所能带来的额外准确性主要取决于它能够解释的遗传变异。畜禽遗传改良的多数目标性状都是数量性状,受多个基因控制,每个基因只能解释很小比例的遗传变异。因此,通过候选基因(candidategene)、数量性状基因座定位(quantitativetraitlocimapping,QTLmapping)和全基因组关联分析(genome-wideassociationstudy,GWAS)等策略发现的基因或标记也只能解释较小比例的遗传变异。显然,通过此策略实施标记辅助选择难以显著提高育种值估计的准确性[2]。基因组选择育种方法的提出解决了标记辅 助选择所面临的上述问题。基因组选择也是一种标记辅助选择,但与常规的标记辅助选择中只使用少数标记不同的是,基因组选择同时使用覆盖全基因组的标记进行育种值估计,由此得到的估计育种值称为基因组育种值(genomicestimatedbreedingvalue,GEBV)。基因组选择的一个基本假设是,影响数量性状的每一个QTL都与高密度全基因组标记图谱中的至少一个标记处于连锁不平衡(linkagedise-quilibrium,LD)状态[3]。因此,基因组选择能够追溯到所有影响目标性状的QTL,从而克服传统标记辅助选择中标记解释遗传方差较少的缺点,实现对育种值的准确预测。 在育种史上,有3个时代: 第1个时代:根据性状来选育品种。人们有意识地根据性状对后代进行选择,包括传统的杂交育种,例如对高产易感病水稻和产量较低但抗病性较强的水稻杂交,从后代中筛选出高产且抗病较强的水稻来繁殖。其特点是不需要了解性状形成的机理,直接对性状进行选择。但是由于性状受环境影响很大,所以直接对性状进行选择并不一定总能够选择到控制优良性状的基因,育成一个品种需要较长的时间。 第2个时代:根据分子标记来选育品种。在这个时代,人们已经了解性状的形成是由染色体上某段DNA序列决 基因组选择育种在草原家畜育种中的应用前景 刘金1,许艳玲1,包玉霞1,刘玉珍1,吴迎朝2,吴金亮3* 1.内蒙古通辽市扎鲁特旗乌额格其牧场畜牧兽医站,内蒙古通辽029109 2.内蒙古农业大学动物科学学院,内蒙古呼和浩特 010018 3.内蒙古通辽市扎鲁特旗嘎达苏种畜场兽医站,内蒙古通辽029109 摘 要:文章综述了基因组选择育种的研究进展,并分析了基因组选择育种在奶牛和内蒙古绒山羊上的应用前景和面临的 挑战。利用基因组选择育种对奶牛和内蒙古绒山羊的遗传改良进展速度尤为重要。关键词:基因组选择育种;奶牛;内蒙古绒山羊;应用前景中图分类号:S813 文献标识码:A 文章编号:1002-204X (2014)02-0042-03 ProspectofApplicationofGenomicSelectionBreedingtoGrasslandLivestockBreeding LIUJinetal.(AnimalHusbandryandVeterinaryStationofWuegeqiPastureinZhaluteCountyinTongliaoMunicipality,Tongliao,InnerMongolia029109) AbstractTheadvancesintheresearchofthegenomicselectionbreedingaresummarizedandtheprospectsandthechallengefacedinapplicationofthegenomicselectionbreedingtothecowsandInnerMongoliacashmeregoatsareanalyzed.TousethegenomicselectionbreedingisespeciallyimportanttotheprogressofthegeneticimprovementofcowsandInnerMongoliacashmeregoats. KeywordsGenomicselectionbreeding;Cows;InnerMongoliacashmeregoats;Prospectofapplication 宁夏农林科技,NingxiaJournalofAgri.andFores.Sci.&Tech.2014,55(02):42-44 42

