文献分享 | 中国荷斯坦牛繁殖性状的全基因组关联分析

2023年12月，《Genes》期刊发表了题为Genome-Wide Association Analysis of Reproductive Traits in Chinese Holstein Cattle的文章。

该研究利用基因芯片进行全基因组关联分析（GWAS），探索中国荷斯坦牛繁殖性状的潜在SNP位点，以期识别与性状相关的候选基因，推动奶牛分子育种的应用。

研究背景

全基因组关联研究（GWAS）是将单核苷酸多态性（SNP）作为全基因组范围的分子遗传标记，借助自然种群在长期进化进程中因重组所产生的连锁不平衡（LD）现象，其核心目的在于识别与特定性状关联的SNP及候选基因。随着测序技术和高通量基因分型技术的进步，GWAS已成为分析遗传变异的关键工具。自高密度芯片技术应用于牛类以来，家畜领域的GWAS研究日益广泛且深入。

繁殖性状是奶牛的重要的经济性状，随着基因组育种技术的不断成熟，关于奶牛繁殖性状的GWAS研究也如雨后春笋般涌现，但包括产犊间隔（calving interval，CI）、产犊难易度（Calving Ease，CE）、小母牛受孕率（Heifer conception rate，HCR）、成年母牛受孕率（Cow conception rate，CCR）和女儿受孕率（daughter pregnancy rate ，DPR）在内的繁殖性状GWAS还鲜有报道。

研究方法与结果

该研究从643头荷斯坦牛的尾根部采集血液并提取DNA，然后利用基因芯片进行基因分型，运用主成分分析（PCA）评估群体结构。基于混合线性模型进行GWAS分析，以研究繁殖性状与全基因组SNPs之间的关联。

经过显著性检验群体分层分析后，筛选出与繁殖性状显著相关的SNPs，并在这些SNPs的上下游50kb范围内搜索候选基因。

为深入了解这些候选基因的功能，学者们对其进行了功能注释，即详细描述其生物学功能，包括它们在细胞过程中的作用、参与的信号通路以及与其他基因的相互作用。

使用DAVID数据库对繁殖性状相关的候选基因进行富集分析，从而揭示这些基因在繁殖性状中的潜在作用机制，最终识别了与小母牛受孕率（HCR）、成年母牛受孕率（CCR）和女儿受孕率（DPR）相关的候选基因。

繁殖性状及其相关候选基因

HCR(5个):VWC2L、STAT1、PPP3CA、LDB3、CTNNA3

CCR(5个):PAEP、ACOXL、EPAS1、GLRB、MARVELD1

DPR(9个):PDE1B、SLCO1A2、ARHGAP26、ADAM10、APBB1、MON1B、COQ9、CDC42BPB、MARVELD1、HPSE2

研究结论

该研究利用基因芯片基于混合线性模型对中国荷斯坦牛繁殖性状开展全基因组关联分析，成功识别出多个与目标性状显著相关的SNP位点及候选基因，为我国荷斯坦牛精准育种提供了理论基础与方向，后续可深入验证候选基因功能，明确作用机制，同时扩大样本量和研究范围，挖掘更多关联基因及其分子机制。