211240628_基于简化基因组测序的永登七山羊遗传多样性分析

畜牧兽医学报 2023,54(5):1939-1950
A c t a V e t e r i n a r i a e t Z o o t e c h n i c a S i n i c a
d o i :10.11843/j
.i s s n .0366-6964.2023.05.016开放科学(资源服务)
标识码(O S I D )
:基于简化基因组测序的永登七山羊遗传多样性分析
马克岩1,韩金涛2,白雅琴3,李讨讨1,马友记1*
(1.甘肃农业大学动物科学技术学院,兰州730070;2.永登县动物疫病预防控制中心,兰州730300;
3.甘肃省畜牧技术推广总站,兰州730030
)摘 要:旨在通过简化基因组测序(s p e c i f i c -l o c u s a m p l i f i e d f r a g m e n t s e q u e n c i n g ,S L A F -s e q
)技术分析永登七山羊群体遗传多样性和群体结构,为永登七山羊作为新发现资源申报提供支撑㊂本研究以甘肃省4个地方绵羊群体(每个群体随机选取10只成年健康母羊)作为研究对象,利用S L A F 技术检测全基因组范围内的单核苷酸多态性位点(S N P s )㊂通过p e r l 编程计算观测杂合度(H o )㊁期望杂合度(H e )㊁多态信息含量(P I C )㊁香浓维纳指数(S H I )和基因多样性指数(N e i )等5个遗传多样性指标;P o p L D d e c a y 软件分析每个品种连锁不平衡情况;e l g
e n s o
f t 软件进行主成分分析(P C A );m e
g a x 软件构建4个绵羊品种的系统发育树;s t r u c t u r e 软件进行群体遗传结构分析;g c t a 软件进行亲缘关系分析㊂结果表明,40只绵羊个体共检测到1658596个S N P s 位点,其中大部分S N P s 位点位于
基因间区域㊂永登七山羊群体H o ㊁H e ㊁P I C ㊁S H I ㊁N e i 指标值分别为0.082㊁0.277㊁0.221㊁0.411和0.305,
且永登七山羊的连锁不平衡系数较高,衰减速度较慢,说明永登七山羊群体遗传多样性低;永登七山羊与滩羊㊁兰州大尾羊和岷县黑裘皮羊之间的遗传分化系数(F s t )
分别为0.0906㊁0.0980和0.1045,表明永登七山羊与其他3个品种之间分化程度较高;P C A 显示,群体间聚类模式差异明显,可将永登七山羊与兰州大尾羊㊁滩羊和岷县黑裘皮羊区分开;系统发育树结果表明,兰州大尾羊独自聚为一大支,永登七山羊和滩羊聚为另一大支,亲缘关系较近,随后永登七山羊逐渐分离出来独自聚为一小支;s t r u c t u r e 分析表明,K=2为最优分群数,即4个群体来自两个原始祖先,随着K 值逐渐增加,部分永登七山羊个体发生分离,与其他品种遗传背景差异明显㊂亲缘关系热图显示,每个亚群个体之间亲缘关系较低㊂结果提示,永登七山羊与兰州大尾羊群体遗传多样性低,永登七山羊与滩羊㊁兰州大尾羊和岷县黑裘皮羊之间分化明显,这为进一步挖掘永登七山羊种质资源特性提供了理论数据㊂关键词:永登七山羊;种质资源;遗传多样性;群体结构;简化基因组测序
中图分类号:S 827.2;S 813.9 文献标志码:A 文章编号:0366-6964(2023)05-1939-12
收稿日期:2022-10-24
基金项目:农业农村部购买合同项目(19221204);甘肃省2022年农业种质资源普查项目(G S C Q -2022-03)作者简介:马克岩(1998-),男,甘肃庆阳人,硕士生,主要从事羊生产研究,E -m a i l :m k y
0017@163.c o m *通信作者:马友记,主要从事羊生产研究,E -m a i l :y j
m a @g s a u .e d u .c n G e n e t i c D i v e r s i t y A n a l y s i s o f Y o n g d e n g Q i s h a n S h e e p B a s e d o n S p e c i f i c -L o c u s A m p
l i f i e d F r a g m e n t S e q u e n c i n g
MA K e y a n 1
,H A N J i n t a o 2,B A I Y a q i n 3,L I T a o t a o 1,MA Y o u j
i 1*
(1.C o l l e g e o f A n i m a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ,G a n s u A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y ,
L a n z h o u 730070,C h i n a ;2.Y o n g d e n g A n i m a l D i s e a s e C o n t r o l C e n t e r ,L a n z h o u 730300,C h i n a ;3.A n i m a l H u s b a n d r y T e c h n o l o g y E x t e n s i o n S t a t i o n o f G
a n s u P r o v i n c e ,L a n z h o u 730030,C h i n a )A
b s t r a
c t :T h e a i m o f t h i s s t u
d y w a s t o a n a l y z
