CN115820880A - 一种利用kit基因下游区域拷贝数变异遗传标记鉴定白牦牛品种的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用KIT基因下游区域拷贝数变异遗传标记鉴定白牦牛品种的方法。依据对纯白毛色性状牦牛及其他非纯白毛色性状牦牛进行全基因组拷贝数变异分析所发现的KIT基因下游的候选基因组区域,对白牦牛实现品种鉴定。本发明通过检测牦牛个体候选基因组区域内发生重复突变的情况,可以在DNA水平上对牦牛毛色性状进行鉴定,从而快速建立遗传资源优良的牦牛种群。
Description
技术领域
本发明涉及牦牛(Bos grunniens)引种和育种中的分子标记辅助鉴别,具体涉及在DNA水平上检测与牦牛毛色性状密切相关的拷贝数变异遗传标记(CNV标记),以及利用CNV标记区分白牦牛(即纯白毛色性状牦牛)与其他牦牛品种。
背景技术
拷贝数变异(CNV,copy number variation)是一种涉及1kb或更长的DNA片段的拷贝数变化。与参考基因组相比,CNV区域的拷贝数可能在不同品种之间存在差异,并且这种差异是可以遗传的。拷贝数变异在真核生物的染色体中影响相当数量碱基对的重复或者缺失事件,表现为某片段在染色体上连续的重复排列或者丢失,拷贝数变异发生的位点并不局限于功能基因,也存在于无意义的基因间区和ncRNA等区域。
在哺乳动物群体中,拷贝数变异与部分性状有着很强的关联。CNV对性状产生影响的可能机制有剂量效应、基因断裂、基因融合和位置效应等。就剂量效应来说,大多数常染色体基因存在来自于父母亲本的各一个拷贝,这种正常的基因拷贝剂量在发生改变后会显著影响到定量或定性的表型特征。
KIT基因是受体酪氨酸激酶蛋白家族中的一员,其产物刺激的信号通路控制许多重要的细胞过程,如细胞生长和增殖、存活和迁移。KIT蛋白信号对生殖细胞、造血干细胞、白细胞、称为Cajal间质细胞的胃肠道细胞(ICC)和产生黑色素的黑素细胞的发育和功能的影响已得到一定的研究,KIT基因的不同基因型可以通过调控黑色素的数量、分布而影响哺乳动物整体的毛色性状,以及维持眼睛和皮肤的颜色。
牛按照被毛的毛色主要分为黑色、金色、棕色、白色等种类。白牦牛因其具有的纯白毛色性状而具有较高的选育和经济价值,且具有很高的遗传潜力,可作为优质的种质资源。尽管中国专利CN114717334A公开了KIT基因为瘤牛毛色的主效基因,但目前还未见到牦牛纯白毛色相关基因及其变异的研究报道,主要的技术难点在于:被毛以白色为主的牦牛种群数量少,而且除了纯白毛色,根据底色和纯白颜色的不同,还存在组合形成的底色为白色并掺杂其他颜色的非纯白毛色。另外,毛色性状可能受到来自不止一个基因和各类不同基因变异的影响,情况复杂、分析难度较高,例如中国专利CN113755609A还公开用于鉴定金丝牦牛的MC1R基因单核苷酸遗传标记。目前亟待开发能够准确将白牦牛区别于其他牦牛品种的方法,从而提高后续遗传育种的效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用KIT基因下游区域拷贝数变异遗传标记鉴定白牦牛品种的方法。
为达到上述目的,本发明采用了以下技术方案:
一种利用拷贝数变异遗传标记鉴定白牦牛品种的方法,该鉴定白牦牛品种的方法包括以下步骤:
对牦牛个体候选基因组区域内的拷贝数变异进行检测,若检测到重复突变,则判断牦牛个体属于纯白毛色性状牦牛(即白牦牛),所述候选基因组区域位于牦牛参考基因组第6号染色体51965932-52107853bp,并且所述候选基因组区域位于KIT基因(52275994-52171265bp)下游,牦牛参考基因组为BosGru3.0(NCBI版本号为GCA_005887515.3)。
优选的,所述鉴定白牦牛品种的方法具体包括以下步骤:对牦牛个体进行基因组测序,然后计算所述候选基因组区域的覆盖深度,若所述候选基因组区域的覆盖深度表征了牦牛个体为重复拷贝数类型,且具有高于正常拷贝数类型的重复拷贝数类型的覆盖深度所对应的拷贝数≥8的拷贝数变异区域,则将牦牛个体的品种确定为纯白毛色性状牦牛。
优选的,所述重复拷贝数类型的拷贝数为8个拷贝或12个拷贝。
优选的,非纯白毛色性状牦牛为拷贝数<8的牦牛个体,例如具有正常拷贝数类型的牦牛个体,包括黑牦牛和金牦牛。
牦牛参考基因组第6号染色体51965932-52107853bp内的拷贝数变异在牦牛毛色性状分子标记辅助选择育种或牦牛品种鉴定中的应用,牦牛参考基因组为BosGru3.0(NCBI版本号为GCA_005887515.3)。
一种拷贝数变异遗传标记的检测方法在牦牛毛色性状分子标记辅助选择育种或牦牛品种鉴定中的应用,所述遗传标记为上述候选基因组区域内的重复突变。
