拷贝数变异的研究方法及其在畜禽中的研究进展

基金项目：山东省农业良种工程(No.2010LZ013-01)、国家现代农业产业技术体系(No.CARS-36)和山东省农业产业技术体系生猪创新团队建设项目收稿日期：2012-10-12接受日期：2012-11-21评述与展望Review and Progress拷贝数变异的研究方法及其在畜禽中的研究进展王继英1郭建凤1张大龙2王彦平1陶海英1武英1*1山东省畜禽疫病防治与繁育重点实验室，山东省农业科学院畜牧兽医研究所，济南250100；2济南市畜产品质量安全监测中心，济南250002*通讯作者，wusaas@摘要拷贝数变异(copy number variation,CNV)是近年来发展起来的和SNP 互补的一种重要的基因组遗传变异形式。

它不仅与畜禽的疾病及发育异常有关，还与许多体型外貌特征及经济重要性状相关联。

联合使用SNP 和CNV 这两种遗传标记，将为深入理解畜禽复杂性状的分子机制和遗传基础提供新的思路，并在标记辅助育种中有着广阔的应用前景。

全基因组范围内的CNV 研究的技术方法主要有比较基因组杂交芯片(CGH)、高密度SNP 分型芯片及基于近年来正在兴起的新一代测序技术的全基因组重测序，对于已经检测出的CNV ，根据序列特点可以采用基于PCR 和杂交的技术方法对其基因型进行判定。

2008年以来，利用CGH 芯片、高密度SNP 芯片和新一代测序等技术对畜禽的基因组CNV 开展了一系列研究。

本文综述了目前全基因组范围内CNV 检测方法及特定CNV 的分型方法，并列举了CNV 在畜禽中的所取得的一系列研究进展，为从事同类研究的人员提供一定的参考资料。

关键词拷贝数变异，遗传变异，研究方法，畜禽Research Measures for Copy Number Variation and its Research Progress in Livestock and PoultryWANG Ji-Ying 1GUO Jian-Feng 1ZHANG Da-Long 2WANG Yan-Ping 1TAO Hai-Ying 1WU Ying 1*1Shandong Provincial Key Laboratory of Animal Disease Control and Breeding,Institute of Animal Science and Veterinary Medicine,Shandong Academy of Agricultural Sciences,Jinan 250100,China;2Jinan Monitoring Center of Animal Product Quality and Safety,Jinan 250002,China*Corresponding author,wusaas@Abstract Copy number variation (CNV)is an important source of genetic variation complementary to single nucleotide polymorphism (SNP).It has been shown not only relating with disease susceptibility and developmental abnormality,and also with appearance characteristics and economically important bined using the SNP and CNV will provide new research ideas for dissecting the molecular mechanism and genetic basement of complex traits of livestock and poultry.Additionally,CNV would have broad application in marker assistant selection in breeding of livestock and poultry.Genome-wide CNV discovery approaches include array comparative genome hybridization (CGH),high dense SNP chips and newly developed genome re-sequence based on high-throughput sequencing technologies.Since 2008,using hybridization-based chip and sequencing-based technologies,a series of studies have been performed toOnline system:农业生物技术学报Journal of Agricultural Biotechnology2013,21(4):464~474DOI:10.3969/j.issn.1674-7968.2013.04.012人类基因组上广泛存在着多种遗传变异形式与DNA 多态性。

根据发生突变的碱基数目，遗传变异可分为单核苷酸多态性(single nucleotide poly-morphism,SNP)、2~1000bp 之间的小片段的插入和缺失(indel)和1kb 以上的结构变异(structural variation,SV)。

拷贝数变异(copy number variation,CNV)是基因组结构变异的主要形式，是指与基因组参考序列相比，基因组中大于1kb 的DNA 片段的插入、缺失和(或)扩增，及其互相组合衍生出的复杂变异(Feuk et al.,2006)。

早在20世纪80年代，人们已发现基因组中存在多种类型的染色体数目和结构变异(Goossens et al.,1980)。

2004年，Sebat 等(2007)和Iafrate 等(2004)分别在《Science 》和《Nature Genetics 》上发表了两篇研究文章，首次报道了人类基因组中存在大规模拷贝数变异的多态性。

这两篇具有里程碑意义的文章的发表，使人们认识到CNV 等基因组结构变异和SNP 、微卫星及其它小的遗传变异一样是基因组中重要的遗传变异形式(Feuk et al.,2006)。

Levy 等(2007)详细比较了非SNP 变异在DNA 水平变异中的重要作用，研究表明：目前SNP 占人类总变异的78%，但覆盖的基因组序列只占了26%；而目前刚刚起步研究的CNV 等基因组结构变异占人类总变异的22%，实际上覆盖的序列占到了总变异序列的74%。