全基因组选择在猪育种上的研究进展

全基因组选择在猪育种上的研究进展 自野生动物被驯化以来,科学家一直致力于提高畜禽育种值的研究。近半个世纪来,畜禽育种值估计的方法主要经历了综合选择指数法、同期群体比较法、最佳线性无偏预测法(Best LinearUnbiased Prediction,BLUP)、分子标记辅助选择育种(MAS)以及近几年快速发展的GS 法。同时,随着高密度基因芯片的出现和高通量测序技术的快速发展,单核苷酸多态性(SingleNucleotide Polymorphism,SNP)分型成本快速下降,GS 才逐渐引起畜禽界的关注。特别是Schaeffer发现,在奶牛育种中利用GS比后裔测定可节约成本97%,且遗传进展可提高3~4倍后,全球掀起了一股研究GS的热潮。 全基因组选择(GS) 什么是GS 2001年,Meuwissen等人最先提出GS,实质为全基因组范围的标记辅助选择。其理论基础是应用整个基因组的标记信息和各性状值来估计每个标记或染色体片段的效应值,然后将效应值加和即得到基因组育种值(GenomicEstimated Breeding Value,GEBV)。GS在某种程度上是MAS的延伸,弥补了在MAS 中标记数量只能解释一部分遗传方差以及数量性状位点(QuantitativeTrait Locus,QTL) 定位困难的缺点。其中心任务是提高GEBV值的准确性,并尽可能准确地估计每个标记的效应。而估计标记效应的方法在实际运用中以BLUP法为主;Bayes法虽其准确性高于BLUP,但因其计算复杂,需在超级计算机上运行而限制其应用。不过随着快速算法的开发和计算机硬件的改进,Bayes法的运算效率有望提高。 为什么选用GS GS的优势 与MAS相比,GS的优势主要表现在: 1)能对所有的遗传和变异效应做出准确的估计。而MAS 只能对部分遗传变异进行检测,且容易高估其遗传效应。 2)缩短世代间隔、提高畜禽年遗传进展、降低生产成本等,这在需要后裔测定的家畜中尤为明显。如GS给奶牛育种带来了巨大经济效益。 3)早期选择准确率高。 4)对于较难实施选择的性状具有重大影响。如低遗传力性状、难以测定的性状等。 5)GS在提高种群的遗传进展前提下,还能降低群体的近交增量。 GS的可靠性

项目一猪品种识别

项目一猪品种识别 教学目标:能对猪的常见品种的优劣作出评价、能结合当地选择适宜饲养猪品种、会选择杂交商品猪的父本、母本、会利用优良瘦肉型公猪与本地猪进行三元杂交、能用杂种猪进行商品猪生产,并选择适合的杂交杂交组合。 教学重点:能对猪的常见品种的优劣作出评价。 教学难点:能结合当地选择适宜饲养猪品种、会选择杂交商品猪的父本、母本、会利用优良瘦肉型公猪与本地猪进行三元杂交、能用杂种猪进行商品猪生产,并选择适合的杂交杂交组合。 教学过程:一、猪常见品种评介与选择:饲养牲猪,品种是基础,品种好坏直接关系到猪的生长快慢、饲料报酬高低、生产成本多少,而且关系到肉的品质与市场竞争力。 (一)国外引进优良品种 优点:瘦肉率高,生长速度快,耗料低,经济效益高; 缺点:繁殖力较地方品种低,性成熟晚,肉质较地方品种差。 1、长白猪: 原产产丹麦,是 世界著名瘦肉型 品种。原名半德 瑞斯,因其又长

又白,在我国称之谓长白猪。 该猪全身白色,头小肩轻,耳大前伸或下垂。嘴筒长直,身腰长,比一般猪多长出1-2对肋骨,后躯发达,肌肉丰满。体型呈楔形。乳头7-8对。生长快,生后180d能长到90kg。饲料转换率高。胴体瘦肉率高达63%-65%。此猪不而寒,适应性较差,对饲料条件要求较高。 长白猪在杂交利用中是优秀的父本猪。 2、约克夏猪:也称英国大白猪。全身白色, 头颈较长,颜面微凹,耳中等大小、较薄、直立、前倾。体躯较长,肌肉发达。也是典型的瘦肉型 猪。大白猪瘦肉率达66%以上, 其生产性能与长白猪相近。但其 体质各适应性、繁殖力等较长白

