挖掘中国地方猪种体型相关候选基因，揭示遗传机制

《Scientific Reports》：Mining of candidate genes related to body size in Chinese native pig breeds based on public data

为研究影响中国地方猪种体型的关键基因，研究人员分析猪基因组 SNP 芯片数据，发现 9 个候选基因，为揭示猪体型遗传机制奠定基础。

　　# 挖掘中国地方猪种体型遗传密码：9 个关键基因的发现之旅
在神奇的动物王国里，猪不仅是餐桌上的美味，更是科研领域的 “明星”。中国作为养猪大国，2020 年猪肉产量高达 4113 万吨，出栏生猪 5.2704 亿头，占全国肉类总产量的 53.84%。同时，猪因其在解剖、组织和生理上与人类的相似性，成为重要的动物模型，尤其是小型猪，在生物医学和人类疾病研究中发挥着关键作用。

中国丰富的地方猪种质资源，如同一个巨大的遗传宝库，不同地区的猪种体型差异显著。体型这一复杂的数量性状，包含体长、体宽和体高，对猪的繁殖、生长和肉质等方面有着重要影响。例如，大型猪的胴体瘦肉率相对较低，而体型与繁殖、生长性状之间也存在着复杂的遗传关联。然而，目前已知的与猪体型性状相关的候选基因却寥寥无几，这就像在黑暗中摸索，缺乏清晰的指引。

为了揭开猪体型遗传的神秘面纱，河南农业大学动物科学学院和福建农业职业技术学院动物科学技术学院的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为该领域带来了新的曙光。

研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：

1. 数据收集与整理：利用公开的 Illumina 60k 芯片数据，这些数据来自中国地方猪种，包含 71 头大型猪和 58 头小型猪。
2. 质量控制：运用 PLINK 1.90 软件对 SNP 数据进行质量控制，排除未知位置、性染色体上以及最小等位基因频率（MAF）低于 0.01 的标记位点。
3. 多方法分析：通过主成分分析（PCA）和 ADMIXTURE 软件分析猪种的遗传结构；使用 VCFtools v4.2.0 软件和 XPCLR 软件检测选择信号；借助 Ensemble Biomart 网站、DAVID 数据库和 KOBAS 3.0 进行基因注释、基因本体（GO）富集分析和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路分析；利用 OmicsNet 2.0 在线网站构建基因相互作用网络。

研究结果

1. 猪群体规模数据的显著性检验：大型猪和小型猪在体重、体长、胸围和体高这四个性状上存在极显著差异（span data-custom-copy-text="\(P0.01\)"P<0.01，span data-custom-copy-text="\(P0.001\)"P<0.001），这验证了研究人员对猪群体体型分类标准的准确性和可靠性。
2. SNP 质量控制：原始数据包含 129 头猪的 61773 个 SNP 位点，经过质量控制后，最终用于后续分析的是 48288 个高质量 SNP 位点。
3. 主成分分析和群体遗传结构分析：PCA 结果显示，四个小型猪种群形成了一个独特的聚类，而四个大型猪种群则较为分散。ADMIXTURE 软件分析表明，当K=2时，大小型猪种群明显分离；随着K值增加，各亚群逐渐分离，呈现出不同的种群结构特征。
4. 选择信号分析：利用 Fst 和 XP-CLR 两种方法，在大型猪和小型猪群体间检测到 142 个重叠的潜在选择区域，主要位于 1、3、6、7 和 13 号染色体上，这些区域共注释出 520 个潜在候选基因。
5. GO 富集和 KEGG 通路富集分析：520 个候选基因被富集到 18 个显著的 GO 类别和 16 个显著的 KEGG 信号通路中。其中，与骨发育相关的过程，如破骨细胞增殖（GO:0002158）和 ERK1 和 ERK2 级联的负调控（GO:0070373），以及 PI3K-Akt、mTOR 等信号通路显著富集。
6. 基因相互作用网络分析：通过整合上述分析结果，构建基因相互作用网络，筛选出 9 个与猪体型性状潜在相关的候选基因，包括 NPR3、TNFSF11、FGF2、IKBKB、SFRP1、SPRY1、IGF1R、LRP6 和 TBC1D7。其中，NPR3、TNFSF11、FGF2、TBC1D7 和 IGF1R 已被证实与动物体型和骨生长相关，而 IKBKB、SFRP1、SPRY1 和 LRP6 是新发现的可能与猪体型相关的基因。

研究结论与讨论

研究人员成功识别出 7 个可能在大小型猪之间受到选择的基因组区域，并确定了 9 个显著的候选基因。这些基因在骨发育和体型调控中发挥着重要作用，它们参与了 Wnt、mTOR、PI3K - Akt 等关键信号通路，这些通路在猪的生长、发育和基础代谢中至关重要。

此次研究意义重大，不仅为揭示猪体型性状的遗传机制提供了理论基础，还为猪的育种实践提供了重要的指导。在后续研究中，研究人员计划采用标记辅助选择（MAS）和基因组选择（GS）技术，针对 IKBKB、SFRP1 等候选基因进行筛选，有望培育出具有优良生长性能的猪种。同时，基因编辑技术如 CRISPR - Cas9 的应用，将进一步验证这些基因的功能，为精准育种开辟新的道路。这一研究成果就像一把钥匙，为解开猪体型遗传的奥秘打开了大门，在未来的养猪业和生物医学研究中，有望发挥巨大的价值。