自Redon 等(2006)联合运用SNP 芯片和比较基因组杂交(comparative genomic hybridiza-tion array,CGH)芯片绘制人类首张全基因组拷贝数变异图谱以来，CNV 逐渐成为研究热点，且随着技术的不断发展，研究者利用CGH 芯片(Komura et al.,2006;De Smith et al.,2007)、高密度SNP 芯片(Peiffer et al.,2006;McCarroll et al.,2008)和新一代测序技术(Sudmant et al.,2010;Alkan et al.,2011)对各种人群的基因组变异进行研究，数以万计的CNV 在不同人群中被鉴定出来。

据“人基因组变异数据库”(database of genomic variants,DGV:http://dgvbeta.tcag.ca/dgv/app/home?ref=NCBI36/hg18)统计，截止2012年11月，共发现291801个CNV 。

CNV 并不只在人类中存在，在灵长类、小鼠、狗及畜禽等中也广泛存在。

近些年来，对畜禽CNV 的研究也越来越多。

1全基因组范围的CNV 的研究方法全基因组范围内的CNV 研究的技术方法主要有CGH 芯片、高密度SNP 分型芯片及基于近年来正在兴起的新一代测序技术的全基因组重测序。

1.1CGH 芯片CGH 芯片信噪比高，检测的准确性好，是CNV 检测的经典方法。

根据芯片制作过程中探针的来源可细分为细菌人工染色体CGH 芯片和寡核苷酸探针CGH 芯片。

细菌人工染色体CGH 芯片制作时，将构建的BAC 文库以微阵列的方式点制在芯片上，用不同的荧光素分别标记处理样本和对照样本的DNA ，并与芯片上的BAC 文库杂交，通过不同荧光素的强度比值，检测基因组中特定染色体序列的拷贝数变化(图1A)。

这种方法覆盖了基因组中的绝大部分序列，费用昂贵、耗时耗力，而且所使用的BAC 探针决定了这种方法分辨率较低(>50kb)(Carter,2007)。

寡核苷酸探针CGH 芯片，以Nimblegen 和Agi-lent 公司的全基因组CGH 芯片为代表。

该类芯片是由具有相似热动力学曲线的50~65mer 长的寡核苷酸探针高密度点制而成。

这些探针以迭瓦的方式覆盖全部基因组序列，包括重复序列。

和细菌人工染色体CGH 芯片相比较具有高精度、高灵敏度、样本需要量小的特点。

1.2高密度SNP 芯片高密度SNP 芯片进行CNV 检测中不需要对照样本，通过检测被测样本内SNP 的信号强度在基因组上的分布来进行(图1B)。

基因组上绝大多数的SNP 是双拷贝的，如果某个SNP 位点位于CNV 内，则该SNP 的信号强度会偏离正常的双拷贝SNP 的construct CNV maps in every livestock and poultry.In the present article,we summarized the detection measures to identify genome-wide CNV ,methods for genotyping the detected CNV ,and the considerable advances of CNV in livestock and poultry.It will provide useful information for researchers engaged in the field.KeywordsCopy number variations,Genetic variation,Research measures,Livestock and poultry拷贝数变异的研究方法及其在畜禽中的研究进展Research Measures for Copy Number Variation and its Research Progress in Livestock and Poultry465农业生物技术学报Journal of Agricultural Biotechnology图1CGH(A)和SNP(B)芯片检测CNV 的技术流程(Redon et al.,2006)Figure 1Protocol outline for two CGH(A)and SNP(B)detection platforms (Redon et al.,2006)结合染料互作结果Combine dye-swaps8号染色体Chromosome 8样本间比较Compare samples结合芯片Combine chips 基因组图谱Genome profile log 2(参考样本)log 2(Test/reference)染色体图谱Chromosome profile 10Mb 窗口10Mb window 50Mb 100Mb 150Mb 2Mb 4Mb6Mb 8Mb 10Mb 2Mb 4Mb6Mb 8Mb 10Mb50Mb 100Mb 150Mb10-110-110-110-110-110-112345678910111213141516171819202122X Y12345678910111213141516171819202122X Y比较基因组杂交全基因组芯片Comparative genome hybridization Whole Genome TilePath array参考DNA Reference DNA 样本DNA Test DNA SNP 芯片的信号强度比较分析Comparative intensity analysis Affymetrix 500K early access SNP chip参考DNA Reference DNA 样本DNA Test DNA 样本DNA Test DNA 样本DNA Test DNA 样本DNA Test DNA 样本DNA Test DNA结合芯片Combine chipslog 2(参考样本)log 2(Test/reference)log 2(参考样本)log 2(Test/reference)8号染色体Chromosome 8AB信号强度。