豬全基因組關聯(lián)分析研究進展及展望

尹建良 趙姣姣 陳 賽

（1湖南省益陽市赫山區(qū)岳家橋鎮(zhèn)動物防疫站，湖南益陽 413000；2湖南省益陽市赫山區(qū)畜牧水產局，湖南益陽 413000；3湖南省益陽市赫山區(qū)滄水鋪鎮(zhèn)動物防疫站，湖南益陽 413000）

豬全基因組關聯(lián)分析研究進展及展望

尹建良1趙姣姣2陳 賽3

（1湖南省益陽市赫山區(qū)岳家橋鎮(zhèn)動物防疫站，湖南益陽 413000；2湖南省益陽市赫山區(qū)畜牧水產局，湖南益陽 413000；3湖南省益陽市赫山區(qū)滄水鋪鎮(zhèn)動物防疫站，湖南益陽 413000）

全基因組關聯(lián)分析是一種通過對全基因組范圍內的遺傳標記 （如SNP、QTL和CNV等）進行測序和統(tǒng)計分析，以鑒定出影響復雜性狀相關的遺傳標記。目前已廣泛應用于豬各個性狀分子標記的篩選且獲得大量的分子標記。本文對豬生長、肉質和繁殖等性狀的GWAS相關研究做一綜述，以期為推進GWAS應用于豬重要性狀分子標記的篩選和挖掘提供參考。

豬；生長性狀；肉質性狀；繁殖性狀；全基因組關聯(lián)分析

全基因組關聯(lián)分析（genome-wide association studies,GWAS）的概念由Risch等[1]于1996年比較研究發(fā)現復雜疾病的遺傳研究中關聯(lián)分析比連鎖分析具有更高的檢測效力而首次提出，是一種通過對全基因組范圍內的遺傳標記（如SNP、QTL和CNV等）進行測序和統(tǒng)計分析，以鑒定出影響復雜性狀相關的遺傳標記[2]。由于GWAS在實際應用中不受預先設定的候選基因限制，因而在自然科學研究中得以廣泛應用[3]。我國不僅是養(yǎng)豬大國，也是豬肉消費大國，對于豬生長、肉質和繁殖等重要性狀的遺傳改良進展直接影響著生豬生產的經濟效益，而GWAS在鑒定這些重要性狀的遺傳標記或主效基因上具有強大優(yōu)勢，可顯著促進遺傳選育進展。隨著豬的全基因組序列測序的完成，其高密度芯片得以推出，國內外不少研究者對豬的重要性狀進行了GWAS，極大地豐富了可信度較高的分子標記。本文對豬生長、肉質和繁殖等性狀的GWAS相關研究做一綜述，以期為推進GWAS應用于豬重要性狀分子標記的篩選和挖掘提供參考。

