SNP标记在动物遗传育种学中的应用动物学论文生物学论文文档格式.docx

1、单苷酸多态性 （single nucleotide polymorphism, SNP） 标记是一种发生在基因组特定位点的单个核苷酸突变的遗传标记, 其丰富度高、密度大、易于进行基因分型, 广泛应用于动植物育种、抗病性基因标记、优势品种筛选和疾病相关基因的鉴定中。本文首先对SNP遗传标记在动物群体遗传结构、遗传图谱构建、标记辅助选择、亲缘关系鉴定以及 优势等方面的应用进行介绍, 其次简述了在人类疾病动物模型中SNP位点与某些疾病的关联性, 以期为SNP分子标记技术在动物遗传育种及人类疾病动物模型的建立、遗传学分析等方面的应用提供参考。 关键词：单核苷酸多态性 （SNP） ,遗传标记,动物遗传学

2、,疾病动物模型 单核苷酸多态性 （single nucleotidepolymorphism, SNP） 是指由单个核苷酸在基因组水平发生变异造成DNA序列多态性, 这种变异包括单个碱基的转换、颠换、缺失、插入共四种情况, 但主要以转换和颠换为主, 二者出现的比例为211。转换指嘌呤碱基A与G、嘧啶碱基T与C之间相互替代, 颠换则是嘌呤和嘧啶碱基之间 （C A, G T, C G, A T） 的替换, 当这种变异在群体中所占比例大于等于1%时即为SNP2。常见的SNP基本上属于二等位多态性, 即DNA序列中的4类碱基中某2类碱基之间的变异, 其既可以出现在基因编码区, 也可以出现在非编码区,

3、虽然发生在编码区的概率相对较小, 但会影响基因的功能, 导致生物性状改变, 在遗传性疾病的研究中具有非常重要的意义。全基因组关联分析 （GWAS） 以整个基因组的SNP为分子标记, 在全基因组水平上进行相关性分析, 从中找到影响某一性状的变异基因或SNP关键位点3。SNP作为第三代遗传标记, 其分布密度高, 遍布于整个动物和人类基因组中;与功能基因具有高度关联性;突变率低, 遗传稳定性强;检测通量高便于自动化分析4。因此广泛应用于生物学、农学、医学、生物进化等众多领域, 同时在分子遗传学、药物遗传学、法医学以及疾病的预测、诊断和治疗等方面也发挥着重要作用。某些SNP位点并不直接与疾病基因的表达

4、相关联, 但因为它与某些致病基因相邻, 所以成为重要的遗传标记。本文旨在介绍SNP标记位点在动物遗传育种以及人类疾病动物模型中的应用。 1 SNP标记位点在动物遗传学研究中的应用 1.1 群体遗传结构及遗传多样性分析 在分子层面研究物种遗传多样性主要基于物种基因组之间结构变异的检测, 基因组之间的结构变异主要在遗传变异上体现, 其中最重要的遗传变异是SNP。李银银等5采用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱 （MALDI-TOF-MS） 技术对来自国家啮齿类实验动物种子中心的2个ICR群体 （ 、上海） 和1个KM封闭群 （上海） 小鼠样本的45个SNPs进行群体遗传结构分析, 这3个群体的遗传多

5、样性杂合度结果为SKMBICRSICR, 可以认为KM小鼠的遗传多样性高于 和上海的ICR小鼠群体。赵紫霞等6利用57 K SNP芯片检测了来自不同地域的6个虹鳟养殖群体 （黑龙江虹鳟、黑龙江金鳟、四川虹鳟、四川金鳟、 虹鳟和 金鳟） , 共获得有效SNP位点50201个, 分析得出这6个养殖群体中有显着离群个体存在, 即这些群体的遗传背景不均一, 为我国虹鳟的种质资源评估、本土化良种培育、制种和引种工作提供了基因组水平的参考信息。Nicoloso等7用Goat SNP50 BeadChip对14个意大利山羊群体 （VAL、CAM、SAA、ORO、BIO、VPS、CGI、TER、ASP、NIC