e t h e g e n e t i c d i v e r s i t y a n d p o p
u l a t i o n s t r u c t u r e o f Y o n g d e n g Q i s h a n s h e e p b y s p e c i f i c -l o c u s a m p l i f i e d f r a g m e n t s e q u e n c i n g (S L A F -s e q
),a n d t o p r o -v i d e s u p p o r t f o r t h e d e c l a r a t i o n o f Y o n g d e n g Q i s h a n s h e e p a s a n e w l y d
i s c o v e r e d r e s o u r c e .F o u r l o c a l s h e e p p o p u l a t i o n s (10a d u l t h e a l t h y e w e s r a n d o m l y s e l e c t e d f r o m e a c h p o p
u l a t i o n )i n G a n s u Copyright ©博看网. All Rights Reserved.
畜牧兽医学报54卷P r o v i n c e w e r e t a k e n a s t h e r e s e a r c h o b j e c t.S i n g l e n u c l e o t i d e p o l y m o r p h i s m s(S N P s)w i t h i n t h e w h o l e g e n o m e w e r e d e t e c t e d b y S L A F t e c h n o l o g y.F i v e g e n e t i c d i v e r s i t y i n d e x e s,s u c h a s o b-s e r v e d h e t e r o z y g o s i t y(H o),e x p e c t e d h e t e r o z y g o s i t y(H e),p o l y m o r p h i s m i n f o r m a t i o n c o n t e n t (P I C),S h n n o n W i e n e r i n d e x(S H I)a n d N e i d i v e r s i t y i n d e x(N e i),w e r e c a l c u l a t e d b y P e r l s o f t w a r e.T h e l i n k a g e d i s e q u i l i b r i u m o f e a c h b r e e d w a s a n a l y z e d b y P o p L D d e c a y s o f t w a r e.e l g e n-s o f t s o f t w a r e w a s u s e d f o r p r i n c i p a l c o m p o n e n t a n a l y s i s(P C A);m e g a x s o f t w a r e w a s u s e d t o b u i l d p h y l o g e n e t i c t r e e s o f4s h e e p b r e e d s;T h e s t r u c t u r e s o f t w a r e w a s u s e d t o a n a l y z e t h e g e n e t i c s t r u c t u r e o f t h e p o p u l a t i o n;g c t a s o f t w a r e w a s u s e d f o r k i n s h i p a n a l y s i s.A t o t a l o f1658596 S N P s w e r e d e t e c t e d i n40s h e e p i n d i v i d u a l s,m o s t o f w h i c h w e r e l o c a t e d i n t h e i n t e r g e n i c r e g i o n. T h e H o,H e,P I C,S H I,a n d N e i v a l u e s o f Y o n g d e n g Q i s h a n s h e e p w e r e0.082,0.277,
0.221,0.411,a n d0.305,r e s p e c t i v e l y.T h e h i g h e r l i n k a g e d i s e q u i l i b r i u m c o e f f i c i e n t a n d s l o w e r
