Estimating Mutation Rate and Characterising Single Nucleotide De Novo Mutations in Pigs：揭示猪基因突变奥秘，助力畜牧遗传改良

《Genetics Selection Evolution》：Estimating mutation rate and characterising single nucleotide de novo mutations in pigs

为探究猪的单核苷酸新生突变（DNM）情况并估计突变率，瓦赫宁根大学及研究中心等机构的研究人员对 46 个猪三代家系进行测序研究。结果显示，猪的 DNM 率下限为 6.3×10-9 ，多数 DNM 位于内含子和基因间区。该研究为猪育种提供了重要遗传知识123。

　　在生命科学的遗传研究领域，基因突变一直是科学家们关注的焦点。自发的生殖细胞 DNA 突变是新遗传变异的源头，它既可能助力种群适应环境变化，却也可能打乱基因正常功能，影响个体健康。在人类研究中，对突变率的直接估算改写了我们对进化时间的认知，而且新生突变（DNM）还与多种发育障碍相关。

在畜禽养殖方面，育种项目依赖基因组变异来挑选具有优良性状的动物。然而，在现代基因组选择育种程序里，DNM 对育种目标性状的贡献却常被忽视。尽管畜禽种群因世代间隔短、选择强度高，理论上有快速积累新遗传变异的潜力，但目前人们并不清楚 DNM 对个体适应性的影响，而且现有育种程序也无法让 DNM 为估计育种值发挥作用。同时，动物中通过比较基因组序列直接估算突变率的研究虽在增多，但样本量普遍较小，畜禽领域也是如此，像猪的生殖系单核苷酸 DNM 率的估算就缺乏大样本研究的支撑。为了解开这些谜团，来自瓦赫宁根大学及研究中心（Wageningen University & Research）、Hendrix Genetics、Topigs Norsvin Research Center 等机构的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Genetics Selection Evolution》杂志上。

研究人员为实现检测和验证商业猪育种系中的单核苷酸 DNM、估计单核苷酸突变率以及对 DNM 进行特征描述的目标，运用了多种关键技术方法。在样本选取上，从两个商业纯种猪系挑选了 46 个猪三代家系（trios），这些家系的后代有丰富的表型记录和 50K SNP 基因型数据。实验技术上，对样本进行全基因组测序，测序深度达 32.4X ，并使用 Burrows-Wheeler Aligner（BWA-mem v.0.7.17）将测序读段比对到猪参考基因组（Sscrofa 11.1）；采用 GATK 的相关流程进行变异检测和 DNM 筛选，还用 PlexSeq 基因分型平台对预测的 DNM 进行基因分型验证。

在候选 DNM 的研究中，研究人员经检测发现了 704 个单核苷酸 DNM。通过基因分型验证，602 个检测的 DNM 里有 404 个（67.1%）被确认为真实 DNM，其中 395 个是真正的生殖系 DNM。两个猪系的 DNM 特征相似，合并分析数据后，得出猪的 DNM 率下限为 6.3×10^-9 每位点每配子，而且两个猪系的突变率并无显著差异。

基于全基因组序列数据的 DNM 验证环节，利用两个猪系在常规育种和研发项目中产生的额外信息，研究人员发现 line 2 中 191 个 DNM 里有 42 个出现在关键公猪的测序数据中，且这些 DNM 的 Ti/Tv 比与 line 2 所有 DNM 相似。此外，还追踪到一个家系中 14 个 DNM 在后续四代中的遗传情况。

在 DNM 的影响研究中，借助 VEP 注释和 pCADD 评分这两个工具，研究人员识别出多个可能对复杂性状有影响的 DNM，如错义突变、剪接供体突变等。例如，在 line 2 中，13 个编码变异的平均 pCADD 评分为 15，其中 8 个错义突变的平均 pCADD 评分为 20.6，部分错义突变还被预测具有潜在危害性。

综合研究结论和讨论部分的内容，此次研究意义重大。研究人员成功检测并验证了 404 个单核苷酸 DNM，估算出的突变率与其他畜禽物种的估算范围相符，且样本量较大，为畜禽尤其是猪的单核苷酸 DNM 率估算增添了可靠性。研究还发现猪和人类的突变谱存在差异，这警示动物育种者不能单纯依赖人类的突变率估计来预测其他物种的点突变和估算突变率。同时，研究中预测的一些可能影响个体适应性的 DNM，为后续研究提供了重要方向。这项研究为估计 DNM 的影响、开发优化利用新遗传变异的育种方法提供了基础知识，有望推动畜牧遗传改良领域的发展。