1 生長性狀

生長性狀是豬生產過程中較為復雜和重要的經濟性狀，直接影響著豬生產的經濟效益，其衡量指標包括采食量、日增重、飼料轉化率、達100 kg日齡和平均日增重等。Wang等[4]對796頭杜洛克公豬的飼料轉化率、達100 kg日齡和平均日增重進行了GWAS，發(fā)現了11個基因組水平和162個染色體水平的SNP與這些生長性狀相關，對這些SNP的來源基因進行分析，鑒定出WT1、 FBXO3、 DOCK7、 PPP3CA、 AGPAT9 和NKX6-1與達100 kg日齡相關，MAP2、TBX15、IVL、ARL15、CPS1、VWC2L和VAV3與飼料轉化率相關，COL27A1與平均日增重相關，功能分析發(fā)現這些候選基因主要在肌肉、脂肪、養(yǎng)分吸收和代謝過程中直接或間接地影響豬的生長性狀。Guo等[5]對384頭生長前期和334頭生長后期豬的飼料轉化率、剩余采食量、日采食量、日飼采食次數、每秒采食量和單次采食量進行GWAS，發(fā)現了6個與飼料轉化率、剩余采食量和日采食次數顯著相關的染色體區(qū)域，其中四個為新發(fā)現的，其中7號染色體上的134 Mb范圍內分別有47和67個SNP與120～210日齡和120～240日齡的飼料轉化率顯著相關，12號染色體上的53 Mb區(qū)域與日采食次數和每秒采食量顯著相關，其中具有磺基轉移酶活性和涉及糖代謝的WSCD1基因的SNP顯著與這兩個性狀相關。Do等[6]對1 272頭杜洛克公豬的剩余采食量進行GWAS，分別發(fā)現15和12個SNP與1型和2型剩余采食量顯著相關，剩余采食量和背膘厚的QTL分別定位于1號和2號染色體；其中MAP3K5、PEX7和DSCAM基因的SNP與剩余采食量顯著相關。Long等[7]對83頭杜洛克豬的平均日增重進行GWAS，發(fā)現來自于4、9、11、12和14號染色體上的31個基因組水平顯著的SNP，并證實了 CACNA1E和 ACBD6的 SNP。Jung等[8]采用GWAS鑒定出16號染色體上的IRX4基因區(qū)域附近的1個SNP與豬71日齡的體重顯著相關。Qiao等[9]采用GWAS從杜洛克×二花臉和蘇太豬中分別鑒定出14和39個基因組水平和染色體水平區(qū)域分別與生長和脂肪性狀相關，其中7號染色體的一個750 kb區(qū)域與第一根肋骨處的背膘厚顯著相關，4號染色體上的一個82.85 Mb區(qū)域與平均背膘厚顯著相關，PLAG1和IGF2為這兩個性狀的顯著候選基因。

2 肉品質性狀

隨著消費水平的不斷提高，人們對豬肉品質的要求也隨之提高，使得豬肉品質成為影響消費意愿的重要因素，同時對養(yǎng)豬業(yè)提出了新的要求。評價豬肉品質的指標包括肌肉顏色、pH值、系水力、肌肉大理石紋、熟肉率、風味和嫩度等。周李生等[10]對150頭蘇太豬進行GWAS，共計鑒定出39個達到染色體顯著水平的SNP，分布于基因組上的20個區(qū)域，與72小時的pH值顯著關聯(lián)的有17個，分別為3、4、10、14和X號染色體，與肉色顯著關聯(lián)的有22個，分別位于1、3、7、10、12、14和15號染色體。Zhang等[11]對1 943頭“三元雜”豬的pH值和肉色進行GWAS，鑒定出6個基因組區(qū)域顯著相關，其中位于1、5、9、16和X染色體上的5個基因組區(qū)域與肉色顯著相關；15號染色體上的位于ZNF142、PRKAG3、STK36、TTLL7和CDK5R2的3個SNP與pH值和肉色顯著相關。Chung等[12]對165頭杜洛克豬的宰后45分鐘和24小時的pH值進行了GWAS，鑒定出4號染色體上的19個SNP與pH值顯著相關，其中10和9個SNP分別位于1.08 Mb和2.7 Mb的基因組區(qū)域，且PKHD1L1、VCPIP1和LOC102166532三個基因位于SNP附近。Liu等[13]對336頭二花臉豬和610頭“三元雜”豬的20個肉品質性狀進行GWAS，在兩個豬種中分別發(fā)現28和9個與肉品質顯著相關的SNP，其中4號染色體上的ss13126 1254號SNP與二花臉豬的滴水損失顯著相關，12和15號染色體上的2個QTL對多個肉品質性狀具有多效應。Cho等[14]對830頭大白豬×韓國地方豬的13個肉品質性狀進行GWAS，從1、2、6、7、9、12、13和16號染色體上鑒定出23個基因組水平顯著相關的QTL，17號染色體上鑒定出51個；其中12號染色體上鑒定出影響10個肉質性狀的QTL，且對粗脂肪含量具有最大的影響效應。Xiong等[15]采用GWAS鑒定出與萊蕪豬的10個肉品質性狀顯著相關的108個SNP，其中12號染色體的56.22～61.49 Mb存在多個SNP與肉色、背最長肌和半膜肌含水量相關，4號染色體上的一個基因組區(qū)域與背最長肌的含水量和滴水損失相關。Ma等[16]對434頭杜洛克×二花臉豬和933頭蘇太豬的9個肉品質性狀進行GWAS，共計鑒定出127個染色體水平顯著相關的SNP，其中包含11個分布于3和15號染色體上的基因組水平的SNP與pH值、滴水損失、肉色和肌內脂肪含量相關，此外3和7號染色體上的QTL區(qū)域對多個肉質性狀具有多重效應。Nonneman等[17]對1 768頭“三元雜”豬的5個肉品質性狀進行了GWAS，1號染色體255 Mb PPP3R2基因附近區(qū)域與嫩度、系水力和pH值顯著相關，6號染色體28～29.5 Mb區(qū)域鑒定出GPI和KCTD15基因為影響肌內脂肪含量的候選基因。Davoli等[18]從886頭大白豬的GWAS中鑒定出7個新的與肌內脂肪含量相關的SNP，其中3個SNP分別位于SDK1基因上游388 kb處及PPP3A和SCPEP1基因內。