d e c a y r a t e i n Y o n g d e n g Q i s h a n s h e e p i n d i c a t e t h e l o w g e n e t i c d i v e r s i t y i n t h e p o p u l a t i o n o f Y o n g-d e n g Q i s h a n s h e e p.T h e g e n e t i c d i f f e r e n t i a t i o n c o e f f i c i e n t s(F s t)b e t w e e n Y o n g d e n g Q i s h a n s h e e p a n d T a n s h e e p,L a n z h o u f a t t a i l s h e e p a n d M i n x i a n b l a c k f u r s h e e p w e r e0.0906,0.0980 a n d0.1045,r e s p e c t i v e l y,w h i c h i n d i c a t e d a h i g h d i f f e r e n t i a t i o n d e g r e e b e t w e e n Y o n g d e n g Q i-s h a n s h e e p a n d t h e o t h e r3b r e e d s.P r i n c i p a l c o m p o n e n t a n a l y s i s s h o w e d o b v i o u s d i f f e r e n c e s i n c l u s t e r i n g p a t t e r n s a m o n g g r o u p s,w h i c h c o u l d d i s t i n g u i s h Y o n g d e n g Q i s h a n s h e e p f r o m L a n z h o u f a t t a i l s h e e p,T a n s h e e p a n d M i n x i a n b l a c k f u r s h e e p;T h e r e s u l t s o f p h y l o g e n e t i c t r e e s h o w e d t h a t L a n z h o u f a t t a i l s h e e p w a s c l u s t e r e d a s o n e b i g b r a n c h a l o n e,Y o n g d e n g Q i s h a n s h e e p a n d T a n s h e e p w e r e c l u s t e r e d a s a n o t h e r b i g b r a n c h,a n d t h e k i n s h i p w a s r e l a t i v e l y c l o s e,s u b s e-q u e n t l y Y o n g d e n g Q i s h a n s h e e p w a s g r a d u a l l y s e p a r a t e d i n t o o n e s m a l l b r a n c h a l o n e.T h e s t r u c-t u r e a n a l y s i s s h o w e d t h a t K=2w a s t h e o p t i m a l n u m b e r o f s u b p o p u l a t i o n s,w i t h4p o p u l a t i o n s f r o m t w o o r i g i n a l a n c e s t o r s.A s t h e K v a l u e g r a d u a l l y i n c r e a s e d,s o m e Q S i n d i v i d u a l s s e g r e g a t e d a n d d i f f e r e d s i g n i f i c a n t l y f r o m t h e g e n e t i c b a c k g r o u n d o f o t h e r b r e e d s.T h e k i n s h i p h e a t m a p s h o w e d l o w k i n s h i p b e t w e e n i n d i v i d u a l s o f e a c h g r o u p.T h e s e r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t t h e r e w a s l o w g e n e t i c d i v e r s i t y i n Y o n g d e n g Q i s h a n s h e e p a n d L a n z h o u f a t t a i l s h e e p,a n d t h a t t h e r e w a s o b v i-o u s d i f f e r e n t i a t i o n b e t w e e n Y o n g d e n g Q i s h a n s h e e p a n d T a n s h e e p,L a n z h o u f a t t a i l s h e e p a n d M i n x i a n b l a c k f u r s h e e p.T h i s p r o v i d e s t h e o r e t i c a l d a t a f o r f u r t h e r m i n i n g t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f Y o n g d e n g Q i s h a n s h e e p g e r m p l a s m r e s o u r c e s.
