一种筛选牛寒冷气候适应基因DNAJC18和功能性分子标记的方法及其应用技术

本发明专利技术属于动物遗传育种技术领域，具体涉及一种筛选牛寒冷气候适应基因DNAJC18和功能性分子标记的方法及其应用。本发明专利技术选择分布于北方和南方的牛品种，利用牛高密度SNP芯片进行基因分型，整合FLK和hapFLK两种基因组选择信号分析方法，比较分析南北方牛之间和牛品种内的基因组选择信号，鉴定受到强烈选择的区域和正选择基因，筛选出适应寒冷环境的基因及其分子标记；并利用牛的重测序数据进一步挖掘潜在的功能标记，并建立相应检测技术。本发明专利技术为寒冷地区特色牛品种的培育等分子育种提供了科学依据和简单易行的检测技术；同时对于地方牛品种遗传资源的保护、评价和利用具有重要意义和价值。义和价值。义和价值。

【技术实现步骤摘要】
一种筛选牛寒冷气候适应基因DNAJC18和功能性分子标记的方法及其应用


[0001]本专利技术属于动物遗传育种
，具体涉及一种筛选牛寒冷气候适应基因DNAJC18和功能性分子标记的方法及其应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]由于全球气候不断变化，极端气候对畜牧业生产带来了严峻挑战，这种状况可能会威胁到以畜牧业为基础的粮食安全(Hristov等人，2018；Bayssa等人，2021)，因此，动物对未来环境的适应性显得极为重要(Strand
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n等人，2019)。据联合国粮食及农业组织(FAO)统计，目前已知存在1000多个牛品种(FAO，2015年)。许多牛品种在经济性状方面表现不佳，但它们对当地环境的适应性很强。环境适应性是一种珍贵的资源，也是目前牛品种遗传改良的重要特征(Yurchenko等，2018)。深入了解环境适应性性状的分子遗传基础，将有助于现代牛的可持续育种计划的设计。
[0004]适应性进化作为一种重要的生物学机制，可以迅速帮助物种克服环境压力(Hoffmann和Sgro，2011)。快速的气候变化可能会给动物带来广泛的、新的选择压力，而环境驱动的选择会在基因组上留下不同的选择信号(Yurchenko等人，2018；Pitt等人，2018)。基于冷适应牛品种的基因组数据，联合选择性信号和全基因组关联分析，鉴定出几个可能与寒冷适应有关的基因(Yurchenko等，2018；Weldenegodguad等，2019；Igoshin等，2019；Shen等，2020；Igoshin等，2021)。该领域虽然取得了一些进展，但是，对于有关牛寒冷适应的分子遗传基础仍然知之甚少。
[0005]已有的证据表明，人类是在大约1万年前的近东地区开始进行牛的驯化，形成了无肩峰的普通牛(Bos taurus taurus)，大约8000年前开始在南亚出现有肩峰的瘤牛(Bos taurus indicus)。驯化后，牛在中国扩散传播并适应不同的农业生态环境(Wang等人，2021)，包括不同的气候温度。例如，雷琼牛(Leiqiong,LQ)、吉安牛(Ji
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An,JA)涠洲牛(Weizhou,WZ)分布在南方的温暖地区，而蒙古牛(Monglian，MG)、延边牛(Yanbian,YB)和复州牛(Fuzhou,FZ)分布在北方的寒冷地区。这些品种为解析动物适应寒冷环境的遗传机制提供了很好的模型。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术，本专利技术提供一种筛选牛寒冷气候适应基因DNAJC18和功能性分子标记的方法及其应用。本专利技术选择分布于北方(年平均气温低于10.3℃)和南方(年平均气温高于20.2℃)的牛品种，利用牛高密度SNP芯片进行基因分型，整合FLK和hapFLK两种基因组选择信号分析方法，比较分析南北方牛之间和牛品种内的基因组选择信号，鉴定受
到强烈选择的区域和正选择基因，筛选出适应寒冷环境的基因及其分子标记；并利用牛的重测序数据进一步挖掘潜在的功能标记，并建立相应检测技术。本专利技术为寒冷地区特色牛品种的培育等分子育种提供了科学依据和简单易行的检测技术；同时对于地方牛品种遗传资源的保护、评价和利用具有重要意义和价值。基于上述研究成果，从而完成本专利技术。
[0007]本专利技术的目的之一在于提供一种筛选牛寒冷环境适应基因和功能性分子标记的方法。
[0008]本专利技术的目的之二在于提供上述方法的应用。
[0009]为实现上述目的，本专利技术涉及以下技术方案：
[0010]本专利技术的第一个方面，提供一种筛选牛寒冷环境适应基因和功能性分子标记的方法，所述方法至少包括：
[0011]基于SNP芯片检测分析不同温区牛品种DNA样品；
[0012]基于FLK和hapFLK基因组选择信号分析方法进行分析，筛选受到显著正选择的单核苷酸多态SNPs以及候选基因，整合基因功能注释筛选筛选寒冷适应候选基因和SNP分子标记以及单倍型。
[0013]具体的，本专利技术基于FLK和hapFLK分析方法比较分析最具代表性的低温牛(蒙古牛、复州牛和延边牛)和高温牛(雷琼牛、吉安牛和涠洲牛)两组的基因组选择信号，筛选受到显著正选择的单核苷酸多态SNPs、差异选择性清除区域(DSRs)、候选基因；对候选基因进行功能注释。
