CN112513298A - 用于辨别土鸡的遗传背景或品种的单核苷酸多态性标记集及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于辨别土鸡的遗传背景或品种的单核苷酸多态性(SNP)标记组合物及其用途,本发明的单核苷酸多态性标记组合物为用于正确识别新品种土鸡的品种特异性并最优化的单核苷酸多态性标记的组合,可以在土鸡的流通过程中用作防止不正当行为的手段,有望通过提升消费者对土鸡的可信度来帮助家禽饲养农户提高收入。
Description
技术领域
本发明涉及用于辨别土鸡的遗传背景或品种的单核苷酸多态性标记集及其用途。
背景技术
家禽肉占韩国全部肉类产量的20%以上,在农业收入及农村经济中发挥着重要作用。其中,占最高比例的鸡的种苗大部分从畜牧业发达国家(美国、英国、法国、德国、丹麦等)进口。并且,牛(2008年)、猪(2014年)已通过推广生产可追溯制的来区分韩国品种和进口品种,由此确保可靠性,但相反地,本土鸡的保护及开发却很少,其名称或区分不明确,因此急需确保作为韩国品种的可靠性。为了能够使消费者一目了然地确认鸡、鸭、鹅等家禽产品的流通途径,农林畜产食品部以于2019年下半年引进“家禽及家禽产品追溯制”为目标,于2018年11月发布了推进示范事业的计划。
韩国政府为了减少家禽肉的进口依赖度并成为引领未来农业的种苗强国而筹划了开发土鸡品种的金种子项目(Golden Seed Project)。通过上述项目开发的土鸡新品种以30%以上的韩国市场占有率、海外市场出口100万美元的目标进行。由此,在将要开发的土鸡品种的情况下,需要通过确立利用基因型的个体识别方法来迅速正确地识别土鸡品种的方法。但是,由于鸡的基因上能够识别个体的结构域(domain)根据鸡的品种而多种多样,因此为了识别鸡的个体,选定根据鸡的特异性遗传情况的标志基因且设定利用上述标记基因的基因鉴别技术至关重要。
另外,韩国授权专利第1751932号公开了能够在早期预测并识别有关韩国产土鸡的日增重量的遗传能力的“新型脱氧核糖核酸(DNA)标记因子及利用其的筛选方法”,韩国公开专利第2018-0050470号公开了“用于识别本土鸡个体的超卫星标记及利用其的本土鸡的个体识别方法”,但尚无有关本发明的用于辨别土鸡的遗传背景或品种的单核苷酸多态性(SNP)标记集及其用途的记载。
发明内容
技术问题
本发明通过上述要求而导出,本发明人为了开发用于正确识别新品种土鸡的品种特异性并最优化的单核苷酸多态性标记的组合,利用600K高密度单核苷酸多态性芯片获取了9个系统的韩协的土鸡、6个系统的国立畜产科学院的土鸡以及5个系统的肉用及产蛋的实用鸡的的共283只鸡的基因型信息,以所获取的基因型的单核苷酸多态性的信息为基础实施主成分分析(Principal Coordinates Analysis,PcoA)的结果确认,除部分品种外,大部分的品种形成了簇并很好地区分。并且,本发明人为了筛选能够明确区分“金种子项目”中主要用于生产新品种土鸡的韩协的HH、HF及HY系统的单核苷酸多态性组合,共筛选了107个单核苷酸多态性,利用筛选的107个单核苷酸多态性组合对通过600K芯片进行基因型分析的相同的样品再次进行主成分分析的结果确认,各集团都很好的区分,从而完成了本发明。
技术方案
为了解决上述问题,本发明提供如下的用于辨别土鸡的遗传背景或肉鸡新品种的单核苷酸多态性标记组合物:在由序列14、18、25、26、30、37、38、39、41、46、52、54、56、57、62、63、64、67、68、69、71、73、74、78、79、82、85、86、92、93、95、97、98、100、103及105的碱基序列组成的多核苷酸中,包含由8个以上的连续的核苷酸组成的多核苷酸或其互补多核苷酸,上述由8个以上的连续的核苷酸组成的多核苷酸包含各个碱基序列中的第36位单核苷酸多态性(SNP,single nucleotide polymorphism)碱基。
并且,本发明提供一种用于辨别土鸡的遗传背景或肉鸡新品种的微阵列,包含多核苷酸或其互补脱氧核糖核酸(cDNA),上述多核苷酸包含上述单核苷酸多态性碱基。
并且,本发明提供一种土鸡或肉鸡新品种的遗传背景或品种的辨别方法,包括:从土鸡疑似个体或肉鸡新品种个体中分离基因组脱氧核糖核酸的步骤;以及在分离的上述基因组脱氧核糖核酸中确定本发明的多核苷酸的单核苷酸多态性位置碱基的基因型的步骤。
并且,本发明提供一种用于辨别土鸡或肉鸡新品种的遗传背景或品种的引物集,用于扩增包含上述单核苷酸多态性碱基的多核苷酸。
并且,本发明提供一种用于辨别土鸡或肉鸡新品种的遗传背景或品种的试剂盒,包含:上述引物集;以及试剂,用于进行扩增反应。
发明的效果
本发明的单核苷酸多态性标记组合物可用作防止在土鸡的流通过程中发生不正当行为的手段,能够正确辨别有关土鸡或肉鸡新品种的遗传背景,有望通过提升消费者对土鸡的可信度来帮助家禽饲养农户提高收入。
附图说明
图1为以利用600K高密度单核苷酸多态性芯片获取的单核苷酸多态性的基因型信息为基础对283只鸡实施主成分分析(Principal Coordinates Analysis)的结果。
图2为对利用筛选的107个单核苷酸多态性组合通过600K芯片进行基因型分析的相同的样品再次进行主成分分析的结果,其中,HH、HF、HY品种为Case组,其他系统的品种为Control组。
图3为利用为了模拟筛选的107个单核苷酸多态性的识别能力而确保的基因型生成假想后代并进行主成分分析的结果,其中,黄色为Control组,蓝色为Case组。
图4为利用假想的集团和实际集团的182只的基因型信息实施多维尺度(MDS,Multidimensional scaling)分析的结果。
图5为以通过多维尺度分析获取的分布信息为基础,将包括从现有的600K数据中获取的283个和假想后代488个的共771个数据用作学习数据集,将新获取的192个基因型信息用作测试数据集,由此导出不同机械学习模型的接受者操作特征(ROC,Receiveroperating characteristic)曲线的结果。
图6为为了标记组合的最优化而以各个机械学习的不同模型特征重要度(FeatureImportance,FI)为基础筛选全部107个单核苷酸多态性中对品种区分具有实质影响的单核苷酸多态性的结果。
具体实施方式
为了实现本发明的目的,本发明提供一种用于辨别土鸡的遗传背景或肉鸡新品种的单核苷酸多态性标记组合物,在由序列14、18、25、26、30、37、38、39、41、46、52、54、56、57、62、63、64、67、68、69、71、73、74、78、79、82、85、86、92、93、95、97、98、100、103及105的碱基序列组成的多核苷酸中,包含由8个以上的连续的核苷酸组成的多核苷酸或其互补多核苷酸,上述由8个以上的连续的核苷酸组成的多核苷酸包含各个碱基序列中的第36位单核苷酸多态性碱基。
