基于重测序技术探讨兰州大尾羊间性性状形成机制

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fatty19830801
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间性(Intersex),亦称雌雄同体(Hermaphrodism),是指雌雄异体的动物由于性别分化或发育异常而造成的表现为兼具两性性别特征的现象,该现象多出现在山羊群体中,在猪、马、狍子和绵羊上也有部分报道。动物中的间性个体性腺或生殖器官发育不正常,激素分泌紊乱,不能产生卵子和精子,无法繁殖后代,死亡率较高,给畜牧业生产造成了一定的危害。兰州大尾羊是我国优秀的地方绵羊品种,目前属于濒临灭绝资源,间性个体的出现严重阻碍了其保种扩繁工作,而其间性性状形成机制目前尚不明确,为此,探讨兰州大尾羊间性性状形成机制将有利于畜牧业中绵羊产业的发展。因此,本研究拟以兰州大尾羊为研究对象,重点通过对目前兰州大尾羊中发现的仅有的2只间性羊以及随机选择的2只正常兰州大尾羊进行全基因组重测序,研究兰州大尾羊间性性状形成机制。此外,考虑到兰州大尾羊和滩羊均属于我国3个绵羊系别(蒙古系、哈萨克系和藏系)中的蒙古系,这两个品种之间的亲缘关系较近,因此,本研究将课题组之前已有的4只滩羊重测序数据也作为正常对照组,然后用序列比对、PCR扩增等方法对绵羊上与近缘物种山羊PIS区域同源的序列进行研究;并基于全基因组SNP信息对间性群体和正常群体进行群体遗传分化系数的计算,对所有个体进行全基因组拷贝数变异的计算和分析,找出在绵羊间性性状形成过程中发挥重要作用的基因或者区域,以便于及早鉴定和淘汰间性个体,为兰州大尾羊的保种和扩繁提供重要依据,为畜牧业生产减少由于间性个体造成的损失。研究结果表明:(1)通过初步生物信息学分析,得出兰州大尾羊平均测序深度为17.3×,滩羊平均测序深度为19×,经过质控和比对,发现与绵羊参考基因组的比对率都在94%以上,最终得到总有效数据量为198.5 G。通过Blat软件进行比对,发现绵羊上一段长8787 bp的区域(chr1:247747059-247755846)与导致山羊无角间性综合征(Polled Intersex Syndrome,PIS)的11.7 kb缺失中的8773 bp覆盖率为100%。重测序数据reads深度统计结果显示8个绵羊个体在该区域都有reads比对上,PCR扩增及琼脂糖凝胶电泳检测结果显示8只兰州大尾羊个体(含4个测序的个体)在4个扩增区域都出现了目的条带,说明间性个体和正常个体该区域都不是缺失状态。(2)通过对间性兰州大尾羊与正常绵羊(正常兰州大尾羊和滩羊),以及间性兰州大尾羊与正常兰州大尾羊群体遗传分化系数(FST)进行计算,对受选择区域进行基因注释和功能富集分析,发现了受选择区域存在与雄激素生物合成和促卵泡素应答条目相关的基因,如SRD5A2、SRD5A3和PAWR。(3)对8个绵羊个体进行全基因组拷贝数的计算,然后通过过滤找出正常群体处于正常拷贝,而间性群体与之有显著差异的拷贝数变异区域,并对其进行基因注释和功能富集分析,发现了4个候选拷贝数变异区域chr9:71660801-71662800、chr1:50776001-50778000、chr4:58119201-58121600、chr16:778801-780800,这4个区域分别和ZFPM2、LHX8、IMMP2L和SLIT3基因距离较近或者有重叠,这4个基因主要在雌性性腺发育、雌性性别分化等过程中发挥重要作用。基于以上研究结果,本研究发现兰州大尾羊8787bp(chr1:247747059-247755846)的序列缺失不是引起其间性性状的原因;SRD5A2、SRD5A3和PAWR等基因的变异会影响其表达量或蛋白活性,进而影响体内雄性激素合成和分泌,影响睾丸及其附属生殖器官发育,最终可能导致间性性状的产生;ZFPM2、LHX8、IMMP2L和SLIT3基因与雌性性腺发育密切相关,其自身或其邻近区域发生的拷贝数变异会影响该基因的表达,从而影响雌性性腺的形成和发育。本研究对兰州大尾羊间性性状形成的可能机制进行分析所获得的结果,将为兰州大尾羊的保种和扩繁提供理论参考,为畜牧业生产中及时淘汰间性个体,减少经济损失提供依据。
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