3 繁殖性狀

豬的繁殖性狀主要包括總產仔數、產活仔數、乳頭數和產后間隔等，這些繁殖性狀與豬生產的經濟收益息息相關，但它們均屬于低遺傳力性狀，因此通過GWAS篩選出可信度較高的遺傳標記將有助于加快遺傳改良進展。劉小磊等[19]對408頭大白母豬和412頭長白×大白二元雜母豬的總產仔數和產活仔數進行GWAS，共計鑒定出50個顯著相關的SNP，其中與第一胎次總產仔數顯著關聯(lián)的SNP位于1、2、3、7、13、16和18號染色體，而與產活仔數顯著關聯(lián)的SNP位于1、3、4、13和16號染色體的11個區(qū)域內；與第二胎次總產仔數和產活仔數顯著關聯(lián)的區(qū)域主要位于7、10、12、13、14和16號染色體的6個重疊區(qū)域內。Sell-Kubiak等[20]對69 549頭大白母豬的264 419頭仔豬進行GWAS，總計鑒定出10個與總產仔數顯著相關的SNP，其中最顯著的SNP發(fā)現于11號染色體，ENOX1基因為總產仔數候選基因。Bergfelderdrüing等[21]對4 012頭大白母豬和長白母豬的產活仔數進行GWAS，發(fā)現17個SNP與產活仔數顯著相關，而大白豬和長白豬的產活仔數相關SNP、染色體區(qū)域和QTL沒有重合區(qū)域。

乳頭數可直接反映母豬可哺乳仔豬數量，對于仔豬吃上初乳和常乳以及仔豬的哺乳期成活率和體重尤為重要。Tang等[22]對1 743頭杜洛克×二花臉母豬、320頭二花臉母豬和383頭蘇太母豬的乳頭數進行GWAS，鑒定出24個位于1、2和12號染色體上的SNP顯著相關，且7號染色體上的VRTN基因和12號染色體上的KDM6B基因為候選基因，對GWAS結果進行Meta分析發(fā)現三種豬之間無顯著相關的SNP，證實導致這三種豬群乳頭數變異的因素不相關。Arakawa等[23]對1 024頭杜洛克母豬的乳頭數進行GWAS，共計鑒定出18個QTL與杜洛克母豬乳頭數顯著相關，其中有9個QTL為首次鑒定。Lopes等[24]對1 550頭長白母豬的乳頭數進行GWAS，共計鑒定出21個顯著相關的SNP，分布于4、6、7和12號染色體的各一個區(qū)域，且4號染色體上的QTL具有最主要的影響。Lee等[25]對長白×韓國地方母豬的乳頭數進行GWAS，在7號染色體上鑒定出38個與總乳頭數、左側乳頭數和右側乳頭數顯著相關的SNP，其中 SCAMP2 g.25280 G＞A、HDDC3 g.1319 G＞A和SCAMP2 g.14198 G＞A分別與總乳頭數、左側乳頭數和右側乳頭數顯著相關。

