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全基因組關聯分析在畜禽中的研究進展

湯香,何俊,蔣隽*
(湖南農業大學動物科學技術學院,湖南/長沙 410128)
 
  摘要:全基因組關聯分析 ( genome-wide association study, GWAS ) 是近幾年逐漸發展起來研究複雜性狀的方法,並且在人類疾病和動植物複雜性狀研究中得到廣泛應用。文章主要綜述了GWAS方法及近幾年GWAS在畜禽重要經濟性狀的研究進展,主要目的是通過GWAS為畜禽複雜性狀遺傳機理的研究提供參考依據,為動物分子育種研究奠定基礎。
  關鍵詞:全基因組關聯分析(GWAS);SNP;分子育種;畜禽
 
  由於人類疾病和動物表型性狀通常受多種因素影響,若採用常規的研究方法進行分析,花費時間長且進展緩慢。隨著基因組技術迅速發展,特別是人類全基因組計劃 ( human genome project, HGP ) 和家畜全基因組測序的完成,以及全基因組SNP芯片的研製成功,使全基因組關聯分析( genome-wide association study, GWAS ) 在人類疾病和動物複雜性狀中尋找候選基因或基因組區域得到廣泛應用。與傳統候選基因研究策略不同,GWAS方法在突變區域的精確定位、鑒別新基因和研究成本等方面都具有顯著優勢,在國內外的遺傳領域掀起了廣泛研究熱潮。
  GWAS是指在全基因組水平上篩選出高密度的分子標記(多以SNP為主),並通過統計學方法對所得的分子標記數據與表型性狀之間進行關聯分析,結合遺傳學知識篩選和驗證與研究性狀相關的遺傳變異,找到影響研究性狀的相關候選基因。Risch等首次提出GWAS概念,指出在人類複雜疾病的遺傳學研究中,不再受預先設定的候選基因限制,可以在全基因組水平上檢測每個基因的遺傳變異並進行更大規模的基因檢測。Hansen等在GWAS概念提出後最先在植物上進行了應用,經分析發現在全基因組範圍內的四百四十個AFLP標記中有二個標記與海甜菜的生長習性顯著相關。Klein首次在人類疾病中利用GWAS發現complement factor H基因與人類視網膜黃斑病呈顯著相關,以上研究標誌著GWAS方法真正應用到人類疾病和動植物複雜性狀的遺傳領域的研究中。
 
一、GWAS研究方法
  在畜禽遺傳育種研究過程中,為得到既可靠又準確的結果,需根據不同的試設計選擇合適的GWAS分析方法。目前GWAS研究主要採用以下幾種統計分析方法:1.病例-對照分析法 ( case-control analysis ),主要檢測在全基因組範圍內病例組和對照組基因型的分布特徵和差異,若兩者之間存在顯著性差異則表明該遺傳差異和疾病有相關性,主要應用於人類疾病易感基因等質量性狀的研究;2.基於隨機群體的關聯分析 ( population-based association analysis ),通過協方差分析研究SNP位點與目標性狀是否有關聯性,主要應用於動物經濟性狀候選基因等數量性狀的研究;3.基於家系 ( family-based association ) 的關聯分析,不受樣本群體分層或其他混雜因素的影響,具有更高的可靠性。利用加入樣本完整的系譜信息,結合傳遞不平衡檢驗法 ( transmisstion dise-quilibrium test, TDT ) 對SNP位點與目標性狀進行關聯分析,該種方法可以有效地避免群體間複雜的親緣關係造成的假陽性。
 
二、GWAS在畜禽中的應用
  隨著基因組學技術的不斷發展,推動了第二代和第三代測序技術的快速發展,測序成本逐漸降低,為動物高密度芯片的開發與應用奠定了基礎。目前已經成功在牛、豬、綿羊、山羊、雞等不同物種上得到應用,推動了GWAS在動物遺傳育種上的快速發展,並湧現出大量的研究成果。
 
GWAS在豬複雜性狀中的應用
  中國是養豬大國,豬遺傳育種的研究尤為重要。自二○○九年Illumina公司成功研發出豬60 K SNP芯片,國內外越來越多的研究者開始對豬的各種經濟性狀進行GWAS研究,並鑒定出相應的候選基因,主要研究性狀包括生長、繁殖、肉質、易感等性狀。
(摘自南京農業大學出版「畜牧與獸醫」第五十二卷第五期,P.147~P.151)
(詳細內容請參閱2020年10月號現代養豬第63頁)