猪稍强。外销生产中多做杂交的母本,销生产是很好的父本。 3、汉普夏猪:原产美国。是全身黑色,沿前肢和户部围绕一条“白带”。嘴筒较长直,耳直立,弓背,体躯较长。肌肉发达,长得较快,饲料转换率较高,胴体瘦肉率为好的杂交父本猪。 4、杜洛克猪:原产美国。全身红毛。色泽从金黄色到棕红色深浅不一。头较清秀,耳稍直立,耳尖前管理工作本躯长面宽深,弓背。腿臂肌肉发达、丰满,四肢较粗壮。性情温顺,较耐寒,适应性相对较强。生长较快,生产性能与汉普夏相近。本不尽理想,而在三元杂交中做终端父本表现良好。 (二)地方优良品种 优点:繁殖力高,早熟易肥,肉质好; 缺点:瘦肉率低,生长速度慢,耗料高,经济效益低。 1、猪:是中国猪的地方品种。又称两头乌。产于东阳、义乌、等地。体型中等,耳下垂,颈 短粗,背微凹,臀倾斜、 蹄质坚实。全身被毛中间白, 头颈、臀尾黑。以早熟易 肥、皮薄骨细、肉

关于内参基因的选择

关于内参基因的选择 实验内参,即是在检测细胞内分子表达变化时选择的参照物,其在细胞内的表达相对恒定,在处理因素作用条件下不会发生表达改变的基因。内参同样可以校正上样量、上样过程中存在的实验误差,保证实验结果的准确性。 1、管家基因 最普通的内参是内源性参照基因,也就是管家基因(持家基因,house keeping gene)。 管家基因是一类始终保持着低水平的甲基化并且一直处于活性转录状态的基因,高度保守并且在大多数情况下持续表达。其表达水平受环境因素影响较小,而且是在个体各个生长阶段的大多数,或几乎全部组织中持续表达,或变化很小,因此常存在于生物细胞核的常染色质中。它的表达只受启动序列或启动子与RNA 聚合酶相互作用的影响,而不受其他机制调节。 管家基因维持细胞最低限度功能所不可少的基因, 如编码组蛋白基因、编码核糖体蛋白基因、线粒体蛋白基因、糖酵解酶的基因等。这类基因在所有类型的细胞中都进行表达,因为这些基因的产物对于维持细胞的基本结构和代谢功能是必不可少的。

2、内参基因选择的条件 1、不存在假基因,以免基因组DNA的扩增; 2、高度或中度表达,避免太高或太低的丰度; 3、稳定表达于不同类型的细胞和组织中,表达量无明显差异; 4、表达水平与细胞周期、活化等无关; 5、不受外源性或内源性因素的影响。 3、不同管家基因 在选择管家基因作为内参时,首先要按不同类型的分子选择正确的内参。曾看到有人用检测miRNA时选择了GAPDH作为内参呢。 a、检测mRNA时的内参 通常使用的是GAPDH、beta-actin、tubulin GAPHD

GAPDH GAPDH是糖酵解反应中的一个酶,由4个30-40kDa的亚基组成,分子量 146kDa。该酶基因为管家(house keeping)基因,几乎在所有组织中都高水平表达,在同种细胞或者组织中的蛋白质表达量一般是恒定的,且不受含有的部分识别位点、佛波脂等的诱导物质的影响而保持恒定,故被广泛用作抽提total RNA,poly(A)+ RNA,Western blot等实验操作的标准化的内参。 beta-actin β-Actin是PCR常用的内参,β-Actin抗体是Western Blot很好的内参指数。β-Actin是横纹肌肌纤维中的一种主要蛋白质成分,也是肌肉细丝及细胞骨架微丝 的主要成分,具有收缩功能,分布广泛。

