《BMC Genomics》:Genomic insights into the genetic diversity and genetic basis of body height in endangered Chinese Ningqiang ponies
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为探究宁强马遗传多样性及体高差异遗传基础,西北农林科技大学研究人员测序分析,明确其遗传特征,为保种育种提供依据。
《探秘宁强马的基因组:遗传多样性与体高奥秘》
在广袤的中华大地上,马的身影贯穿了人类历史的长河。大约 5500 年前,马在中亚草原被驯化,随后凭借其高机动性,在人类的使用下广泛分布。经过漫长岁月,马逐渐分化出不同品种,其中小型马(pony breeds)因其独特的体型备受关注。在中国,小型马更是别具特色,它们肩高通常小于 106 厘米,尤其适合在西南山区作为骑行、休闲和运输工具。宁强马作为中国五大主要小型马品种之一,曾在人类社会中发挥重要作用,然而,随着农业机械化和交通行业的飞速发展,宁强马的传统用途逐渐被取代,其养殖数量急剧下降,面临濒危困境。
此前,虽然对宁强马体型矮小的原因有过一些探索,也发现了一些影响马体型的基因,但针对宁强马的全基因组测序研究却极为匮乏,对其基因组特征的深入分析更是一片空白。为了填补这些空白,为宁强马的保护和育种提供科学依据,西北农林科技大学的研究人员开展了一项全面而深入的研究,相关成果发表在《BMC Genomics》杂志上。
研究人员为开展此项研究,采用了多种关键技术方法。首先,从宁强马国家级保种场随机采集 30 匹宁强马的血液样本,提取基因组 DNA 后进行全基因组测序。同时,收集多个品种马的全基因组数据用于对比分析。之后,对原始测序数据进行质量控制、比对、变异位点检测和注释等一系列处理。接着,运用多种软件进行群体结构分析、遗传多样性检测、遗传分化计算、选择信号扫描和全基因组关联研究(GWAS)等,以探究宁强马的遗传特征和体高相关基因。
研究结果主要包含以下几个方面:
- 测序及注释结果:对 30 匹宁强马进行高通量测序,平均测序深度约 17.4×。结合下载的 7 匹宁强马数据,共对 190 匹马进行分析,平均测序覆盖度约 11.64×,映射率达 98.77%,注释出约 2376 万个双等位基因单核苷酸多态性(SNPs)。
- 群体遗传结构:通过邻接法(NJ)树分析、多维缩放(MDS)分析、主成分分析(PCA)和 ADMIXTURE 分析,发现宁强马属于中国西南马分支,与其他品种马存在明显的遗传差异。
- 遗传多样性分析:综合多种分析方法表明,宁强马的遗传多样性较高,其核苷酸多样性(θπ)仅低于大通马,且近交系数(FROH?)相对较低。
- 线粒体 DNA 分析:宁强马和德保马的线粒体 DNA(mtDNA)共享优势单倍群 A 和 C,暗示两者可能有共同的母系起源。
- 遗传分化与基因流:宁强马与德保马的遗传分化程度最低(FST?=0.02),与大通马存在基因流,且宁强马的有效种群大小呈下降趋势。
- 选择信号与体高基因:通过选择信号扫描,发现多个与骨骼发育(ANKRD11、OSGIN2、JUNB 和 RPL13)和免疫反应(RIPK2)相关的基因。GWAS 和选择信号分析揭示了与体高相关的显著 SNPs 和候选基因,如 TBX3、TBX5、ASAP1、CDK12、CA10 和 CSMD1 等。
在讨论部分,研究人员深入探讨了各项发现的意义。从遗传关系来看,宁强马属于中国西南马,其基因组组成受地理位置影响,同时中国北方马受外国品种影响较大。在遗传多样性方面,测序的宁强马遗传多样性较高,这对其应对外界风险至关重要,未来保护工作应合理利用这一特性。mtDNA 分析表明宁强马和德保马可能有混合起源,但宁强马近期经历的遗传瓶颈可能降低了其 mtDNA 遗传多样性,需要加以保护。关于历史迁移、遗传分化和有效种群大小,研究结果为宁强马的起源研究提供了参考,但还需更多考古证据。在体高相关基因研究中,TBX3 等基因被证实与中国马体高密切相关,同时还发现了其他潜在影响体高的基因,不过研究存在样本量有限等局限性,未来需进一步研究。
综上所述,该研究全面揭示了宁强马的基因组特征和遗传变异,明确了其与其他品种马的关系,鉴定出与体高差异相关的重要候选基因。这不仅为宁强马的遗传评估和育种保护提供了关键依据,也为其他濒危地方品种的科学研究提供了宝贵的参考,在动物遗传资源保护和利用领域具有重要的意义。