6、、ARG、GIR、MAL、SAR、SAM） 共354个样本进行基因分型, 最终得到51136个有效SNP位点, 结果显示, Fst值的变化范围为0.0130.1 , 其中NIC群体的近交系数 （FIS） 值有显着性差异, 即该群体中有较多的纯合子。应用SNP标记对不同种群进行群体结构分析, 评估群体的遗传多样性, 可以为特殊种群的资源培育提供依据, 同时也为推测群体的进化关系提供参考。 1.2 遗传图谱构建 遗传图谱即遗传 图谱, 是通过遗传重组交换结果进行 分析所得到的基因在染色体上相对位置的排列图, 遗传图谱上SNP位点越多, 分布越均匀, 性状基因定位就越精确。Du等8构建了首张凡纳滨对

7、虾SNPs 图谱, 该图谱共包含1344个SNPs标记位点, 其中45个与性别相关的平均 群中含有418个SNPs, 同一 群平均 不平衡程度为0.15, 且不平衡水平随着标记间距的减少而增加, 有一个数量性状定位 （QTL） 与性别相关, 该遗传图谱为以后虾基因组学的研究奠定了基础。郑先虎等9用简单重复序列标记 （SSR） 和SNP标记构建了鲤鱼的 图谱并对体长 （SL） 、体高 （H） 、体厚 （BT） 和体长/体高 （SLH） 进行了QTL定位分析, 发现有14个QTL分布在7个 群上, 其中3个与体高相关 （P0.01） , 2个与体厚相关 （P0.05） , 2个与体长/体高相关 （

8、P0.05） 。Xie等10首次利用LEP MAP构建了南方鲇 （Silurus meridionalis） RAD-SNP遗传图谱, 该图谱包括29个 群, 26714个SNPs, 其中有效位点有6715个, 图谱全长5918.31cM, 平均标记间隔为0.89 cm, 遗传图谱的构建为南方鲇在比较基因组学、QTL、选择性育种等方面的研究提供了重要的依据。SNP遗传稳定性较高, 遗传 图谱的构建可以将物种中与某一特定性状相关的基因准确定位在染色体上。 1.3 标记辅助选择 遗传标记是指用于区分不同个体和群体并且可以稳定遗传的物质或性状, 分子遗传标记稳定性高, 信息含量大, 受环境因素影响小

9、, 其变异只与DNA序列的差异有关, 可以监测到形态学上无法发现的差异。 1.3.1 生长性状相关功能标记 SNP标记稳定性好, 易于进行基因分型, 且不受环境、性别、生长发育等的限制, 可以缩短世代间隔、提高选择强度, 在一定程度上促进了分子标记辅助育种的发展。梁国明等11对3个母猪品种共计328个个体采用直接测序法克隆ZP4基因中的SNP位点, 共检测到27个SNPs, 其中A268T位点在3个母猪群体中均与总产仔数显着关联 （P0.05） , A268T在长白猪和大白猪群体中与产活仔数显着关联 （P0.05） , T2950C与A268T紧密 但该位点突变与产仔数关联不明显, ZP4基因

10、可以作为猪产仔数的候选标记。陈小明等12利用Illumina Hi SeqTM2500测序平台对40个大黄鱼样本 （20尾耐高温和20尾不耐高温） 进行简化基因组测序, 共筛选到38个与大黄鱼耐高温性状显着相关的SNPs位点, 定位每个SNP位点在大黄鱼基因组中的位置发现38个SNPs附近有26个已知的功能基因, 这些基因主要与细胞转录、代谢、免疫等功能相关, 该定位可为大黄鱼耐高温分子机制研究及耐高温品种的选育提供标记。齐传翔等13从136头大白母猪和47头长白母猪耳组织中提取基因组DNA, 通过PCR-测序检测CBR1基因不同拷贝形式的多态位点, 分析发现长白猪中的SNPs位点与繁殖性能无