育种考试题

思考题 1、数量性状QTL定位及应用存在的主要瓶颈有哪些?如何有效地克服?举实例说明。 瓶颈:(1)QTL定位不精准,QTL效应和数目夸大估计,存在QTL环境互作。 (2)QTL作图群体与育种群体的脱节:由于QTL表达存在很强的遗传背景效应,作图群体定位结果难以直接应用于育种群体; (3)无法获得优异等位基因:绝大多数的QTL定位都是以来自两个亲本组合的分离群体为基础的。对某一QTL位点上的两个等位基因间的比较,只知较好,不知最好,因而不能鉴别出用于MAS的最佳有利等位基因. 克服方法:(1)AB-QTL定位策略(2)回交和分子标记技术相结合(吉粳88抗旱目标性状选择导入系定位)利用高代回交群体的目标性状选择导入系进行基因QTL定位,可以有效消除QTL 之间以及QTL 与背景遗传效应间的互作,定位的成果能够直接用于遗传育种实践,从而将基因研究紧密结合起来. 2、设计一套绿色性状(高产、抗旱、氮高效利用和抗病,从中任选3种性状)基因/QTL发掘和聚合的育种技术路线,并简要阐述其研究方案。(参考以下方案) 1 举例说明如何应用比较基因组学方法发掘和验证基因特异性标记。 比较基因组学:在基因组图谱和序列分析的基础上,对已知基因和基因的结构进行比较,了解基因的功能,表达调控机制和物种进化过程的学科。如利用模式之物拟南芥在其功能研究深入方面与玉米等作物进行比较,从而发掘基因特异性标记。

2分子育种存在的主要问题有哪些? (1)与育种目标密切相关性状的标记数量少(2)分子标记与目标基因距离远, 选择准确性差, 标记在其它材料中无法应用(3)重标记发掘, 轻标记优化与应用(4)缺乏标记服务平台, 成本高(5)分子标记研究与主流育种项目结合不紧密 1、棉花育种主要方法有哪些?是举例说明选择育种的特点,过程以及局限性。 (1)主要育种方法:选择育种,杂交育种,远缘杂交育种,杂种优势利用,诱变育种,生物技术育种。 (2)选择育种是从现有品种(系)中,选择优良变异个体(单株或单铃),经后裔鉴定、比较而育成新品种的方法。又称系统育种。 特点:(1)优中选优,简单易行。(2)连续选优,性状不断改进提高。 以徐州1818为例:徐州209(70万株)2600单株决选808单株决选12株系经品系预备实验决选4株系经品系比较实验决选3株系… 徐州1818 (徐州209→多次单株选择→徐州1818)局限性:选择效率不高。遗传基础较窄。 2 请以转基因抗虫棉的研制为例,阐述基因工程育种的特点,关键过程及重要意义。 特点:(1)目的性强,准确,迅速,高效。(2)使用单一目标基因,没有遗传累赘(3)克服种间障碍,实现基因跨物种表达 过程:(1)合成目的基因:直接使用野生型目的基因,第一批转Bt杀虫晶体蛋白基因植物抗虫性差,要对目的基因进行改造或全部人工合成.(2)构建载体:构建利于筛选,高效表达的载体.(3)目的基因导入棉花:花粉管通道法,农杆菌介导法.(4)选育抗虫品种: 生物杀虫试验,DNA水平,Bt蛋白检测等方法,进行抗虫鉴定选择。 应用生产 重要意义:(1)减少农药的使用量,保护环境(2)提高产量,改善品质(3)节约人力物力成本,带来实在的经济效益,社会效益,环境效益。(4)减少病虫害。 1.试论大豆杂交育种过程中,如何根据性状的遗传方式确定合适的后代选择策略