[0014]基于FLK和hapFLK方法分析15个中国地方牛品种的基因组选择信号，构建DSR或者正选择基因的局部SNP和单倍型系统进化树，分析正选择基因在哪些牛品种受到选择及其受选择的强度(显著性)。
[0015]进一步的，基于上述方法，本专利技术筛选鉴定出DNAJC18基因为牛寒冷适应相关的关键基因，因此，可作为牛寒冷适应性的分子标记；更进一步的，牛寒冷适应性分子标记还包括位于该基因上6个单核苷酸多态位点：g.52333556G>A；g.52330271G>A；g.52321102A>C；g.52312937A>G；g.52317683A>G；和g.52336462G>A。其中，单核苷酸多态位点g.52333556的选择信号最强，因此，最为适合作为牛低温适应的分子标记；同时筛选鉴定获得牛寒冷适应的单倍型为AAAGGG。
[0016]本专利技术的第二个方面，提供上述方法在筛选适合适合寒冷地区生存的牛个体(群体、品系或品种)中的应用。
[0017]上述一个或多个技术方案的有益技术效果：
[0018]上述检测方法具有独创性，针对牛品种寒冷适应的遗传特性，从基因组进化、选择和适应的角度，选择分布于南方、北方的地方牛品种，整合多种基因组选择信号分析方法和策略，高效准确筛选适应寒冷环境的关键基因DNAJC18和相关分子标记，上述方法设计合理，依据关键基因和标记设计的检测方法，具有准确性高、应用操作简便的特点；
[0019]采用上述技术方案提供的方法可以有效筛选出具有寒冷适应性强的个体，对寒冷地区牛品种的育种工作以及遗传改良具有重要意义。上述技术方案为牛种质资源保护利用以及品种起源研究提供技术，从而极大大节省育种的成本和特色种质培育的时间，并获得良好的经济效益和社会效益，因此具有良好的实际应用之价值。
附图说明
[0020]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0021]图1为本专利技术实施例1中南北方牛(热适应和冷适应)品种之间FLK和hapFLK比较基因组选择信号；其中，图1A为FLK，图1B为hapFLK。
[0022]图2为本专利技术实施例1中采用FLK和hapFLK两种方法检测到的正选择基因及共同基因数量。
[0023]图3为本专利技术实施例1中牛第7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种筛选牛寒冷适应基因和功能性分子标记的方法，其特征在于，所述方法至少包括：基于SNP芯片检测分析分析不同温区牛品种DNA样品；基于FLK、hapFLK和XPEHH基因组选择信号分析方法进行分析，筛选受到显著正选择的单核苷酸多态SNPs以及候选基因，整合基因功能注释筛选寒冷适应的SNP分子标记以及单倍型。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：S1.不同温区牛品种样品的采集及DNA提取；S2.采用SNP芯片进行检测分析；S3.基于FLK、hapFLK基因组选择信号分析；S4.基于步骤S3生成FLK和hapFLK分析的曼哈顿图；S5.受正选择遗传变异和差异选择区域的鉴定；S6.基于候选基因的筛选策略筛选候选基因和SNP标记；S7.差异选择区域的正选择信号验证。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体方法包括：S1.1选择不同温区的普通牛、瘤牛品种，以及普通牛和瘤牛的混合品种；S1.2采集步骤S1.1选择的牛的血液，提取牛血液组织中的DNA。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S2具体方法包括：S2.1使用SNP芯片对样品进行分析，并进行基因分型；S2.2对SNP数据进行过滤，删除X、Y和线粒体染色体上的SNPs；S2.3将检出率低于90％或小等位基因频率低于5％的SNP过滤掉，对剩余符合要求的SNP做进一步分析。5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S3具体方法包括：S3.1使用FLK和hapFLk对低温适应牛和高温适应牛两组进行基因组选择信号比较分析；S3.2进行选择信号FLK和hapFLK基因组扫描和局部进化树的构建，将Nelore牛品种作为远源群体；S3.3利用FLK和hapFLK的分析结果，使用Python和R脚本为DSR或者正选择基因构建全基因组和局部进化树；并通过在R脚本中拟合全基因组的标准正态分布来计算hapFLK的P值。6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S4具体方法包括：以选择信号值位于0.1％的SNP所对应的最小FLK值和hapFLK值作为曼哈顿图中显著线的域值；步骤S5具体方法包括：S5.1选用每种分析方法所得出的信号值排名前0.1％的SNP标记定位受选择的SNPs，将基因限定在每个显著SNP上下游50Kbp以内，该区域称为选择性清除区域(DSR)，将有重叠的区域串联在一起，构成独立的正选择区域；S5.2使用UCSC基因组...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宁，赵立虹，王金鹏，高亚平，肖遥，魏晓超，鞠志花，张亚冉，杨春红，刘文浩，黄金明，
申请(专利权)人：山东省农业机械科学研究院，
类型：发明
国别省市：