并且,本发明提供一种于辨别土鸡的遗传背景或肉鸡新品种的单核苷酸多态性标记组合物,在由序列1至序列13、序列15至序列17、序列19至序列24、序列27至序列29、序列31至序列36、序列40、序列42至序列45、序列47至序列51、序列53、55、序列58至序列61、序列65、66、70、72、序列75至77、序列80、81、83、84、序列87至序列91、序列94、96、99、101、102、104、106及107的碱基序列组成的多核苷酸中,还包含选自由8个以上的连续的核苷酸组成的多核苷酸或其互补多核苷酸组成的组中的一个以上的多核苷酸,上述由8个以上的连续的核苷酸组成的多核苷酸包含各个碱基序列中的第36位单核苷酸多态性碱基。
在本发明的单核苷酸多态性标记组合物中,上述连续的核苷酸可以为8个至100个的连续的核苷酸,但不限于此。
在本说明书中,术语“核苷酸”是指以单链或双链形态存在的脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸,若无特别说明,则包括自然的核苷酸的类似物。
术语“多态性(polymorphism)”是指即使同种生物,其模样或固有特征显出多样性,或者一个基因座(locus)上存在两个以上的等位基因(allele)的情况,在多态性部位中,根据个体而只有单个碱基不同的称为“单核苷酸多态性(single nucleotidepolymorphism,SNP)”。为了研究和保护韩国的固有基因资源而通过利用单核苷酸多态性的单核苷酸多态性脱氧核糖核酸(SNP DNA)分析法进行了多种研究,但有关土鸡的研究却很有限。用于确认上述多态性的多态性标记可以在选择的集团中具有表现出1%以上发生频率的两种以上的等位基因,优选地,可以在选择的集团中具有表现出5%以上或10%以上的发生频率的两种以上的等位基因。
在本说明书中,术语“土鸡”是指包括纯血统的本土鸡和虽然来自国外,但引进途径明确且经过改良,至少7代以上稳定地适应韩国的气候和风土的品种。
在本发明一实例的单核苷酸多态性标记组合物中,上述土鸡可以为韩协品种H、F或Y,但不限于此,上述肉鸡新品种可以为利用韩协品种H、F或Y培育的品种或后代个体。上述韩协品种H、F或Y是作为金种子项目(GSP,golden seed project)新品种土鸡开发的核心系统而被利用的集团,本发明的单核苷酸多态性标记组合物能够以很高的正确度区分韩协品种H、F或Y与其他鸡品种间的基因型,可以很好地用于确保土鸡资源的权利及其的保护。
在本发明一实例的单核苷酸多态性标记组合物中,上述单核苷酸多态性位置碱基在序列1至序列107的碱基序列中均为第36位,在表2至表5的单核苷酸多态性碱基序列信息中以[/]表示多态性碱基信息。
本发明的单核苷酸多态性组合物可以包含由序列14、18、25、26、30、37、38、39、41、46、52、54、56、57、62、63、64、67、68、69、71、73、74、78、79、82、85、86、92、93、95、97、98、100、103及105的碱基序列组成的36个多核苷酸作为最小标记组合,除此以外,还可以包含选自由序列1至序列13、序列15至序列17、序列19至序列24、序列27至序列29、序列31至序列36、序列40、序列42至序列45、序列47至序列51、序列53、55、序列58至序列61、序列65、66、70、72、序列75至序列77、序列80、81、83、84、序列87至序列91、序列94、96、99、101、102、104、106及107的碱基序列组成的多核苷酸组成的组中的一个以上的多核苷酸。上述由36个多核苷酸组成的单核苷酸多态性标记组合以特征重要度为基准筛选,是在自适应增强算法(AdaBoost)机械学习模型中能够以高正确度区别土鸡和其外的鸡品种的最小标记组合。
并且,本发明提供一种用于辨别土鸡的遗传背景或肉鸡新品种的微阵列,包含多核苷酸或其互补脱氧核糖核酸,上述多核苷酸包含上述单核苷酸多态性(singlenucleotide polymorphism)碱基。优选地,上述多核苷酸可以固定在涂敷有胺基硅烷(amino-silane)、多聚赖氨酸或醛活性基团的基板,但不限于此。将上述多核苷酸固定化在基板的方法可以使用利用压电(piezoelectric)方式的微量吸移(micropipetting)法、利用针(pin)形态的测位仪(spotter)的方法,但不限于此,可以使用相关领域公知的多种方法。并且,上述基板可以为硅晶圆(silicon wafer)、玻璃、石英(quartz)、金属或塑料,但不限于此。
本发明的微阵列可以将如前述般由在碱基序列内包含单核苷酸多态性碱基的序列14、18、25、26、30、37、38、39、41、46、52、54、56、57、62、63、64、67、68、69、71、73、74、78、79、82、85、86、92、93、95、97、98、100、103及105组成的36个多核苷酸作为最小组合来构成,还可以包含选自由在上述36个多核苷酸中包含由序列1至序列13、序列15至序列17、序列19至序列24、序列27至序列29、序列31至序列36、序列40、序列42至序列45、序列47至序列51、序列53、55、序列58至序列61、序列65、66、70、72、序列75至序列77、序列80、81、83、84、序列87至序列91、序列94、96、99、101、102、104、106及107的碱基序列组成的单核苷酸多态性碱基的多核苷酸组成的组中的一个以上的多核苷酸来构成。上述多核苷酸包含示出作为土鸡的韩协品种H、F或Y与其他鸡品种之间的多态性的单核苷酸多态性碱基,因此本发明的微阵列能够很好地用于辨别土鸡,尤其用于辨别韩协品种H、F或Y与其他鸡品种。
并且,本发明提供一种土鸡或肉鸡新品种的遗传背景或品种的辨别方法,包括:从土鸡疑似个体或肉鸡新品种个体中分离基因组脱氧核糖核酸的步骤;以及在分离的上述基因组脱氧核糖核酸中确定本发明的多核苷酸的单核苷酸多态性位置的碱基的基因型的步骤。
在本发明的用于辨别土鸡或肉鸡新品种的遗传背景或品种的方法中,上述单核苷酸多态性位置的基因型如表2至表5所示。
本发明的土鸡或肉鸡新品种的遗传背景或品种的辨别方法可以通过在从被测体(土鸡疑似个体或肉鸡新品种个体)分离的基因组脱氧核糖核酸确定基因型辨别被测体是否为韩协品种H、F或Y或是否为利用韩协品种H、F或Y培育的品种。
在本发明的方法中,从被测体(土鸡疑似个体或肉鸡新品种个体)分离基因组脱氧核糖核酸的方法可以通过相关领域已知的常规方法实现。例如,可以从组织或细胞直接提取脱氧核糖核酸,或者通过使用如聚合酶链式反应(PCR)的扩增方法特异性地扩增特定区域并分离脱氧核糖核酸来实现。在本发明中,脱氧核糖核酸不仅指脱氧核糖核酸,还包括通过信使核糖核酸(mRNA)合成的互补脱氧核糖核酸。从被测体获取核酸的步骤可以使用例如聚合酶链式反应扩增法、连接酶链式反应(ligase chain reaction)、转录扩增(transcription amplification)、自我持续序列复制系统(self-sustained sequencereplication system;Guatelli等,Proc.Natl.Acad.Sci.USA(1990)87:1874-1878)以及依赖核酸序列的扩增(nucleic acid sequence-based amplification),但不限于此。