一种拷贝数变异遗传标记在牦牛毛色性状分子标记辅助选择育种或牦牛品种鉴定中的应用,所述遗传标记为上述候选基因组区域内的重复突变。
优选的,牦牛个体为重复拷贝数类型,且具有拷贝数≥8的拷贝数变异区域,则将该牦牛个体的品种确定为纯白毛色性状牦牛;非纯白毛色性状牦牛为拷贝数<8的牦牛个体。
一种利用拷贝数变异遗传标记鉴定白牦牛品种的试剂盒,该试剂盒包括用于检测上述候选基因组区域内的拷贝数变异及对应拷贝数的试剂。
一种利用拷贝数变异遗传标记鉴定白牦牛品种的系统,该系统包括测序模块、数据分割模块、数据计算模块及分型模块;
所述测序模块用于读取或检测牦牛个体的基因组数据;
所述数据分割模块用于提取所述基因组数据中位于牦牛参考基因组第6号染色体51965932-52107853bp之间的候选基因组区域的对应部分,牦牛参考基因组为BosGru3.0(NCBI版本号为GCA_005887515.3);
所述数据计算模块用于利用提取的对应基因组数据计算候选基因组区域的覆盖深度;
所述分型模块用于根据计算的覆盖深度对牦牛个体候选基因组区域内的拷贝数变异进行检测,若检测到重复突变,则判断牦牛个体属于纯白毛色性状牦牛。
优选的,纯白毛色性状牦牛为重复拷贝数类型且具有拷贝数≥8的拷贝数变异区域的牦牛个体;非纯白毛色性状牦牛为拷贝数<8的牦牛个体。
本发明的有益效果体现在:
本发明通过分析牦牛候选基因组区域(牦牛参考基因组第6号染色体51965932-52107853bp,KIT基因区域52275994-52171265bp为位于其上游的区域)的拷贝数变异情况,并以重复突变作为遗传标记,可以有效的筛选纯白毛色性状牦牛种公牛和母牛,从而快速建立遗传资源优良的牦牛种群,加快种用牦牛的分子标记辅助选择。
进一步的,本发明通过对纯白毛色性状牦牛及其他非纯白毛色性状牦牛进行全基因组拷贝数变异分析,不仅寻找到牦牛毛色性状的候选基因组区域,而且精准定位了主要变异区段及其拷贝数,即8个拷贝数或12个拷贝数,为提高纯白毛色性状牦牛分子标记辅助选择及品种鉴定的效率提供了重要依据。
附图说明
图1为本发明实施例中对白牦牛品种的鉴定技术流程图。
图2为牦牛基因组KIT基因(52275994-52171265bp)下游的候选基因组区域(牦牛参考基因组第6号染色体51965932-52107853bp)的覆盖深度(coverage)可视化图;其中:(A)一种重复拷贝数类型的覆盖深度,CNV2的拷贝数为12;(B)另一种重复拷贝数类型的覆盖深度,CNV2的拷贝数为8。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。所述实施例仅用于解释本发明,而非对本发明保护范围的限制。
(一)利用全基因组重测序、全基因组关联分析以及全基因组CNV分析探寻白牦牛毛色基因候选遗传标记
1.1从中国甘肃省武威市天祝藏族自治县采集42头白牦牛的耳组织样本(采集时间2021年7-8月),提取基因组DNA进行全基因组重测序。以59头非白牦牛的基因组DNA数据,包括12头金牦牛(耳组织样采集自青海省玉树藏族自治州牦牛良种繁育种畜场,采集时间2020年11月)和47头黑牦牛(序列获取自公开数据库NCBI,Bioproject号为PRJNA285834)为对照。
1.2基因组比对:利用BWA软件将101头牦牛的重测序结果比对到牦牛参考基因组Bos_grunniens.LU_Bosgru_v3.0.dna.fa(BosGru3.0,NCBI版本号GCA_005887515.3),并利用GATK软件进行全基因组单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism,SNP)检测,构建101头牦牛的全基因组SNP集合。
1.3利用全基因组SNPs与非纯白毛色/纯白毛色性状进行全基因组关联分析,根据关联分析结果将牦牛纯白毛色性状相关的候选区域定位在6号染色体,信号最强的区域位于Chr6:52008195附近,信号值大小为3.937126×10-32,该区域位于KIT基因下游(KIT基因区域为52275994-52171265bp)。
1.4通过CNVcaller软件检测出所有牦牛6号染色体的CNV,经分析发现了白牦牛6号染色体和29号染色体上的以易位为特征的包含KIT基因上的Cs等位基因,该等位基因包含两个CNV,分别为CNV1和CNV2,其中CNV2为KIT基因下游的51965932-52107853bp区域。覆盖深度分析和平均拷贝数统计结果表明,白牦牛具有CNV2拷贝数为8个拷贝或12个拷贝的重复突变,而黑牦牛、金牦牛为正常的2个拷贝。