K e y w o r d s:Y o n g d e n g Q i s h a n s h e e p;g e r m p l a s m r e s o u r c e s;g e n e t i c d i v e r s i t y;p o p u l a t i o n s t r u c-t u r e;s p e c i f i c-l o c u s a m p l i f i e d f r a g m e n t s e q u e n c i n g
*C o r r e s p o n d i n g a u t h o r:MA Y o u j i,E-m a i l:y j m a@g s a u.e d u.c n
畜禽遗传资源作为生物多样性的重要组成部分,是国家重要战略性资源,具有不可再生性[1]㊂畜禽遗传资源的拥有量和研发利用能力已成为衡量一个国家畜牧业综合实力和可持续发展能力的重要指标之一㊂如今,畜禽种业面临激烈的国际竞争,世界各国正在积极抢占优质种源和产业科技的制高点㊂畜禽遗传资源的多样性是培育优良畜禽品种的物质基础,可以维持人类对未知需求的应变能力㊂加强畜禽遗传资源的保护与挖掘,对提升我国畜禽种业自主创新能力㊁核心种源自给率和种业市场竞争力等方面有重要的现实意义㊂
永登七山乡处于青藏高原与黄土高原的过渡地带,有着89万亩山坡草洼,饲养着8万多只绵羊㊂在2021年第三次全国畜禽遗传资源普查中,各级普查专员与老百姓均认为永登县七山乡祖祖辈辈饲养的永登七山羊善于爬山远牧㊁耐粗饲㊁抗病力强;公羊有角,母羊无角或短角,长脂尾;母羊每年仅能生产一次且产羔一只,与周围饲养的兰州大尾羊㊁滩羊㊁小尾寒羊等品种有明显区别,专家组一致认为 永登七山羊 符合新发现遗传资源鉴定条件㊂
0491
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5期马克岩等:基于简化基因组测序的永登七山羊遗传多样性分析
目前大量研究通过微卫星标记[2-3]㊁血液蛋白基因座标记[4]㊁线粒体D N A标记[5-7]等方法对不同物种进行遗传多样性及群体遗传进化分析,但是这些标记只能覆盖少量基因组,得到有限的基因组数据㊂随着高通量测序技术的发展,基于酶切的简化基因组测序技术(S L A F-s e q)为系统进化㊁种质资源评估和分子育种等提供了基础[8],并与全基因组重测序[9-12]㊁S N P芯片[13-16]相比,测序成本大幅降低并且降低了基因组的复杂度,广泛应用于群体遗传分析㊁群体进化分析等研究领域[17-19]㊂刘宏祥等[20]通过S L A F技术分析了娄门鸭保种群的遗传多样性和群体结构,评估了其保种效果;马士龙等[21]研究了麦洼牦牛保种群的遗传多样性㊁群体结构和亲缘关系,为其遗传资源的保护与利用提供了理论依据;尤桂爽等[22]分析了6个地方鸡群体的遗传多样性和遗传结构;马丽娜等[23]基于S L A F测序分析了3个绵羊品种间的进化关系㊂目前,关于永登七山羊遗传多样性的研究鲜有报道,为此,通过S L A F技术分析永登七山羊㊁兰州大尾羊㊁滩羊和岷县黑裘皮羊群体遗传多样性及群体遗传结构,可为永登七山羊新种质资源的申报和利用提供数据支撑㊂
1材料与方法
1.1试验动物及样品采集
本试验选择甘肃省4个地方绵羊品种共40只无亲缘关系绵羊作为研究对象,分别是永登七山羊(Q S)㊁兰州大尾羊(L F T)㊁滩羊(T A N)和岷县黑裘皮羊(M B F)㊂所有样本颈静脉采血,用含抗凝剂的采血管收集,记录样品编号,24h内带回实验室-80ħ保存,具体采样信息见表1㊂
表1样品采集信息
T a b l e1C o l l e c t e d s a m p l e i n f o r m a t i o n
群体
P o p u l a t i o n 采样地点
L o c a t i o n
样本量/只
S a m p l e s i z e
样本类型
S a m p l e t y p e