基于GBLUP与惩罚类回归方法的猪血液性状基因组选择研究

基于GBLUP与惩罚类回归方法的猪血液性状基因组选择研究 目录 目录 ...................................................................................................................................... I 摘要 .. (i) ABSTRACT ....................................................................................................................... i ii 缩略词表(ABBREVIATIONS).. (v) 1 前言 (1) 1.1 研究问题的由来 (1) 1.2 文献综述 (2) 1.2.1 基因组选择的概念 (2) 1.2.2 基因组选择研究进展 (3) 1.2.3 基因组选择在畜禽育种中的应用 (4) 1.2.4 用于GEBV预测的方法 (5) 1.2.5 猪血液性状与抗病育种进展概述 (8) 1.3 研究目的与意义 (9) 2 材料与方法 (10) 2.1 技术路线 (10) 2.2 材料 (11) 2.2.1 主要数据 (11) 2.2.2 主要硬件 (11) 2.2.3 主要软件 (12) 2.3 方法 (15) 2.3.1 数据预处理 (15) 2.3.2基因组预测的参数设置 (15) 2.3.3 估计芯片遗传力(chip heritability) (16) 2.3.4 复合基因组预测方法 (17) 3 结果 (18) 3.1 各性状表型的描述性统计分析结果 (18) 3.2 各性状芯片遗传力的估计结果 (19)

基因组水平的选择信号及其检测方法研究进展

第40卷第5期2019年5月 家畜生态学报Vol.40No.5 Acta Ecologiae Animalis Domastici May2019 o学科动态氥 因组水平的选择信号及其检测方法研究进展 王宇占,赵毅强 (中国农业大学生物学院,北京100193) [摘要]在进化过程中,自然或人工选择在基因组上留下了各种选择信号的印迹。探究不同物种或同一物种不同种群之间的选择信号有助于我们研究物种的进化历史,筛选优势等位基因并应用于遗传育种之中。本文详细介绍了各种经典的选择信号检测方法及其适用场景,并讨论了各自的优缺r和未来的发展方向。 [关键词]选择信号;单核{酸多态性;生物进化 [中图分类号]S811.5[文献标识码]A[文章编号]1005-5228(2019)05-0001-06 doi:10.3969/j.issn.1673-1182.2019.05.001 19世纪中叶,英国生物学家达尔文提出了生物进化论学说,认为选择可以改变个体之间的适应性和繁殖力匚1〕,十年后,孟德尔发现了遗传定律,随后摩尔根揭示了染色体的遗传机制,20世纪中叶,沃森和克里克发现了DNA双螺旋结构。基于达尔文等人的进化学、遗传定律等学说,科学家结合数理统计等数学知识提出了现代综合进化论,认为自然选择的作用单位是群体,强调渐进式的进化。 化物化中了、物体自然选择,强烈的人工选择。随着二代测序技术的成熟和快速发展,累积了越来越多的测序数据,可大范围检测基因组上留下的选择印记,这些印记称为选择信号(sig-nature of selection)[2]。通过分析基因组上的选择信号了解种群的进化历史,并对研究生物进化以及遗传育种等问题提供帮助。比如检测选择信号可以帮助我们确定基因组上哪些优势等位基因受到了选择的青睐,哪些在进化过程中被逐渐淘汰,一些研究选择信号知名的例子如人类不同族群的乳糖耐受性变化3、水稻稻芒的选择等⑷。 1选择作用于DNA变异 在DNA序列水平上可检测到的遗传变异主要包括染色体结构变异(structural variants,SVs)、小片段序列的插入缺失(indel)和单核@酸多态(sin-gle nucleotide polymorphism,SNP)[5]。单核@酸多态主要指基因组在单个核昔酸水平上的变异。相比于染色体结构变异,单核@酸多态性在基因组上数量更多,分布更广泛,且易于进行分型,目前分析大多基于单核@酸多态 选择主要包括正选择,负选择,平衡选择几个类型。正选择(positive selection)指适应性高的等位基因受到选择,频率增大[7\负选择(negative se-lection)又称纯化选择,是指突变的等位基因适应性较低,在选择中处于劣势,因此该等位基因在群体中会被淘汰8。平衡选择(balanced selection)是指杂合子相比于纯合子具有更高的适应性,选择压力有助于维持等位基因在群体中的平衡⑼。 研究结果表明,大部分的新发突变是有害的,只有很少一部分是有益的。有害的突变经自然或人工选择下其频率逐渐在群体中降低直到消失,有益的突变频率则会在群体中上升,甚至达到固定。由于 突变位点与周围的位点存在连锁不平衡(linkage disequilibrium,LD),位点被选择后该位点周围多态性下降,这种现象称为选择性清除(selection sweep)10〕。 由于正选择是生物适应性进化的主要机制,且往往在基因组上留下明显的选择信号,目前大多数研究都集中在寻找正选择信号上。故本文主要介绍正选择信号的检测方法。 [收稿日期]2018-07-19修改日期;2019-01-08 [基金项目]国家自然科学基金(U1704233) [作者简介]王宇占(1994—),男,山西长治人,硕士,主要从事生物信息学研究。E-mail:yuzhanwang@https://www.360docs.net/doc/aa5161812.html, 头[通讯作者]赵毅强(1980—),男,湖南常德人,副教授,博士生导师,主要从事生物信息学研究。E-mail:yiqiangz@https://www.360docs.net/doc/aa5161812.html,