(二)鉴定牦牛品种
参照图1对白牦牛进行品种鉴定,流程如下:
2.1对待测牦牛个体进行全基因组测序,使用Bedtools对目标区段(牦牛参考基因组BosGru3.0第6号染色体51965932-52107853bp,即候选基因组区域)测序数据进行分割。
2.2使用Sambamba计算待测牦牛个体目标区段的覆盖深度,并绘制覆盖深度图。
2.3在步骤2.2基础上判定牦牛个体的品种:
依据覆盖深度分析结果(图2),明显可见白牦牛存在一个拷贝数(覆盖深度的2倍)大于8个及以上的CNV区域(即CNV2,51965932-52107853bp)。具体而言,当牦牛个体目标区段的覆盖深度显示12个拷贝(见图2A)或8个拷贝(见图2B)的重复突变,则判定这个重复拷贝数类型的牦牛个体属于白牦牛。
实验结果表明,对白牦牛品种鉴定的准确性或一致性达到100%。
总之,本发明首次揭示了牦牛参考基因组第6染色体51965932-52107853bp是牦牛KIT基因下游区域的重复类型的结构变异的特征区段,该区段发生的重复突变可以用来鉴定牦牛纯白毛色性状,利用这一特征区段可以建立在DNA水平上鉴定白牦牛品种的方法,并用于快速建立遗传资源优良的牦牛种群,为牦牛的引种及分子标记辅助选择育种奠定基础。
Claims (10)
1.一种利用拷贝数变异遗传标记鉴定白牦牛品种的方法,其特征在于:该鉴定白牦牛品种的方法包括以下步骤:
对牦牛个体KIT基因下游候选基因组区域内的拷贝数变异进行检测,若检测到重复突变,则判断牦牛个体属于纯白毛色性状牦牛,所述候选基因组区域位于牦牛参考基因组第6号染色体51965932-52107853bp,牦牛参考基因组为BosGru3.0。
2.根据权利要求1所述一种利用拷贝数变异遗传标记鉴定白牦牛品种的方法,其特征在于:所述鉴定白牦牛品种的方法具体包括以下步骤:对牦牛个体进行基因组测序,然后计算所述候选基因组区域的覆盖深度,若所述候选基因组区域的覆盖深度表征了牦牛个体为重复拷贝数类型,且具有拷贝数≥8的拷贝数变异区域,则将牦牛个体的品种确定为纯白毛色性状牦牛。
3.根据权利要求2所述一种利用拷贝数变异遗传标记鉴定白牦牛品种的方法,其特征在于:所述重复拷贝数类型的拷贝数为8个拷贝或12个拷贝。
4.根据权利要求2所述一种利用拷贝数变异遗传标记鉴定纯白性状牦牛品种的方法,其特征在于:非纯白毛色性状牦牛为拷贝数<8的牦牛个体。
5.一种拷贝数变异遗传标记或拷贝数变异遗传标记检测方法在牦牛毛色性状分子标记辅助选择育种、牦牛品种鉴定中的应用,其特征在于:所述遗传标记为牦牛参考基因组第6号染色体51965932-52107853bp内的重复突变,牦牛参考基因组为BosGru3.0。
6.根据权利要求5所述的应用,其特征在于:牦牛个体为重复拷贝数类型,且具有拷贝数≥8的拷贝数变异区域,则将该牦牛个体的品种确定为纯白毛色性状牦牛。
7.一种利用拷贝数变异遗传标记鉴定白牦牛品种的试剂盒,其特征在于:该试剂盒包括用于检测牦牛参考基因组第6号染色体51965932-52107853bp内的拷贝数变异的试剂,牦牛参考基因组为BosGru3.0。
8.根据权利要求7所述一种利用拷贝数变异遗传标记鉴定白牦牛品种的试剂盒,其特征在于:牦牛个体为重复拷贝数类型,且具有拷贝数≥8的拷贝数变异区域,则将该牦牛个体的品种确定为纯白毛色性状牦牛。
9.一种利用拷贝数变异遗传标记鉴定白牦牛品种的系统,其特征在于:该系统包括测序模块、数据分割模块、数据计算模块及分型模块;
所述测序模块用于读取或检测牦牛个体的基因组数据;
所述数据分割模块用于提取基因组数据中位于牦牛参考基因组第6号染色体51965932-52107853bp之间的候选基因组区域,牦牛参考基因组为BosGru3.0;
所述数据计算模块用于利用提取的基因组数据计算候选基因组区域的覆盖深度;
所述分型模块用于根据覆盖深度对牦牛个体候选基因组区域内的拷贝数变异进行检测,若检测到重复突变,则判断牦牛个体属于纯白毛色性状牦牛。
10.根据权利要求9所述一种利用拷贝数变异遗传标记鉴定白牦牛品种的系统,其特征在于:纯白毛色性状牦牛为具有拷贝数≥8的拷贝数变异区域的牦牛个体。
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赵黄青: "牦牛基因组研究进展与育种应用", 家畜生态学报, vol. 44, no. 2, 28 February 2023 (2023-02-28), pages 92 - 96 * |
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