17号染色体上影响西方商业猪种胴体长度主效基因位点的遗传解析

Carcass length (CL) is an economically important trait. It can influence carcass weight and yield of meat, thus affecting economic benefits. Duroc (D), Landrace (L) and Yorkshire (Y) are dominant breeds for pig production in China, but the molecular mechanism underlying CL remains elusive. We have identified a major quantitative locus (QTL) for carcass length and bone length of D×L×Y three-way hybrid commercial pigs on SSC17 by a genome-wide association analysis. The QTL can increase CL about 3.0 cm and explain 15-25% phenotypic variance. The confidence interval of the QTL spans 1.2 Mb. On the basis, this project will be carried out in the following steps: first, fine mapping the QTL using a larger sample size and a higher marker density; then applying systems genetic approach, which integrates a set of analyses including the targeted resequencing, skeletal transcriptome analysis, cis-eQTL analysis of positional candidate genes, gene regulatory network, bioinformatics analysis and association test in a large population, to identify the most likely causative gene (QTG) and mutation (QTM); finally, validating the role of QTG and QTM on skeletal development at the molecular and cell levels. The expected findings will not only decipher the molecular mechanism underlying the QTL, but also provide a new molecular marker-assisted technology for selecting CL in commercial pigs.

猪胴体长是一项重要的经济性状，它通过影响胴体重和产肉量来影响经济效益。杜洛克、长白、大白是我国生猪生产中的主流品种，但其胴体长形成的分子机理尚不太清楚。项目组前期通过全基因组关联分析，发现17号染色体上存在一个影响杜长大三元杂交猪胴体长及骨骼长度的主效数量性状位点（QTL）。该QTL可增加胴体长约3.0 cm，解释群体表型变异的15-25%，其置信区间约为1.2 Mb。本项目拟在此基础上，通过扩大样本和增加标记密度，精细定位该QTL；再采用系统遗传学方法，整合目标区域重测序、骨骼转录组分析、位置候选基因顺式表达QTL定位、基因调控网络、生物信息学分析和大群中突变的关联检验等分析结果，鉴别最有可能的因果基因（QTG）和因果突变（QTM）；最后在分子和细胞水平上验证QTG和QTM对骨骼发育的作用。预期结果不仅深入揭示该QTL影响猪胴体长的分子机制，还将为商业种猪体长选育提供新的分子育种技术。

胴体长度显著影响猪体型大小和产肉性能，故阐明胴体长度的遗传机制对种猪遗传改良具有重要意义。本研究旨在深入解析占我国乃至世界商品猪生产主体的杜洛克×长白×大白（杜长大）一个主效数量性状位点（QTL）。前期，我们利用猪60K SNP芯片对一个杜长大商品猪群（N = 686）的胴体长开展了全基因组关联研究（GWAS），结果仅在17号染色体上（SSC17）上定位到达到1%全基因组显著水平的QTL位点（P = 4.49E-07），它影响至少2 cm以上的胴体长。而后，这一QTL（即GWAS最强关联SNP）的效应在另两个杜长大群体中得到重复验证。在该QTL的1-Mb区域内，筛选到BMP2基因作为最有可能的候选基因，因其在骨骼生长和发育中发挥重要作用。进而，通过全基因组基因表达研究表明，BMP2基因在表型极端且不同QTL基因型个体间的软骨组织中呈现极显著的表达差异。然后，我们挑选了群体内体长表型分布极端的500头猪，开展QTL精细定位。通过增加这500个个体的QTL区域内267个SNP的分型数据，并结合多个猪品种的深度基因组重测序数据，完成对此区域内所有SNP的基因型填充。利用更丰富的SNP数据再次进行关联分析，我们在BMP2基因上游大约123 kb处鉴别到一个最显著关联的SNP (rs320706814)，而且该SNP在所有三个杜长群体中也是最显著位点（N = 1501；P = 3.66E-29），增加约4.2厘米长，提示它为强候选因果突变。该SNP在杜洛克、大白和长白商业纯种中均存在分离，且对299头大白猪的活体长效应显著（P = 9.2E-4），表明它具有巨大的商业育种价值。功能实验表明，该SNP处于增强子元件上，影响转录因子的结合亲和力，从而调控BMP2基因的表达。综上所述，SNP rs320706814是SSC17上影响猪胴体长度极可能的因果突变，在猪体型育种中具有重要价值。

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