利用GWAS研究母豬繁殖性狀的進(jìn)展

宋志芳＊，石 崗

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，河北 保定 071000）

1 GWAS的一般流程

使用GWAS首要考慮的問題是選擇性狀。盡量選擇測(cè)量方法簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確性高且遺傳力高的性狀，否則會(huì)降低關(guān)聯(lián)的精確度。利用GWAS研究SNP與疾病或者復(fù)雜性狀的關(guān)聯(lián)過程較復(fù)雜，一般流程如下：1）確定研究群體和樣本，測(cè)量和統(tǒng)計(jì)表型數(shù)據(jù)；2）利用DNA基因組試劑盒提取DNA，進(jìn)行質(zhì)檢后，利用SNP基因芯片進(jìn)行基因分型，儲(chǔ)存所有樣本的SNP基因分型數(shù)據(jù)；3）質(zhì)量控制原始芯片數(shù)據(jù)，剔除不符合質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)的個(gè)體和SNPs；4）利用相關(guān)分析軟件和方法并采用最佳的統(tǒng)計(jì)模型對(duì)質(zhì)控后的SNP和目標(biāo)性狀的表型數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析；5）根據(jù)分析結(jié)果篩選能達(dá)到染色體水平和全基因組水平顯著差異的SNPs位點(diǎn)；6）對(duì)所有顯著SNPs位點(diǎn)進(jìn)行功能驗(yàn)證和基因注釋；7）再采用獨(dú)立樣本重復(fù)驗(yàn)證這些SNPs是否對(duì)疾病或者性狀有顯著影響。

2 利用GWAS對(duì)母豬繁殖性狀的研究

2.1 產(chǎn)仔數(shù)

產(chǎn)仔數(shù)包括總產(chǎn)仔數(shù)和產(chǎn)活仔數(shù)兩個(gè)指標(biāo)，在養(yǎng)豬生產(chǎn)中，產(chǎn)仔數(shù)少是困擾養(yǎng)豬者的難題之一，品種、母豬年齡和胎次及飼料營(yíng)養(yǎng)不合理等因素都會(huì)導(dǎo)致母豬的產(chǎn)仔數(shù)少，降低經(jīng)濟(jì)效益。一方面，可以在生產(chǎn)環(huán)節(jié)注重母豬的營(yíng)養(yǎng)調(diào)控和控制環(huán)境等，科學(xué)飼養(yǎng)。另一方面，可以從分子育種角度，找到影響母豬的基因和分子標(biāo)記，通過分子育種達(dá)到增加母豬產(chǎn)仔數(shù)的目的。前人通過研究發(fā)現(xiàn)影響

豬產(chǎn)仔數(shù)的基因主要有ESR、FSHβ、OPN、RARG、RBP4、PRLR、MTNRIA和 NCOA1等。當(dāng)然，死胎數(shù)與窩產(chǎn)活仔數(shù)直接相關(guān)。利用Illumina Porcine 60K SNP芯片技術(shù)已檢測(cè)到與死胎數(shù)相關(guān)的基因，分別是ADAMTS9、N U B P L、L O C 100518697、COL19A1和DPP10。謝健[1]利用Illumina Porcine 60K SNP芯片對(duì)98頭從江香豬的產(chǎn)仔數(shù)性狀采用混合線性模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了 INRA0005754、ALGA0060197和ALGA0071919等25個(gè)SNP位點(diǎn)和ALGA0012897等7個(gè)潛在顯著SNP位點(diǎn)與從江香豬產(chǎn)仔數(shù)顯著相關(guān)，大多位于SSC2和SSC9上，并且發(fā)現(xiàn) FSHβ、ZEBI、PDIA4、MARCKS、HDAC2、CDC42、FSHB和PRSS21等基因都與動(dòng)物繁殖性能有關(guān)，可能是影響香豬繁殖性狀的候選基因。王洋[2]采用AS-PCR方法進(jìn)行8個(gè)候選SNP位點(diǎn)的基因型與香豬繁殖性狀的關(guān)聯(lián)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)MARC0031843與INRA0026400位點(diǎn)與香豬產(chǎn)仔數(shù)有一定的關(guān)系， 可以作為香豬產(chǎn)仔數(shù)的分子標(biāo)記。Cassady等[3]發(fā)現(xiàn)影響豬產(chǎn)活仔數(shù)的QTLs位于 SSC4、SSC7、SSC11、SSC12、SSC14和 SSC17上。Liu等[4]運(yùn)用基于SNP的GWAS方法對(duì)商品豬的產(chǎn)仔數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與窩總產(chǎn)仔數(shù)顯著相關(guān)的SNPs定位 在 SSC1、SSC2、SSC3、SSC7、SSC13、SSC16和SSC18上，同時(shí)與窩產(chǎn)活仔數(shù)顯著相關(guān)的SNPs定位在 SSC1、SSC3、SSC4、SSC13、SSC16上。SNP定位結(jié)果存在差異可能與被研究豬種、樣本量和采用混合線性模型等因素有關(guān)。