分离的脱氧核糖核酸的碱基序列的分析可以通过相关领域已知的多种方法实现。例如,可以通过经双脱氧法的直接确定核酸的核苷酸序列来实现,或者利用将包含单核苷酸多态性部位的序列的探针或其互补性探针与上述脱氧核糖核酸杂交并检测从中获得的杂交程度来确定/分析多态性部位的核苷酸序列的方法等,但不限于此。上述杂交的程度可以通过例如在靶脱氧核糖核酸标记可检测的标记后,仅特异性检测出杂交的靶脱氧核糖核酸来实现,此外还可以使用电信号检测方法等,但不限于此。
还可以包括如下步骤,即,将从上述土鸡疑似个体或肉鸡新品种个体分离的核酸试样与包含本发明的单核苷酸多态性的多核苷酸或其互补多核苷酸或者与其杂交的多核苷酸进行杂交后,检测杂交结果。
在本说明书中,术语“探针(probe)”是指包含与靶核酸序列实质上互补的一个或多个部位的单链核酸分子。并且,术语“杂交(hybridization)”是指互补性单链核酸形成双链核酸。杂交可以在完全匹配或部分错配且实际上匹配的两条核酸链之间进行。用于杂交的互补性可以根据杂交条件,尤其温度的不同而不同。
并且,本发明的土鸡的遗传背景或品种辨别方法可以通过机械学习模型来验证各个个体的基因型分析结果的正确度及特异度,上述机械学习模型可以为自适应增强算法模型、决策树(Decision Tree)模型、随机森林(Random Forest)模型,但不限于此。
并且,本发明提供一种于辨别土鸡或肉鸡新品种的遗传背景或品种的引物集,上述引物集用于扩增包含本发明的单核苷酸多态性碱基的多核苷酸。
在本发明的引物集中,包含上述单核苷酸多态性碱基的多核苷酸可由由序列1至序列107的碱基序列组成,详细信息如前所述。
在本说明书中,术语“引物”是指与所要复制的核酸链互补的单链寡核苷酸序列,可以起到作为用于合成引物延伸产物的开始位置的作用。上述引物的长度及序列应允许延伸产物合成的开始。引物的具体长度及序列不仅依赖于所要求的脱氧核糖核酸或核糖核酸靶的复杂程度(complexity),还依赖于如温度及离子强度的引物利用条件。在本发明的引物集中,可由正向及反向引物组成一个引物集,也可以由两个等位基因特异性正向引物和一个反向引物组成一个引物集,或者可以为由单核苷酸多态性类型鉴别等位基因特异性引物(ASP,SNP type assay allele specific primer)1、单核苷酸多态性类型鉴别等位基因特异性引物2、单核苷酸多态性类型鉴别位点特异性引物(LSP,SNP type assay locusspecific primer)及单核苷酸多态性类型鉴别特异性靶扩增引物(STA,SNP type assayspecific target amplification primer)组成一个引物集的富鲁达(Fluidigm)单核苷酸多态性基因型分析用引物集,但不限于此。
本发明的寡核苷酸引物集可以通过扩增反应扩增靶序列。扩增靶核酸的方法有聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)、连接酶链式反应、依赖核酸序列的扩增、基于转录的扩增系统(transcription-based amplification system)、链置换扩增(strand displacement amplification)或通过Qβ-复制酶(repliCase)的扩增或者相关领域已知的用于扩增核酸分子的任意其他适当的方法。其中,聚合酶链式反应是指利用聚合酶(polymerase)在与靶核酸特异性结合的引物对中扩增靶核酸的方法。这样的聚合酶链式反应方法已在相关领域熟知,还可以利用商业性可利用的试剂盒。
并且,本发明提供一种用于辨别土鸡或肉鸡新品种的遗传背景或品种的试剂盒,上述试剂盒包含上述引物集以及用于进行扩增反应的试剂。在本发明的试剂盒中,用于进行上述扩增反应的试剂可以包含脱氧核糖核酸聚合酶、三磷酸脱氧核苷酸(dNTPs)、缓冲液等。并且,本发明的试剂盒还可以包括记载有最佳反应执行条件的使用人员说明书。说明书为说明试剂盒的使用方法,例如聚合酶链式反应缓冲液制备方法、所提出的反应条件等的印刷品。说明书可包括小册子或传单形态的指南、贴在试剂盒的标签以及包装试剂盒的外包装表面上的说明。并且,说明书包括通过如互联网的电子媒介公开或提供的信息。
以下,通过实施例详细说明本发明。但下述实施例仅用于例示本发明,本发明的内容并不限定于以下述实施例。
1.用于筛选单核苷酸多态性标记的材料及方法
将由15个系统的韩国土鸡集团和5个系统的实用鸡集团组成的的共283只鸡的样品用作供试动物用于实验。韩国土鸡集团由韩协种鸡公司保有的纯血统鸡9个系统(HH:23只,HF:23只,HG:23只,HS:23只,HV:23只,HW:23只,HA:20只,HY:21只,HZ:15只)和韩国国立畜产科学院(The National Institute of Animal Science,NIAS)提供的纯血统鸡6个系统(NC:6只,ND:6只,NH:6只,NS:6只,NR:6只,NY:5只)构成,实用鸡集团由Cobb、ArborAcre、Ross公司提供的3种肉用鸡(Cobb:12只,Ab:10只,Ross:12只)和Hyline brown、Lohman brown公司提供的2种蛋鸡(HL:10只,LO:10只)构成。
利用PrimePrepTM DNA Isolation试剂盒(GenetBio公司,韩国大田)通过供试动物的血液提取基因组脱氧核糖核酸(gDNA)。利用纳米微滴(NanoDrop)分光光度计(ThermoFisher Scientific公司,沃尔瑟姆,马萨诸塞州,美国)测量所提取的基因组脱氧核糖核酸的质量和浓度。所提取的脱氧核糖核酸到试验之前为止在-20℃的温度下冷冻保管。在所获取的上述基因组脱氧核糖核酸中,利用Axiom 600K鸡阵列单核苷酸多态性芯片(Axiom600K chicken array SNP chip)(Affymetrix公司,圣克拉拉,加利福尼亚州,美国)确认580954个单核苷酸多态性的基因型信息。为了导出更正确的结果,利用PLINK软件(ver.1.91,http://zzz.bwh.harvard.edu/plink/)通过基因族群选项(geno option)对确认的基因型信息进行去除基因型分析误差为10%以上的单核苷酸多态性的质量控制(QC,quality Control)。以进行质量控制过程的单核苷酸多态性基因型信息为基础,利用PLINK软件实施主成分分析。通过利用R software package将通过上述方式获取的数据进行布局(plot)可视化。
2.单核苷酸多态性标记候选集的构成