妊娠期和產仔間隔直接影響著母豬的年產胎次和初生仔豬成活率，對于豬生產過程中的經濟效益具有重要影響。Hidalgo等[26]對2 081頭長白母豬和2 301頭大白母豬的妊娠期進行GWAS，分別在兩個群體中鑒定出1個顯著相關的QTL區(qū)域，其中長白豬2號染色體0.52 Mb處的QTL中鑒定出3個顯著相關的SNP，大白豬5號染色體0.14 Mb出鑒定出4個SNP，HBEGF基因為長白豬妊娠期候選基因。Schneider等[27]對798頭母豬的平均產仔間隔進行GWAS，24個SNP與豬平均產仔間隔顯著相關，其中候選基因包括ADAMTS9、COL19A1和TBC1D1超家族基因。

4 展望

除以上這種闡述的生長性狀、肉品質性狀和繁殖性狀相關的GWAS研究以外，關于胴體性狀、抗病性狀和毛色性狀等的GWAS研究也取得一些進展，其中胴體性狀主要集中于肋骨數量、肋骨長度、皮厚和皮下脂肪厚度等相關分子標記的篩選[28,29]，抗病性狀主要集中于豬腸毒素大腸桿菌和豬繁殖與呼吸綜合征等分子標記的篩選[30,31]?？傮w而言，目前針對豬生產中的各個性狀均有GWAS研究已獲得相關的分子標記，且分子標記數量較多，取得了較為理想的研究進展，將有助于開展各個性狀的標記輔助選擇以推進豬的遺傳改良進展。但仍然存在以下幾點問題值得進一步研究或討論。

通過GWAS篩選出大量染色體水平和基因組水平的SNP、QTL和CNV等分子標記，但卻僅僅停留于前期篩選階段，其結果只能作為推測結果，存在一定的假陽性，因此非常有必要對那些可信度較高、影響較大的分子標記開展進一步的研究，以確定性狀變異的根本原因。此外，從以上GWAS研究的結果來看，關于功能基因同樣也僅僅是預測，需要進一步對這些預測出來的功能基因進行深入研究以確定其調控性狀變異的機制。

目前，關于豬各個性狀的GWAS研究多在1～2個品種或品系中進行分子標記的篩選，其篩選出的分子標記應用范圍較窄，有待于對這些篩選出的分子標記在不同品種或品系和群體中進行驗證以擴大它們的應用范圍。此外，研究樣本量較少，很少有研究采用大樣本量進行篩選，這也使得篩選出的分子標記存在假陽性或應用范圍較窄。進行GWAS研究時應根據性狀選擇研究群體，例如肉品質性狀分子標記的篩選時應選取商品代豬群作為研究對象較好，這是由于市面銷售的豬肉主要來源于商品代豬群。

我國地方豬種資源豐富，且各地方豬種具有肉品質好、耐粗飼、抗病性強、產仔數高等優(yōu)點，同樣也具有生長緩慢和瘦肉率較低等缺點，這些性狀相關的分子標記也同樣值得篩選和進一步研究。采用GWAS方法篩選出我國地方豬種的各性狀相關的分子標記對于促進地方豬種的遺傳改良同樣具有重要意義。

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S813

A

1673-4645(2017)10-0032-05

2017-08-21

尹建良（1966-），男，漢族，湖南益陽人，畜牧師，主要從事畜牧養(yǎng)殖管理工作