2.2 初生重和初生窩重

在過去的幾十年里，窩產(chǎn)仔數(shù)被認(rèn)為是評(píng)估母豬生產(chǎn)力的最重要指標(biāo)，而且對(duì)大多數(shù)商品豬而言是最容易獲得較大遺傳進(jìn)展的性狀[5-8]。但是由于仔豬斷奶前的死亡率較高，因此評(píng)估母豬生產(chǎn)力的更佳指標(biāo)是斷奶時(shí)的總產(chǎn)活仔數(shù)，并且已經(jīng)證明初生重是影響仔豬存活率的一個(gè)基本因素[9]。仔豬出生重（BW）和初生窩重（LWB）同樣與豬場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益有很大的正相關(guān)關(guān)系，即BW和LWB小會(huì)降低豬場(chǎng)收益，還會(huì)帶來(lái)許多不良影響，并且BW顯著影響其生長(zhǎng)速度、屠宰日齡和育成率。利用GWAS方法研究豬BW和LWB性狀的有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道很少。Xuemin Wang等[10]對(duì)82頭母豬第一胎次的仔豬BW的變異進(jìn)行GWAS分析，最后發(fā)現(xiàn)了266個(gè)在基因組水平顯著的SNPs，主要富集在 SSC1、SSC7、SSC13、SSC14、SSC15和 SSC18上， 并 在SSC7上確定了候選染色體區(qū)域。Knott等[11]發(fā)現(xiàn)影響豬BW的QTLs位 于 SSC1、SSC12和 SSC13上，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)GLP1R、AACS、APOB、OSBPL10和 LRP1B可 能是影響B(tài)W的候選基因。梁躍[12]采用混合線性模型分別對(duì)VDUP1、DUSP4、TRIM29、 IGJ、LGALS9、AP3D1和ABCFl這7個(gè)基因的SNP與廣東長(zhǎng)白豬的BW進(jìn)行了關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)后4個(gè)基因的SNP基因型顯著影響B(tài)W。Pingxian Wu等[13]采用基于序列基因分型的ssGWAS對(duì)532豬的2112頭仔豬的LWB在5%全基因組水平上進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)了20個(gè)與之相關(guān)的SNP位點(diǎn)，其中定位在SSC2、SSC5、SSC9和SSC13上的5個(gè)SNPs是新發(fā)現(xiàn)的位點(diǎn)，經(jīng)過基因注釋發(fā)現(xiàn)SLC36A4和 INTU基因參與細(xì)胞生長(zhǎng)、細(xì)胞發(fā)生和發(fā)育，與LWB有關(guān)。雖然已經(jīng)在豬基因組確定了顯著SNP位點(diǎn)和16506個(gè)QTLs，但只有21個(gè)QTLs與LWB有關(guān)，也很少研究報(bào)道LWB的遺傳結(jié)構(gòu)，只有幾個(gè)SNP位點(diǎn)和一個(gè)候選基因MAGEL2與LWB有關(guān)。