种母猪的选择标准

种母猪选择标准 ●体型/总体外观(Conformation/General Appearance) 从两侧看,鼻子和下腭平直,全身无脓包。身体如有被蚊虫叮咬痕迹需预先与客户联系,若客户农场也有此类现象可以出售;有弓腰,塌背的,或疝气的应淘汰,同时记录下耳刺号找出她的父母亲予以淘汰;有明显外伤,如破皮,流血等不应出售;有皮肤病不应出售;有震颤表现的也不可作为种猪出售;体型短小或奇怪的应淘汰。 ●体重/日龄(Weight/Size) 可出售的种猪体重应大于50公斤。日龄相同但体重明显小于其他猪只并发育不良的母猪应淘汰。同一批出售的猪群体重差异应在10公斤以内,日龄差异应在15日以内。总体来讲同一批出售的体重/日龄越相近越好。 ●腿(Leg) 种猪腿部状况是影响种猪使用寿命的重要影响因素,因此出售的种猪应是腿部结构无问题且结实有力。检查腿时,给猪一定的活动空间便于走动,从前后观察。 1.有小而且柔软肿块,一般说来,经治愈后可消失,可以出售; 若肿块坚硬,不可出售。 2.关节部出现发炎脓肿的应淘汰。 ●耳与尾(Ears and Tails) 1.耳--两个耳朵都有皱折或一只耳朵感染的,不可出售。 2.尾--对咬尾猪只能选择被确认无感染症状的。 ●外部繁殖器官(External Reproductive Organs) 1. 无肛门--无肛门猪只应淘汰。 2. 阴户小--阴户太小,不易配种,即使能够配种也容易难产,应淘汰。

后备种母猪理想的有效奶头数应为12个。为保险起见,最后一对不记录在内。同时应该强调的是--前3对奶头必须是良好的,奶头的大小不做作选择依据。 ●选择率(Selection Rate) 为了有效的控制种猪质量,种猪体重在50公斤以上的选择率通常为65%.选择率大下可能由于不同种群质量情况有些变化,有时还要根据客户的需求特点,如有的客户对腿的质量很敏感,对这样的客户一定要选择腿部质量好的。但总的来讲选择率范围应在60-70%之间。 ●附录(Appendix) 1. 后备母猪选择记录表(Parent Gilt Selection Pad) 2. 未被选做种猪出售原因月统计表(Monthly Rejects Summary) 3. 客户需求特点调查表(Customer Profile)

相关文档
最新文档