11、相关性, 但大白猪中有5个SNPs位点与产仔数呈显着性相关, CBR1基因可以作为大白猪繁殖性能选育的候选基因。胡培丽等14在研究SNP与小鼠 （615、DBA/2 J、C3H/HeJ、C57BL/6 J、BALB/cJ5和F1 （615C3H） 共6个品系） 生化标记基因Car2、Gpi1多态性关联分析中发现, 6个不同品系小鼠中Car2基因DNA、cDNA中有3个SNP可以作为Car2a/b多态相关性标记;Gpil基因cDNA水平有2个SNP可以作为Gpila/b多态性标记。 1.3.2 抗病性相关功能标记 分子遗传标记与动物抗病性育种的结合极大程度地推进了动物疾病的研究, 为进一步分离鉴

12、定抗性单基因以及转基因动物的发展奠定了基础。Tan等15通过对3个鲶鱼家系进行GWAS, 发现了6个与鲶鱼肠道败血症抗病性相关的基因组区域分布在4个 群上, 在其中3个基因组区域发现了显着的QTL, 位于1号和26号 群上, 此外, Tan S等人在1号 群上确定了10个相关基因 （asb10, scnn1a, mylk, ccr7, crhr1, nlrc3, adcy2, ptprj, nlrp12和tmeff1） 。柴欣等16在团头鲂的MHCII基因上筛选获得21个抗原结合位点, 其中有4个位点发生变异, 变异率为19.05%, 经分析发现团头鲂MHCII基因的多态性和抗细菌性败血症呈显

13、着性关联。王文浩等17在京海黄鸡4号和10号染色体上检测到与 抗体滴度相关的SNPs位点, 其中10号染色体上的SNPs位点在Nsun7 （RNA甲基转移酶家族基因） 内部, 与细胞增殖分化、蛋白质合成等有关, 可作为该鸡 抗病性状的候选基因。Naderi等18将6744个荷斯坦弗里生牛个体分成不同的数据集来研究随机森林 （RF） 和基因辅助BLUP法对基因组预测的准确性, 用50 K SNP对样本基因组分型, 通过RF对SNPs进行显着性关联分析发现GPAT3和CYP2R1可作为临床 炎的潜在候选基因;SpIK5和SLC26A2是爪病的潜在候选基因, FGF12是子宫内膜炎候选基因。酮症是高

14、产奶牛中常见的代谢疾病, Kroezen等19对653头加拿大荷斯坦奶牛进行单SNP关联分析, 发现15个SNPs可作为酮症遗传标记, 6个易感基因发生突变造成该牛酮症易感性。 SNP标记辅助选择是从分子遗传层面发现性状的遗传差异或与QTL 的遗传标记, 从核酸水平研究遗传物质, 鉴定基因功能并进行相关通路机制的分析。生长性状和抗病性相关功能标记是目前动物研究中应用最广的遗传标记, 可以精确定位到单个碱基的变异与表型性状的关联性分析。 1.4 亲缘关系鉴定 准确判定个体间的亲缘关系在育种实践中具有重要作用。余国春20用Illumina Porcine SNP60芯片对杜洛克猪、长白猪和约克夏猪

15、三个家猪品种和一个野猪品种 （藏猪） 及其 后代长大二杂猪、杜长大三杂猪、杜藏二杂猪共24个个体进行SNP分型及全基因组扫描, 用SNP标记对全部24个样本进行亲缘鉴定, 得到2个三代的血缘关系和1个两代的血缘关系系谱, 置信度可达99.99%。郭立平21筛选了50个SNPs位点对西门塔尔牛群体进行亲子鉴定, 该标记组合的MAF为0.4818、预期杂合度 （He） 为0.4998、多态信息含量 （PIC） 的平均值为0.3748, 当母本基因型不确定时其累计排除概率为0.9989, 该结果可以纠正系谱图, 提高遗传评定的准确性。Edea等22采用绵羊Infinium HD SNP （600 K） 芯片对埃塞尔比亚五种不同表型 （ArsiBale, Horro, Adilo, Menz和Blackhead Somali） 的绵羊群体进行基因分型, 最小等位基因频率分别为 （0.190.16） , （0.210.16） , （0.200.16） , （0.210.16） , （0.200.16） ;观测杂合度 （Ho） 分比为0.30, 0.30, 0.30, 0.33,