2.3 斷奶重和斷奶窩重

仔豬斷奶重能直接影響后來(lái)的生長(zhǎng)發(fā)育，與豬只出欄時(shí)間有關(guān)，因此最大限度地增加仔豬斷奶重和斷奶窩重能夠提高豬場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)收益。仔豬斷奶重的大小與窩總產(chǎn)仔數(shù)、母豬泌乳力、開食早晚和飼料營(yíng)養(yǎng)等因素有關(guān)。鮮有利用GWAS發(fā)現(xiàn)與斷奶重和斷奶窩重的報(bào)道，但國(guó)內(nèi)外有一些研究報(bào)道了與這兩性狀相關(guān)的QTLs。Bidanel[14]和Sanchez等[15]分別以大白豬×梅山豬構(gòu)建的F2資源群體回交家系為研究對(duì)象，在SSC7和SSC2上定位到了與仔豬28日齡斷奶重的QTL；Guo等[16]分別在SSC1和SCC17上各定位到了一個(gè)在基因組水平顯著影響仔豬斷奶重的QTL。還有其他一些研究將在基因組顯著水平影響仔豬斷奶重的QTL定位在SSC4、SSC9、SSC15 和 SSC18[17]。 何 余湧等[18]在SSC4和SSC15上新定位到了影響仔豬斷奶重的QTL，并在SSC2和SSC5上定位到的QTL區(qū)域內(nèi)檢索到了與仔豬斷奶重相關(guān)的5個(gè)位置候選基因：CYP2P1、COPB1、PDE3B、NOP2和 GDF3，填補(bǔ)了之前沒有關(guān)于仔豬斷奶體重候選基因報(bào)道的空白。Dinesh等[100]利用60K標(biāo)記信息研究約克夏母豬的哺乳期性狀，在SSC2上一段1Mb區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)了改善斷奶窩重的分子標(biāo)記。綜上所述，為了增加研究結(jié)果的準(zhǔn)確性，找到影響斷奶重和斷奶窩重的遺傳標(biāo)記、候選基因，還需要以不同豬種為試驗(yàn)動(dòng)物不斷進(jìn)行研究，豐富與性狀相關(guān)的分子標(biāo)記數(shù)據(jù)庫(kù)，或者深入探討已發(fā)現(xiàn)的分子標(biāo)記對(duì)斷奶重和斷奶窩重的作用效應(yīng)以及作用機(jī)制。

2.4 乳頭數(shù)

乳頭數(shù)也是母豬重要的繁殖性狀，影響著豬場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。如果母豬的窩產(chǎn)仔數(shù)多，就希望通過增加乳頭數(shù)來(lái)提高母豬哺乳仔豬的能力。因此，在養(yǎng)豬生產(chǎn)中，要注意保護(hù)好母豬乳頭，避免出現(xiàn)乳腺炎等疾病，提高母豬的泌乳力。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)報(bào)道了很多與乳頭數(shù)關(guān)聯(lián)的QTLs，除了Y和18號(hào)染色體外，在其他所有染色體上都有QTLs分布，QTLs的在染色體上的定位位置會(huì)因研究豬品種的不同而不同[19-21]。Lee等[22]利用GWAS方法研究SNPs與豬乳頭數(shù)的關(guān)聯(lián)，在SSC7上共發(fā)現(xiàn)38個(gè)與乳頭數(shù)在基因組水平顯著相關(guān)的 SNPs。Arakawa A等[23]采用GWAS方法在1024頭純種杜洛克群體中檢測(cè)與乳頭數(shù)相關(guān)的QTL區(qū)域，使用Bayes C方法共發(fā)現(xiàn)了18個(gè)影響乳頭數(shù)的QTL，其中9個(gè)是新發(fā)現(xiàn)的QTL。

利用GWAS研究母豬的相關(guān)繁殖性狀，豐富了母豬繁殖性狀的研究，并且越來(lái)越多的SNPs位點(diǎn)、基因和QTLs被發(fā)現(xiàn)，這些分子標(biāo)記的發(fā)現(xiàn)有助于人們利用標(biāo)記輔助選擇等分子育種手段進(jìn)行育種，提高母豬的繁殖性能。

3 小結(jié)

通過GWAS發(fā)現(xiàn)與母豬繁殖性狀相關(guān)的SNPs位點(diǎn)，以及通過基因注釋，是否能挖掘相關(guān)的候選基因，對(duì)已發(fā)現(xiàn)相關(guān)基因進(jìn)行高級(jí)分子生物學(xué)分析以及驗(yàn)證已經(jīng)成為一種成熟的方法，且利用這種方法取得了很多研究進(jìn)展。但是我們?cè)诳吹窖芯窟M(jìn)展的同時(shí)，應(yīng)該客觀、謹(jǐn)慎地看待GWAS方法，克服GWAS本身存在的不足，發(fā)揮GWAS的優(yōu)勢(shì)。在利用GWAS時(shí)，要根據(jù)科研目標(biāo)、研究對(duì)象和研究樣本等確定最佳的GWAS關(guān)聯(lián)模型，確保所篩選位點(diǎn)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。