近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院、動(dòng)物醫(yī)學(xué)院周揚(yáng)副教授的研究成果在Genome Research雜志作為封面文章發(fā)表。研究構(gòu)建了目前牛泛基因組和基因組結(jié)構(gòu)變異數(shù)據(jù)庫，并對(duì)牛的遺傳多樣性和選擇適應(yīng)性提出新見解。

近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)楊利國教授團(tuán)隊(duì)的周揚(yáng)副教授與美國農(nóng)業(yè)部George E. Liu團(tuán)隊(duì)合作在Genome Research雜志發(fā)表題為“Assembly of a pangenome for global cattle reveals missing sequences and novel structural variations, providing new insights into their diversity and evolutionary history”的論文，并被選為雜志的封面文章。該文章鑒定出牛參考基因組之外的83Mb新序列，率先從群體水平構(gòu)建了牛泛基因組；同時(shí)開發(fā)基因組結(jié)構(gòu)變異（Structural Variation, SV）分析流程，首次從SV的角度解析了世界牛品種的血統(tǒng)關(guān)系，從適應(yīng)性等多角度檢測(cè)了不同分類群體的受選擇位點(diǎn)和候選基因，補(bǔ)充了SV作為牛育種材料的不足，并解析SV潛在形成機(jī)理促進(jìn)對(duì)牛基因組演化的深入理解。百邁客為該研究提供了二代測(cè)序服務(wù)。

參考基因組序列是保障一切與基因相關(guān)研究順利實(shí)施的必要基礎(chǔ)。2003年長(zhǎng)達(dá)13年之久的人類參考基因組計(jì)劃（85%完整度）為人類解析生命活動(dòng)開啟了新篇章，被譽(yù)為與阿波羅登月計(jì)劃和曼哈頓計(jì)劃同等重要的大事件。牛參考基因組于2009年發(fā)布，在之后的13年內(nèi)不斷對(duì)其進(jìn)行完善，并相繼公布了近10個(gè)牛品種的參考基因組。但每個(gè)參考基因組幾乎只包含單個(gè)個(gè)體基因組序列，忽略了個(gè)體之間序列的差異性，導(dǎo)致在科學(xué)研究過程中相當(dāng)一部分基因組序列及其功能處于未知狀態(tài)；同時(shí)已知基因組序列在不同個(gè)體之間存在SV，導(dǎo)致不同個(gè)體間基因組序列構(gòu)成非常復(fù)雜，精準(zhǔn)檢測(cè)和分型一直是阻止其后續(xù)解析和應(yīng)用的障礙。

為解決以上問題，該文章通過開發(fā)新的基因組分析流程，對(duì)來自世界57個(gè)品種898頭牛的基因組序列進(jìn)行組裝和SV檢測(cè)；發(fā)現(xiàn)了83Mb的?；蚪M未知序列，相當(dāng)于目前參考基因組序列總長(zhǎng)度的3.1%，并且從中鑒定出大量未知外顯子序列，最后綜合三種策略成功將1007條contig放置在現(xiàn)有參考基因組上，這些序列可能通過外顯子破壞、外顯子添加等方式影響了279個(gè)基因的序列結(jié)構(gòu)。

同時(shí)，利用多款SV檢測(cè)軟件重新開發(fā)新的分析流程，在準(zhǔn)確檢測(cè)SV的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)缺失型變異的邊界精準(zhǔn)鑒定和二倍體分型；利用此流程，共檢測(cè)到了330萬個(gè)缺失變異、12萬個(gè)倒置、18萬個(gè)重復(fù)區(qū)域，通過對(duì)檢測(cè)結(jié)果的模擬評(píng)估，證明本論文所檢測(cè)的SV在牛上已經(jīng)趨于飽和，具有很好的群體代表性。以此為基礎(chǔ)，完成了對(duì)SV對(duì)牛基因組27種不同基因組功能元件和QTL的影響研究，構(gòu)建了受SV影響的基因功能元件數(shù)據(jù)庫。進(jìn)一步利用缺失型變異對(duì)世界牛品種的血統(tǒng)來源進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)基于SV水平的世界牛品種血統(tǒng)的精準(zhǔn)鑒定，為解析世界牛品種血統(tǒng)組成提供了新方法，打破了長(zhǎng)期使用SNP進(jìn)行遺傳學(xué)分析的局限。

進(jìn)一步利用比較基因組學(xué)等手段對(duì)牛的種屬差異、地域適應(yīng)性、商業(yè)化用途等角度全面解析獲得大量與經(jīng)濟(jì)性狀相關(guān)的變異位點(diǎn)，并深入解析了位于APPL2第一外顯子區(qū)域缺失變異與不同地域牛選擇適應(yīng)性之間的關(guān)系；發(fā)現(xiàn)該缺失變異是由Bov-tA1轉(zhuǎn)座子構(gòu)成，并形成了APPL2基因的啟動(dòng)子和增強(qiáng)子部分，該序列攜帶了APPL2相關(guān)功能的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)，通過影響基因的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控與免疫反應(yīng)、味覺功能、細(xì)胞增殖、葡萄糖代謝相關(guān)的功能。

周揚(yáng)副教授和其碩士研究生楊旅同學(xué)為該論文共同第一作者，George E. Liu、楊利國教授和周揚(yáng)副教授為共同通訊作者。該研究受到國家自然科學(xué)基金、湖北省自然科學(xué)基金、美國AFRI和NIFA等項(xiàng)目的資助。

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