在使用600K单核苷酸多态性芯片确认基因型的集团中,将用作金种子项目新品种土鸡开发的核心系统的集团设定为case组(HH、HF、HY),将除HH、HF及HY之外的剩余集团均设定为control组,为了确保case组的特异性单核苷酸多态性,实施两个集团之间的全基因组关联分析(GWAS,Genome-Wide Association Study)。在分析结果中,根据卡方检验p值(chi-square p-value)设定能够显著区分case组及control组的单核苷酸多态性的优先顺序。为了避免利用全基因组关联分析方法导出的单核苷酸多态性顺序中大部分的高位单核苷酸多态性布阵于巨大染色体的缺点并利用集团的连锁不平衡(LinkageDisequilibrium,LD)多样性信息,计算了连锁不平衡区块,以计算结果为基础筛选每1个、50个、100个连锁不平衡的单核苷酸多态性来构成了每个集包含107个单核苷酸多态性的3种单核苷酸多态性组合集(集(set)1、2、3)。
为了评价上述3种单核苷酸多态性组合集的品种识别能力,利用各个单核苷酸多态性组合集并使用PLINK软件实施主成分分析(PcoA)。其结果如图2所示,挑选每50个连锁不平衡的单核苷酸多态性的集2的结果示出最佳的集合形态。虽然在图2中确认集3与集2示出相似的图案,但在之前的分析中,标记间的连锁不平衡间距越大,集2比集3示出更好的集团聚集,因此最终挑选集2。并且,与107个单核苷酸多态性的大部分集中在1号染色体的集1的结果不同地,在筛选每50个连锁不平衡的单核苷酸多态性的集2的单核苷酸多态性中,单核苷酸多态性整体上均匀地分布于各个染色体(参照下述表1)。
3.最佳单核苷酸多态性标记集的构成
在构成组合的单核苷酸多态性集中,确认集2的效率好,在进行验证实验之前,为了评价品种区分可能性,生成488只假想的后代(F1、F2及F3)进行评价。假想的后代通过来自父亲(2n)和母亲(2n)的单倍体(n)等位基因的任意结合而生成。当假想后代生成时,将韩协公司的HH、HF及HY系统用作父母系统的情况下,追加指定为case组,除此之外的假想后代则包括在control组中。利用PLINK软件(ver.1.91)对多个集的单核苷酸多态性基因型信息分别实施主成分分析。还为了以主成分分析结果为基础确认能够最能区分的最佳分类模型(classification model),适用9种机械学习算法(临近算法(Nearest Neighbors)、线性支持向量机(Linear SVM)、径向基函数支持向量机(Radial-Basis-Function SVM)、随机森林法、自适应增强算法、朴素贝叶斯(Naive Bayes)、线性判别分析(Linear DiscriminantAnalysis)、二次判别分析算法(Quadratic Discriminant Analysis algorithm)、决策树)来辨别107个单核苷酸多态性组合集及分类模型。
为了利用挑选的107个单核苷酸多态性组合集的单核苷酸多态性确认能够区分实际集团的最佳的单核苷酸多态性数量,制备富鲁达生物标记96.96动态阵列(Fluidigm'sBiomark 96.96Dynamic Array)(Fluidigm Corporation公司,加利福尼亚,美国)对共182只鸡的样品实施的基因型分析。基因型分析将韩协种鸡公司保有的纯血统鸡3个系统(HF:36只,HH:36只,HY:26只)和金种子项目新品种土鸡实用鸡集团的2种(GSP_CC(HFHY):10只,GSP_CC2(FHFY):10只)用作case组,将市场流通中的肉用鸡(Ross:20只,Cobb:8只,AborAcres:11只)与蛋鸡(Lohmann brown:5只)、韩国土鸡系统的实用肉用鸡3种(WM2:10只,Yelim:5只,Hyunin:5只)用作control组。
接着,概率性的计算根据单核苷酸多态性标记数量的品种区分可能程度。灵敏度(sensitivity)是指通过本发明的单核苷酸多态性标记预想为test组的个体实际上是test组的概率的正确度。
特异度(specificity)是指通过本发明的单核苷酸多态性标记预想为non-test组的个体实际上是non-test组的概率的正确度。
实施例1.用于区分土鸡的单核苷酸多态性标记的筛选
利用600K高密度单核苷酸多态性芯片获取了283只鸡各自的单核苷酸多态性基因型信息,以获取的单核苷酸多态性的基因型信息为基础实施主成分分析的结果,可以确认除一部分品种外,大部分品种形成簇,且能够很好地区分(图1)。
在金种子项目中,主要用于生产新品种土鸡的品种是通过三元杂交方法利用HH、HF、HY的3个系统来生产,HH、HF、HY系统相当于韩协特异性保有的本土鸡品种,将HH及HF系统用作肉用特性的父系统,将HY系统用作产蛋特性的母系统,不仅用于整体交配计划,还基因成分和特性也示出充分的独立性,因此选择为挑选单核苷酸多态性的主要品种。为了挑选能够明确区分HH、HF和HY系统的单核苷酸多态性组合,通过作为统计分析工具的PLINK利用对所确认的基因型分析误差为10%以上的单核苷酸多态性进行质量控制的基因型信息,将HH、HF及HY设定为Case组,将剩余的土鸡集团及实用鸡集团均设定为Control组后,进行对Case组、Control组的关联分析。获取作为其结果的显著差异的X2(卡方(Chi-Squre))p值,并按照由低到高的顺序排列后,去除作为性染色体的Z染色体的单核苷酸多态性,挑选Case组的特异同形接合座位。并且,为了在所有染色体中均匀挑选单核苷酸多态性,分析组的连锁不平衡区块信息来在每50个连锁不平衡区块挑选一个标记的结果(集2),可以在1号染色体中挑选37个,在2号及5号染色体中分别挑选10个,在6号染色体中挑选8个,在3号集15号染色体中分别挑选7个,在24号染色体中挑选6个,在10号染色体中挑选5个,在20号及26号染色体中分别挑选4个,在7号及18号染色体中分别挑选2个,在11号、13号、22号、25号及28号染色体中分别挑选1个,从而获得共107个单核苷酸多态性组合。利用挑选的107个单核苷酸多态性组合对使用600K芯片进行基因型分析的相同样品再次进行主成分分析的结果,可以确认能够很好地区分Case组(图2)。
表1
集2的单核苷酸多态性信息
染色体号 | 单核苷酸多态性数量 | 染色体号 | 单核苷酸多态性数量 |
1 | 37 | 26 | 4 |
2 | 10 | 7 | 2 |
5 | 10 | 18 | 2 |
6 | 8 | 11 | 1 |
3 | 7 | 13 | 1 |
15 | 7 | 22 | 1 |
24 | 6 | 25 | 1 |
10 | 5 | 28 | 1 |
20 | 4 |
表2
107个单核苷酸多态性标记
表3
107个单核苷酸多态性标记(续上表)
表4
107个单核苷酸多态性标记(续上表)
表5
107个单核苷酸多态性标记(续上表)
实施例2.筛选的单核苷酸多态性标记的集团区别能力评价