永登七山羊Q S永登县七山乡10血液兰州大尾羊L F T永靖县瑞霖科技养殖有限公司10血液滩羊T A N会宁盛源滩羊保种养殖场10血液岷县黑裘皮羊M B F岷县汇丰农业发展有限公司10血液
1.2试验方法
1.2.1基因组D N A的提取与质量鉴定按照
B i o m a r k e r B l o o d/
C e l l/T i s s u e
D N A K i t试剂盒说明提取基因组D N A㊂利用N a n o D r o p2000检测D N A的纯度,利用Q u b i t2.0对D N A浓度进行精确定量㊂采用琼脂糖凝胶电泳检测基因组D N A的完整性㊂
1.2.2简化基因组测序所有样品委托北京百迈客生物科技有限公司进行简化基因组测序㊂选择绵羊o a r_v4.0基因组为参考基因组(h t t p s:// w w w.n c b i.n l m.n i h.g o v/a s s e m b l y/G C F_000298 735.2/)进行酶切预测,最终确定使用H p y166I I+ E c o R V酶切,酶切片段长度在414~464b p的序列定义为S L A F标签㊂对得到的酶切片段(S L A F 标签)进行3'端加A处理㊁连接D u a l-i n d e x测序接头㊁P C R扩增㊁纯化㊁混样㊁切胶选取目的片段,文库质检合格后进行测序㊂
1.3数据处理
1.3.1数据质控与基因组比对测序获得的r e a d s需要重新定位到参考基因组上,才可以进行后续变异分析㊂利用b w a[24]将测序r e a d s比对到参考基因组上,并使用G A T K[25]和s a m t o o l s[26]两种方法开发S N P,以两种方法得到的S N P标记交集作为最终可靠的S N P标记数据集㊂
1.3.2 S N P变异鉴定使用s n p e f f软件[27]用于注释变异,根据变异位点在参考基因组上的位置以及参考基因组上的基因位置信息,得到变异位点在基因组发生的区域以及变异产生的影响㊂1.3.3群体遗传多样性分析利用p e r l编程计算观测杂合度(o b s e r v e d h e t e r o z y g o u s,H o)㊁期望杂合度(e x p e c t e d h e t e r o z y g o u s,H e)㊁基因多样性指数(n e i d i v e r s i t y i n d e x,N e i)㊁多态信息含量(p o l y-m o r p h i s m i n f o r m a t i o n c o n t e n t,P I C)㊁香浓维纳指数(S h n n o n W i e n e r i n d e x,S H I)5个群体遗传多样性指标㊂利用P o p L D d e c a y(v3.41)软件,在同一条染色体上,计算一定距离范围内(1000k b)两两S N P间的连锁不平衡情况,连锁不平衡强度用r2表示㊂
1491
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畜 牧 兽 医 学 报
54卷
1.3.4 群体结构分析 使用E L G E N S O F T [28]
软件包中的s m a r t P C A 程序基于S N P 数据,
进行主成分分析,得到样品的聚类情况㊂使用M E G A X [29]
软件,基于邻接法(n e i g h b o r -j o i n i n g )
,采用k i m u r a 2-p a r a m e t e r 模型,b o o t s t r a p 重复1000次,构建各样品的系统发育树㊂基于S N P ,采用s t r u c -t u r e 软件,分析研究材料的群体结构㊂针对研究群体,预先设定亚群数目(K 值)为1~10进行聚类,并对聚类结果进行交叉验证,根据交叉验证错误率的谷值确定最优分群数㊂使用R 包p o p h e l p
e r 生成每个K 值的Q 矩阵堆叠图(h t t p ://r o y
f r a n c i s .
g i t
h u b .
