發(fā)布時(shí)間：2018-04-14 19:41

  本文選題：奶牛 + 乳房炎��； 參考：《中國農(nóng)業(yè)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：揭示復(fù)雜或數(shù)量性狀遺傳結(jié)構(gòu)(Genetic architecture)(例如致因突變的分布及其效應(yīng))和基因組預(yù)測(cè)(Genomic prediction),是人類醫(yī)學(xué)、動(dòng)植物育種和進(jìn)化研究中的重要組成成分。復(fù)雜性狀的遺傳變異通常受到極少量大效應(yīng)基因和大量微效基因的共同控制。當(dāng)樣本量不夠大的時(shí)候,傳統(tǒng)的單核苷酸多態(tài)性(Single nucleotide polymorphism,SNP)回歸分析很難檢測(cè)到其中的微效基因。復(fù)雜性狀的致因突變通常會(huì)聚集在特定的基因組區(qū)域內(nèi),本文把這些基因組區(qū)域稱為基因組特征(Genomic feature)�；�因組特征可以利用各種生物學(xué)知識(shí)去定義,比如基因、信號(hào)通路以及功能基因組學(xué)的研究結(jié)果。通過評(píng)估基因組特征中所有遺傳標(biāo)記對(duì)復(fù)雜性狀的整體效應(yīng),有助于揭示復(fù)雜性狀的遺傳基礎(chǔ),從而提高基因組預(yù)測(cè)或選擇的準(zhǔn)確性。本文把這方法稱為基因組特征模型分析(Genomic feature model analysis)。在第一章文獻(xiàn)綜述里,本文總結(jié)和討論了 1)基因組特征的定義方法,2)基因組特征的分析、應(yīng)用以及潛在的挑戰(zhàn)。更好地了解基因組特征模型分析的細(xì)節(jié),將有助于結(jié)果的解釋,并確保不同研究之間結(jié)果的可比性。針對(duì)奶牛的乳房炎和三個(gè)產(chǎn)奶性狀(包括產(chǎn)奶量,乳蛋白量和乳脂量),本研究進(jìn)行了四個(gè)性狀的基因組特征模型分析。主要結(jié)果如下:研究1:本研究旨在鑒定奶牛金葡菌乳房炎的候選基因、miRNA以及信號(hào)通路。在高濃度(109 cfu/mL)或低(106cfu/mL)濃度金葡菌體內(nèi)感染荷斯坦牛乳腺24小時(shí)后,通過與陰性對(duì)照組乳腺(注射生理鹽水)比較,研究了奶牛乳腺組織中轉(zhuǎn)錄組和miRNA組的表達(dá)水平的改變情況,并與牛的數(shù)量性狀基因座(Quantitative traits loci,QTL)數(shù)據(jù)庫(cattle QTL database)進(jìn)行了比對(duì)分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在高濃度金葡菌感染的乳腺組織中,鑒定出194個(gè)顯著差異表達(dá)的基因(FDR0.05,|log2(差異倍數(shù))丨1)和2個(gè)顯著差異表達(dá)的miRNA,而在低濃度金葡菌感染的乳腺組織中僅發(fā)現(xiàn)21個(gè)顯著差異表達(dá)基因,且未發(fā)現(xiàn)差異表達(dá)的miRNA。這一結(jié)果顯示,奶牛乳腺轉(zhuǎn)錄組和miRNA組對(duì)金葡菌感染的反應(yīng)具有劑量依賴性。高濃度金葡菌感染后,與先天性免疫相關(guān)的許多生物學(xué)通路受到了影響,包括細(xì)胞因子-細(xì)胞因子受體互作通路和炎癥反應(yīng)通路等。通過與之前報(bào)道的奶牛乳房炎相關(guān)QTL的比對(duì)分析,共鑒定出28個(gè)金葡菌乳房炎相關(guān)候選基因,包括CXCL14,KIT和SLC4A11 等。研究2:為了探究乳房炎和產(chǎn)奶性狀的遺傳及生物學(xué)基礎(chǔ),本研究利用SNP-set test方法整合分析了 GWAS和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),大腸桿菌內(nèi)毒素(LPS)感染奶牛乳腺3小時(shí)后,肝臟組織中的差異表達(dá)基因與乳房炎更相關(guān);而在感染后期(6-48小時(shí)),差異表達(dá)基因與產(chǎn)奶性狀更相關(guān)。在大腸桿菌感染24小時(shí)后,乳腺組織里的差異表達(dá)基因與乳房炎更相關(guān),而肝臟中的差異表達(dá)基因和產(chǎn)奶性狀更相關(guān)。另外,上調(diào)和下調(diào)的差異表達(dá)基因分別與乳房炎和產(chǎn)奶性狀更相關(guān)。類似的結(jié)果存在于三個(gè)品種中,即荷斯坦牛、娟姍牛以及北歐紅牛。隨后,利用基因組特征線性混合模型(Genomic feature linear mixed model,GFLMM)對(duì)SNP-set test中最顯著的基因組特征進(jìn)行基因組變異剖分。結(jié)果發(fā)現(xiàn),相對(duì)于其含有的SNP占全部SNP的比例,這些基因組特征能更大比例的解釋遺傳變異。研究3:通過利用LPS感染后肝臟中的差異表達(dá)基因構(gòu)建基因組特征,應(yīng)用基因組特征最佳線性無偏估計(jì)模型(Genomic feature best linear unbiased prediction,GFBLUP)對(duì)乳房炎和產(chǎn)奶性狀在品種內(nèi)和品種間的基因組預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在品種內(nèi),相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)GBLUP模型,GFBLUP模型的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性略有提高(約3%)。而在跨品種預(yù)測(cè)中(即利用荷斯坦牛作為參考群體去預(yù)測(cè)娟姍牛),GFBLUP相對(duì)于GBLUP的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性有明顯的增加(132.2%)。SNP-set test的結(jié)果與GFBLUP的預(yù)測(cè)能力呈正相關(guān)(P0.05),表明SNP-set test可作為一種計(jì)算簡(jiǎn)便的方法去預(yù)篩出重要的基因組特征,用于建立更準(zhǔn)確的GFBLUP或類似的模型。研究4:方法與研究3類似,但基因組特征的定義不同,研究4中使用了 Gene Ontology(GO)數(shù)據(jù)庫。GO中詳細(xì)的基因功能注釋使本研究能夠進(jìn)一步研究乳房炎和產(chǎn)奶性狀的生物學(xué)機(jī)制。結(jié)果發(fā)現(xiàn),與免疫相關(guān)的GO條目和乳房炎更相關(guān),而與代謝相關(guān)的GO條目和產(chǎn)奶性狀更相關(guān)。與GBLUP相比,一些具有生物學(xué)意義的GO條目使GFBLUP的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性在品種內(nèi)和品種間均得到了提高。然而,目前大約只有20%的�；�因注釋到了 GO數(shù)據(jù)庫中,這極大限制了本研究的進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)。綜上,基因組特征模型分析可以整合不同來源的生物學(xué)知識(shí),去探討復(fù)雜性狀的遺傳和生物學(xué)基礎(chǔ),并有助于提高基因組選擇的準(zhǔn)確性。隨著生物學(xué)知識(shí)的迅速積累,基因組特征模型分析將變得越來越有用,尤其是針對(duì)測(cè)序水平遺傳標(biāo)記的分析。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S823

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本文編號(hào)：1750741