在为了模拟挑选的107个单核苷酸多态性的识别能力而利用确保的基因型生成假想的后代来进行主成分分析的结果中也可以确认能够分离case和control集团,源自case集团的假想后代的情况下,连位于case和control之间的结果也可以确认,可以诱导集团间的明确分离,因此预计可以用于新品种土鸡的品种识别和用于防止不正当流通的手段(图3)。
实施例3.筛选的单核苷酸多态性标记的土鸡集团区别分析
为了验证在上述内容中确认的107个单核苷酸多态性标记的识别力,制备富鲁达基因分型芯片(Fluidigm genotyping chip)对包括在市面上流通的实用肉用鸡(Ross、Cobb、Abor Acres)和蛋鸡(Lohmann Brown)、韩国产土鸡实用肉用鸡(WM)及韩协的原种鸡(GSP)杂交种的共182只实施追加基因型分析。基因型分析结果,整体检出率(call rate)为99.85%,确认到基因型分析实现的很好。经判断,一部分未检出(call)的数据不影响分析结果,因此用整体平均值替代来进行分析。在验证挑选的107个单核苷酸多态性标记的识别能力之前,利用所生成的假想集团和用于验证识别能力而新获取基因型信息的实际集团的182只的基因型信息实施多维尺度分析。确认多维尺度布局(MDS plot)的结果,可以确认与现有结果相似的结果。即,确认case和control分离的很好,可以确认利用本发明的107个单核苷酸多态性芯片的分析结果的可靠性很高(图4)。
为了更加正确地验证107个单核苷酸多态性标记的识别能力,以通过多维尺度分析获取的分散信息为基础实施机械学习来将识别能力数值化。机械学习将包括从现有的600K数据中获得的283个和假想后代488个在内的共771个数据用作学习数据集,将新获取的182个基因型信息用作测试数据集来导出接收者操作特征曲线(ROC curve)。在此情况下,由于正确度(曲线下面积(Area Under Curve))根据机械学习模型而变化,因此以正确度数值为基础来选择最适合本分散信息的机械学习模型(图5、图6)。
表6
有关区别土鸡集团的不同机械学习模型的正确度
适用共7种机械学习模型(自适应增强算法、决策树、线性判别分析、朴素贝叶斯、临近算法、二次判别分析算法、随机森林)来测量107个单核苷酸多态性标记的品种识别能力。导出不同机械学习模型正确度的结果,确认在大部分模型中能够以整体上很高水平的正确度区分品种。尤其,在自适应增强算法及线性判别分析模型的情况下,确认能够以99.45%的概率区分金种子项目品种(HF、HH、HY、YH、FH、FY、CH、CF)与其他品种。此外,还在临近算法、决策树模型中分别确认了96.7%和82.85%的高水平的正确度。同时,作为将实际假值认知为假值的指标的特异度(Specificity)在所有模型中都示出100%的正确度。这意味着当任意的个体不是金种子项目品种时,判断其不是金种子项目品种的概率为100%。示出如上所述的整体上高水平的品种区分力的原因在于,在之前挑选的107个单核苷酸多态性标记很好的反映了作为本发明的主要目标的HF、HH、HY的特异性单核苷酸多态性。
为了标记组合的最小化及最优化,以特征重要度为基准,从全部107个单核苷酸多态性中实质上影响品种区分的单核苷酸多态性挑选最小组合标记。挑选结果,分别在决策树模型中挑选出8个,在随机森林模型中挑选44出个,在自适应增强算法模型中挑选出36个单核苷酸多态性标记。在不同模型中以特征重要度挑选的单核苷酸多态性具有一部分重复的值,由从上述3个学习模型中挑选的共61个单核苷酸多态性构成。由此,将判断为实质上影响品种区分的61个单核苷酸多态性挑选为最佳的单核苷酸多态性标记组合(图6、表7、表8及表9)。
表7
在自适应增强算法机械学习模型中的最佳单核苷酸多态性标记
表8
在随机森林机械学习模型中的最佳单核苷酸多态性标记
表9
在决策树机械学习模型中的最佳单核苷酸多态性标记
以61个挑选的最佳标记组合为基础进行验证测试(validation test)。与前面的方法相同地,在验证测试中,将包括从现有的600K数据中获得的283个和假想后代488个在内的共771个数据用作学习数据集,将新获得的182个基因型信息用作测试数据集来评价标记组合的正确度(表10)。
表10
有关区别土鸡集团的不同机械学习模型的正确度
对于61个最佳单核苷酸多态性标记组合的正确度评价结果,在线性判别分析模型中示出100%的正确度的最高正确度。并且在自适应增强算法模型中示出99.45%的高水平的正确度(表11)。
表11
利用最佳的单核苷酸多态性标记组合的土鸡集团区别能力结果
同时,确认在自适应增强算法模型中挑选的36个最小的单核苷酸多态性标记组合也能够进行99.45%的高水平的品种区分(表12)。若利用上述最小标记组合,则除一部分主要PL系统的HY之外,能够在所有集团中正确的区分。若考虑由于PL集团的特性而在市面不流通且正确度随着积累机械学习的学习数据而被改善,则认为可在现场可以用作能够区分新品种土鸡的标记。
表12
利用最小的单核苷酸多态性标记组合(36个单核苷酸多态性)的土鸡集团区别能力结果
<110> 忠南大学校 产学协力团(The Industry & Academic Cooperation inChungnam National University)
<120> 用于辨别土鸡的遗传背景或品种的单核苷酸多态性标记集及其用途
<130> PCT1950
<160> 107
<170> KoPatentIn 3.0
<210> 1
<211> 71
<212> DNA
<213> 未知(Unknown)
<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
<400> 1
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<210> 2
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<213> 未知(Unknown)
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ttattttccg g 71
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<211> 71
<212> DNA
<213> 未知(Unknown)
<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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ttcagcaaga gctgttgaac acgttgcttt aataaatgac cactcctgtt cagcacagaa 60
aaaaaaaggg t 71
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<212> DNA