i o /p o p h e l p e r )㊂使用G C T A [30]
软件对个体亲缘关系进行分析㊂
2 结 果
2.1 基因组D N A 检测收集的共40份血液提取D N A ,质检合格,同时对基因组D N A 样品进行1%琼脂糖凝胶电泳(70V ,45m i n
)检测,条带清晰明亮(图1),可用于后续基因组测序
㊂
M.D N A 相对分子质量标准;1~40.基因组D N A
M.λ-H i n d I I I d i g
e s t D N A m a r k e r ;1-40.G e n o m i c D N A 图1 基因组D N A 的琼脂糖凝胶电泳图F i g .1 T h e a g a r o s e g e l e l e c t r o p h o r e s i s o
f g
e n o m i c D N A 2.2 群体基因组数据质量及S N P s 分布
共获得287.53M b r e a d s 数据,测序深度17.63ˑ,
测序平均Q 30为94.12%,平均G C 含量为
43.07%㊂与参考基因组比对,比对效率ȡ70%(
表2),数据质量达到后续分析要求㊂用b w a 将测序
r e a d s 比对到参考基因组上,并使用g a t k 和s a m -t o o l s 两种方法开发S N P ,以两种方法得到的S N P
标记交集作为最终可靠的S N P 标记数据集,
共得到1658596个群体S N P s ,根据S N P 在染色体上的
分布,绘制S N P 在染色体上的分布图(
图2)㊂2.3 S N P 变异鉴定
40个个体中共鉴定出1658596个S N P s
,通过注释发现(图3),大部分S N P s 位于基因间区域
(56.78%),其余S N P s 位于内含子(36.72%)㊁C D S
(0.82%)等区域㊂此外,位于C D S 区域内的13599个
S N P s 中,有6329个是同义编码突变(46.54%)
,6940个是非同义编码突变(51.03%)
㊂2.4 永登七山羊的遗传多样性分析
如表3所示,4个群体的观测杂合度H o 均低
于期望杂合度H e ,其中T A N 群体观测杂合度最
高,为0.104,Q S 和L F T 观测杂合度最低,
为0.082;同样,Q S 群体的多态信息含量P I C ㊁香浓维纳指数㊁N e i 多样性指数在4个群体中也是最低,分别为0.221㊁0.411和0.305㊂
连锁不平衡(L D )分析(图4)表明,4个群体的
L D 系数(r 2
)随位点间距离增加而下降㊂L D 系数由
高到低依次是L F T>Q S >T A N>M B F ;
其衰减速度由快到慢依次是M B F >T A N>Q S >L F T ㊂
2.5 群体遗传分化系数
计算4个群体之间所有成对的F s t 值(
表4)㊂结果发现,所有群体之间,Q S 群和M B F 群之间的
分化程度最高(0.1045),Q S 与L F T 和T A N 群之
2
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3491 5期马克岩等:基于简化基因组测序的永登七山羊遗传多样性分析
间的分化系数分别为0.0980和0.0906,表明Q S与其他3个群体分化程度较高㊂
表2测序后的r e a d s在绵羊基因组中的比对情况
T a b l e2M a p p i n g q u a l i t y o f r e a d s a f t e r s e q u e n c i n g t o s h e e p g e n o m e
图2S N P s在染色体上的分布图
F i g.2D i s t r i b u t i o n o f S N P s o n c h r o m o s o m e s
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畜 牧 兽 医 学 报54卷
图3 S N P s 在基因组中的注释分布F i g
.3 A n n o t a t i o n d i s t r i b u t i o n o f S N P s i n t h e g e n o m e 表3 遗传多样性指标