<213> 未知(Unknown)
<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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cattgcacag ctcccaaatc aatgtgatct gctaacggcc cctcaaagct ctcagggtgc 60
cctccccacc c 71
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<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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gcagtttact tttggcaagg aagaacccag taaggagatg agcactgtgt gggaaggact 60
ggtacagtgg c 71
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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cacatctttc agttgatttg ttggttttgg aaggacagag aagcaaatgg aaagtcaatt 60
tggacagtgt t 71
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<212> DNA
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<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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atgcctttat aggttcttca atccttatgc ttcagcttga ttgttttcct caacttttca 60
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<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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tttcaataaa atctctgctt gcaatgtagt gtcttgtgaa tctcattagt tgggattgtc 60
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<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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taattaggta aaaatcattc caagtaggat actctaaact tgctgcagta actggcataa 60
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<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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tcactttaat atgctgagtg ccacaatgtg cttaaatcct tctccttgca tccacaccac 60
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ttccttagat gactcatttt ctaggtttca tcagcataca gtgccaccac ttcatcagct 60
agtaacaaca a 71
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tgtggctgca tctgctggga tgctgctaag attatgatga gcctttgcaa gccttcaaat 60
gcaataataa t 71
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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cacagaatag a 71
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ctctgctccc t 71
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gattagcaat ttctatgtta ccagatgtaa gtaccaaatc atggaaagtt actttcttta 60
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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ttatgctgat ttcagtctat gaacattcaa gtctacgggt gtgttcttat ctgatctttt 60
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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ttcctatgtc t 71
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
<400> 78
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<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
<400> 79
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<213> 未知(Unknown)
<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
<400> 80
ttaccctgtt tgatagtgct cacagctgca aacacatctt tgtgttcagg agttgaattt 60
tcttctggtc a 71
<210> 81
<211> 71
<212> DNA
<213> 未知(Unknown)
<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
<400> 81
ctatgatccc atagagatgc catgaataat tcaggcttgc agcaagaaat ccctcacact 60
tcatacaagt c 71
<210> 82
<211> 71
<212> DNA
<213> 未知(Unknown)
<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
<400> 82
ccaataagga cctaccaaac agtaagtcac agcaaaatct atgaatcatt tccatttaga 60
gcttctccta t 71
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<211> 71
<212> DNA
<213> 未知(Unknown)
<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
<400> 83
aaaaaatgat tcacagtaga gaactgcagc atttccttcc ctttgatatt gtactttagg 60
agttttaaag a 71
<210> 84
<211> 71
<212> DNA
<213> 未知(Unknown)
<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
<400> 84
tagcaggtat gtgccttgtt cagggtgagc cagaactggg gctggtgtgg tttctgcact 60
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<212> DNA
<213> 未知(Unknown)
<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
<400> 85
atcaaacctg aactgggaag actgccaatg tctggaatgg gatctccgtt caaaaccagt 60
gtgctgggga g 71
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<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
<400> 86
ggggcaacca ctgacataag gctttaatac cagggctggg aggagtgatg agctgtgcat 60
cacacttttg a 71
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
<400> 87
tcaaggacag taagagaggg ctcagactgg aaaaaacttg ctctcaattg ggtcttgcac 60
agtgatcatc t 71
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<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
<400> 88
tctggcagtg ggcaccgacc ccccataact tatacatgac agtggttcct gtatttattg 60
aagccatcaa a 71
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<213> 未知(Unknown)
<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
<400> 89
ttcaattttc ttggagaaga catcagcttg gtaccctcgg tgggaatttt catcaccatg 60
aaccccggtt a 71
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
<400> 90
gctaaactgt ccagaactgt gaacttctag taatgatctt aatgaaactc ccagaaataa 60
aagctgaaaa c 71
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<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
<400> 91
gcccctgggc tgggtgcctg acttatggag actgtcctta gggcagggct tcccacgtcc 60
caggcgctgc t 71
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<212> DNA
<213> 未知(Unknown)
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
<400> 92
caagtggttc tacagggtaa acattagttg taaatgcaca tactcagcac tctcaggaca 60
ttcagcattt t 71
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<212> DNA
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<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
<400> 93
taagaaagtc tctaagcatg gtactatatg gtaacatagg gttacttgtc tgttccctta 60
tctgggatct t 71
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<212> DNA
<213> 未知(Unknown)
<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
<400> 94
cagtgctgct ccctcaaccc tctcgtgagt gacatgctcc tgtattctgc cttcttctcg 60
acttcagacg c 71
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<212> DNA
<213> 未知(Unknown)
<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
<400> 95