T a b l e 3 G e n e t i c d i v e r s i t y
i n d e x e s 群体
P o p
u l a t i o n 观测杂合度H o 期望杂合度H e 多态信息含量
P I C 香浓维纳指数
S H I 基因多样性指数
N e i
永登七山羊Q S 0.0820.2770.2210.4110.305滩羊T A N 0.1040.2880.2300.4300.315兰州大尾羊L F T
0.0820.2850.2280.4240.313岷县黑裘皮羊M B F
0.098
0.289
0.231
0.431
0.31
4
图4 连锁不平衡模式F i g .4 L i n k a g e d i s e q
u i l i b r i u m p a t t e r n s 4
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5期马克岩等:基于简化基因组测序的永登七山羊遗传多样性分析
表44个群体之间的两两F s t
T a b l e4P a i r w i s e F s t a m o n g4p o p u l a t i o n s
群体P o p u l a t i o n永登七山羊Q S滩羊T A N兰州大尾羊L F T岷县黑裘皮羊M B F 永登七山羊Q S
滩羊T A N0.0906
兰州大尾羊L F T0.09800.0879
岷县黑裘皮羊M B F0.10450.09300.0815
2.6群体遗传结构分析
2.6.1主成分分析基于不同群体的S N P差异程度聚类成不同亚群,其结果可以用于与其它聚类方法的结果相互验证㊂由图5可知,P C1和P C2的贡献率分别为
3.86%和3.43%㊂L F T群和T A N 群中的个体紧密聚集在一起;Q S和M B F群个体较为分散㊂根据P C1基本可将M B F群体(P C1>0)与其他3个群体区分开,P C2可将Q S群体(P C2< 0)与其它3个群体区分开,4个群体之间聚类模式存在明显差异㊂
图54个绵羊群体的主成分分析
F i g.5P r i n c i p a l c o m p o n e n t a n a l y s i s o f4s h e e p p o p u l a t i o n s
2.6.2系统发育树分析根据群体的的遗传学数据推断出个体之间的亲缘关系的远近,构建距离矩阵,基于距离矩阵构建系统发育树㊂由4个群体的系统发育树(图6)可明显看出,L F T群独自聚为一类,Q S群和T A N群位于同一分支,随后Q S群逐渐分离出来聚为一支㊂
2.6.3群体遗传结构分析针对研究群体,预先设定亚群数目(K值)为2~10进行聚类,并对聚类结果进行交叉验证,根据交叉验证错误率的谷值确定最优分群数㊂从图7可以看出,K=2为最优分群数㊂从图8可知,K=2时,M B F部分个体发生分离,K=3时,可分为3个亚群,Q S部分个体分离出来;K=4时,T A N和L F T群遗传背景差异明显,K= 5~6时,呈现出更详细的品种遗传信息,但无论K 为何值,始终有部分Q S个体与T A N群没有发生明
显分离㊂
2.6.4亲缘关系分析 G矩阵分析结果表明(图9),所有个体分为4个亚群,分别为10个Q S个体组成的亚群㊁10个T A N个体组成的亚群㊁10个L F T个体组成的亚群及M B F亚群,且每个亚群个体间亲缘关系较低㊂
3讨论
遗传多样性是物种在长期进化过程中对各种复杂环境适应的结果,是物种赖以生存和发展的基础[31]㊂研究种群的遗传结构和遗传分化可以更有效地保护和利用种质资源[32]㊂杂合度是度量群体遗传多样性的参数之一㊂品种杂合度越高,反映出品种的遗传信息也越多㊂本次研究结果发现,无论是观测杂合度还是期望杂合度,从高到低依次是
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畜 牧 兽 医 学 报54卷
图6 4个绵羊群体的系统发育树F i g .6 P h y l o g e n e t i c t r e e o f 4s h e e p p o p
u l a t i o n
s 图7 交叉验证错误率
F i g