attccccagc cataattcca aaggggaggg atgtgctctg ctttgctatc actgaaatat 60
aaagtaatca g 71
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<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
<400> 96
ttctgtttca ggaggtgctt tgcgcttttc ttccccgaga tctttcgctt tccgttgcat 60
ttgggaggaa g 71
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<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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taatcacgca gaacaagaaa tcatgcaaag aacaccgtac ctggagagca gatttcctca 60
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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actccaggta ggaaaagcat ctttgtccct gcacaaattg ctttgtttca tagtactgtc 60
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<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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ttcttaagtc atttcctccg catctttaga aagcactaat ttgctgacaa tgacccatgc 60
taaggatggc a 71
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<220>
<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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tctggcaata ccgtaagtcc aatcaagggg cagcaactct ctgacaagag acactccaaa 60
taccctccat a 71
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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tgaacacagg aactcctctt cacaacgatg ctgctcgttc gcagctaaca aatagcccgg 60
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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tgcatgggag agagggggga gatcttgcct catttcatac cagtgtgtca aggtgcaaac 60
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<223> 鸡(Gallus gallus domesticus)
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<400> 107
agagcagagt tgtggcacaa tacctcaagg agcaaatggt aattaatgaa ccatataaca 60
ccacactgaa c 71
Claims (9)
1.一种用于辨别土鸡的遗传背景或肉鸡新品种的单核苷酸多态性标记组合物,其特征在于,在由序列14、18、25、26、30、37、38、39、41、46、52、54、56、57、62、63、64、67、68、69、71、73、74、78、79、82、85、86、92、93、95、97、98、100、103及105的碱基序列组成的多核苷酸中,包含由8个以上的连续的核苷酸组成的多核苷酸或其互补多核苷酸,上述由8个以上的连续的核苷酸组成的多核苷酸包含各个碱基序列中的第36位单核苷酸多态性碱基。
2.根据权利要求1所述的用于辨别土鸡的遗传背景或肉鸡新品种的单核苷酸多态性标记组合物,其特征在于,在由序列1至序列13、序列15至序列17、序列19至序列24、序列27至序列29、序列31至序列36、序列40、序列42至序列45、序列47至序列51、序列53、55、序列58至序列61、序列65、66、70、72、序列75至序列77、序列80、81、83、84、序列87至序列91、序列94、96、99、101、102、104、106及107的碱基序列组成的多核苷酸中,还包含选自由8个以上的连续的核苷酸组成的多核苷酸或其互补多核苷酸组成的组中的一个以上的多核苷酸,上述由8个以上的连续的核苷酸组成的多核苷酸包含各个碱基序列中的第36位单核苷酸多态性碱基。
3.根据权利要求1或2所述的辨别土鸡的遗传背景或肉鸡新品种的单核苷酸多态性标记组合物,其特征在于,上述连续的核苷酸为8个至100个的连续的核苷酸。
4.根据权利要求1或2所述的辨别土鸡的遗传背景或肉鸡新品种的单核苷酸多态性标记组合物,其特征在于,上述土鸡为韩协品种H、F或Y。
5.一种用于辨别土鸡的遗传背景或肉鸡新品种的微阵列,其特征在于,包含多核苷酸或其互补脱氧核糖核酸,上述多核苷酸包含权利要求1或2所述的单核苷酸多态性碱基。
6.一种土鸡或肉鸡新品种的遗传背景或品种的辨别方法,其特征在于,包括:
从土鸡疑似个体或肉鸡新品种个体中分离基因组脱氧核糖核酸的步骤;以及
在分离的上述基因组脱氧核糖核酸中确定权利要求1或2所述的多核苷酸的单核苷酸多态性位置的碱基的基因型的步骤。
7.根据权利要求6所述的土鸡或肉鸡新品种的遗传背景或品种的辨别方法,其特征在于,上述土鸡为韩协品种H、F或Y。
8.一种用于辨别土鸡或肉鸡新品种的遗传背景或品种的引物集,其特征在于,用于扩增包含权利要求1或2所述的单核苷酸多态性碱基的多核苷酸。
9.一种用于辨别土鸡或肉鸡新品种的遗传背景或品种的试剂盒,其特征在于,包含:
权利要去8所述的引物集;以及
试剂,用于进行扩增反应。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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