.7 C r o s s v a l i d a t i o n e r r o r r a t e T A N ㊁M B F ㊁L F T ㊁Q S ,表明L F T 与Q S 这两个群体
遗传多样性较低㊂除Q S 外,其它3个群体之间的多样性与成述儒等
[33
]对甘肃6个地方绵羊品种的
遗传多样性分析结果一致㊂由多态信息含量指标可知,4个群体的P I C 范围为0.221~0.231,
属于低度多态性(P I C <0.25为低度多态性;0.25<P I C <
0.5为中度多态性;P I C >0.5为高度多态性)[34-35]
,而本次研究中的P I C 值与微卫星研究中的值相比较低,可能是不同方法所得到的标记之间的差异所导致㊂4个群体的香浓维纳指数和基因多样性指数结果同样表明兰州大尾羊和永登七山羊遗传多样性较低㊂连锁不平衡分析可用于评估群体遗传多样
性[8]
㊂从4个群体的连锁不平衡模式可知,兰州大
尾羊和永登七山羊群体的连锁不平衡(L D )系数较高,衰减速度较快,认为这两个群体在驯化过程中受
选择强度较高,遗传多样性较低㊂总之,群体多样性指标与连锁不平衡结果均表明,永登七山羊与兰州大尾羊群体遗传多样性低,原因可能是在长期的品种形成过程中,缺乏科学有效的育种方案,导致品种
数量不断减少,加上群体内发生近交,导致群体遗传多样性较低㊂
本研究计算了群体遗传分化系数并基于测序数据进行了主成分㊁系统发育树及群体遗传结构分析,
用于评估4个群体间的遗传关系和群体结构㊂群体
分化系数F s t 能够揭示群体间的分化程度
[36-37]
,本试验中,永登七山羊与岷县黑裘皮羊之间分化程度最高,兰州大尾羊㊁滩羊次之,且彼此间F s t 值均>
0.05,
表明永登七山羊与其他3个群体间存在中等程度的遗传分化[38]
㊂主成分分析结果表示,群体之
间聚类模式差异明显,根据P C 1可将岷县黑裘皮羊与其他3个群体区分开,该结果支持传统的分
类[39]
,岷县黑裘皮羊属于藏系绵羊,而其他3个品
种均属于蒙古羊;P C 2可将永登七山羊与其他3个群体进行区分㊂此外,滩羊与兰州大尾羊群体之间部分个体相互聚集,群体间发生了基因交流,亲缘关
系较近,这一结果与吕潇潇[40]
的研究结果一致㊂系
统发育树结果显示,4个群体中的个体独自聚集,
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5期
马克岩等:
基于简化基因组测序的永登七山羊遗传多样性分析
图8 群体结构
F i g .8 P o p
u l a t i o n s t r u c t u r
e 图9 亲缘关系热图F i g .9 H e a t m a p o
f k i n s h i p
体间没有个体穿插㊂兰州大尾羊独自聚为一支,滩羊与永登七山羊聚为一支,表明这两个群体之间亲缘关系较近;之后永登七山羊逐渐分离出来,形成单独的分支㊂通过s t r u c t u r e 软件对4个群体的遗传结构进行研究,当K=2时,交叉验证错误率最低,说明本研究中的4个群体来自于2个原始的祖先㊂
K =2时,岷县黑裘皮羊部分个体首先分离出来,K=
3时,永登七山羊部分个体分离出来;K=4时,滩羊和兰州大尾羊遗传结构有明显差异;随着K 值增加,呈现出更为复杂的遗传信息㊂但无论K 为何值,始终有部分永登七山羊个体与滩羊没有发生分离,推测这两个群体起源可能相同,随着时间的推
7
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畜牧兽医学报54卷
移,出现一定程度的分化,群体之间亲缘关系较近,
该结果与遗传分化系数和系统发育树结果一致㊂亲
缘关系热图显示,各群体个体之间亲缘关系较低㊂
群体结构结果可以与P C A和系统发育树结果相互佐证,认为永登七山羊独立形成聚类,可单独作为新
的绵羊遗传资源㊂
4结论
本研究通过计算不同遗传多样性指标分析甘肃
省4个绵羊群体遗传多样性,结果表明,永登七山羊与兰州大尾羊遗传多样性较低;群体遗传分化系数和遗传结构结果表明,永登七山羊与兰州大尾羊㊁滩羊和岷县黑裘皮羊之间分化明显㊂结果为进一步挖掘永登七山羊种质资源特性提供了理论依据㊂
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