前言

扇貝因其肉質(zhì)鮮嫩，含有大量可消化的蛋白質(zhì)、必需氨基酸和豐富的礦物質(zhì)已經(jīng)成為人們餐桌上必不可少的一種美味佳肴。為了提高養(yǎng)殖扇貝的產(chǎn)量及抗病性，近年來中國海洋大學(xué)聯(lián)合其他合作單位通過人工選育，培育出了海大金扇貝和獐子島紅2個優(yōu)良品種，二者在生長和生產(chǎn)性狀上具有良好的表現(xiàn)。

然而，目前對蝦夷扇貝2個優(yōu)良品種的群體分化、基因組連鎖不平衡模式以及選擇特征的分析還缺乏全面的研究。人工培育的品種與野生品種在基因組層面上究竟存在哪些不同呢？或許本篇文章可以為你解答一部分疑惑。

論文名稱：Genomic differentiation and selection signatures of two elite varieties of Yesso scallop?Mizuhopecten yessoensis

發(fā)表期刊：Aquaculture

影響因子：4.242

作者單位：中國海洋大學(xué)

涉及的歐易生物服務(wù)產(chǎn)品：全基因組重測序、簡化基因組2b-RAD

研究背景

培育新的優(yōu)良品種除了具有較高的市場價值外，還為優(yōu)良性狀的遺傳分析提供了寶貴的資源。近年來，得益于高通量測序技術(shù)的成本下降，一些新的經(jīng)濟(jì)有效的基因分型方法已被用于識別這些新品種中與經(jīng)濟(jì)重要性狀相關(guān)的基因，然而對于人工選擇品種的多樣性和分化程度及優(yōu)良經(jīng)濟(jì)重要性狀相關(guān)的選擇性標(biāo)簽，目前仍存在一定的認(rèn)識差距。

因此，本研究對大連市漳子島的兩個人工品種“海大金扇貝”(HD)，“獐子島紅扇貝”(ZH)和一個參考群體(DL)進(jìn)行全基因組重測序分析。本研究旨在利用高密度SNP基因分型數(shù)據(jù)，評估兩個品種間的遺傳變異和分化，并檢測其基因組選擇特征。本文研究結(jié)果將為現(xiàn)有扇貝基因組資源提供有用的補(bǔ)充，助力蝦夷扇貝的遺傳改良和分子生物學(xué)研究。

研究內(nèi)容

本研究對30份（18個參考種群(DL)采集自獐子島沿海多個地點(diǎn)的自然種群，6個海大金扇貝”(HD)，6個“獐子島紅扇貝”(ZH)）蝦夷扇貝進(jìn)行了全基因組重測序建庫在X-ten平臺上進(jìn)行測序，信息分析時整合82個個體（49個HD，33個ZH）的2b-RAD簡化基因組測序結(jié)果對進(jìn)組水平進(jìn)行了分析，鑒定出與性狀相關(guān)的候選基因。

研究思路

研究結(jié)果

一、突變體發(fā)現(xiàn)和注釋

1、質(zhì)控后共獲得9534749個SNP，平均深度為20x（7418855個/個體）（Table1）

2、19條染色體共篩選得到885306個SNP（91.1%）：所有SNP均勻分布在染色體上，平均每Kb大約有10個SNP且SNP數(shù)目與染色體總長度存在較高相關(guān)系數(shù)。（Table1）（圖a）

3、核苷酸替換模式比例情況：50.96%被劃分為轉(zhuǎn)換(A/G和C/T)，49.04%被劃分為顛換(A/C、A/T、C/G和G/T)

4、52.8%的SNPs位于基因間區(qū)，47.2%位于包括外顯子、內(nèi)含子、UTR在內(nèi)的基因區(qū)。值得注意的是，在外顯子區(qū)鑒定出的287,046個SNPs位于21,382個不同的基因上，平均每個基因有13個SNPs?？梢哉J(rèn)為是開發(fā)SNP陣列的首選（Table2）。

(a)SNP distributions on the 19 chromosomes of Yesso scallop. The number of SNPs per 200 bp in the consensus?data was shown as color index.

二、遺傳多樣性

1、多態(tài)標(biāo)記比例(94.70%)、觀測雜合度(Ho = 0.3897)和預(yù)期雜合度(He = 0.3687)顯示，DL群體的遺傳多樣性最高，選擇群體的遺傳多樣性略低。

2、與DL群體相比，兩個人工選擇品種的多態(tài)性SNPs約少18%(圖b)。

(b)Upset plot shows the number of unique SNPs per group (individual dots below chart) and overlapping SNPs subsets among two or three groups.? ?

3、DL組(π = 2.25 × 10?5)的遺傳多樣性大于兩個人工選擇組(π = 1.76 × 10?5)，HD組(π = 1.76 × 10?5)與ZH組(π = 1.98 × 10?5)差異不大(圖c)。

(c)Nucleotide diversity (π) and population divergence (Fst) across three groups. The values in each circle represented nucleotide diversity for this?group, and the values on each line indicated population divergence between the groups and the p-value for the Fst estimated were in brackets.?

4、各群體的近交系水平均較低，HD和ZH的近交系水平略高于對照群體（Table3）。

三、種群分化和連鎖不平衡

1、種群分化分析顯示，以Fst值為基礎(chǔ)的組間種群分化程度中等，其中ZH組與HD組間的Fst值最高(0.0608)(圖c)。

2、全基因組連鎖不平衡(LD)表明，DL組相關(guān)系數(shù)均值(r2)在3 kb左右迅速下降，HD和ZH組下降相對較慢。

3、在>10 kb的距離，人工選擇品種的平均兩兩相關(guān)系數(shù)(r2)高于對照群體，這表明人工選擇在整個基因組中保留了相對較大的LD塊(圖d)。

(d)?Decay?of?linkage?disequilibrium?(r2)?with?physical?distance?(kilobases)?in?each?group.?Each?line?was?a?smoothed?fit?of?the?pairwise?linkage?disequilibrium?against?distance?per?population.

4、主成分分析(PCA)結(jié)果顯示，各群體中的個體緊密聚在一起，與其他群體明顯分離，表明品種內(nèi)部具有較高的同質(zhì)性(圖2a)。第1主成分(PC1)解釋了品種間總變異的10.18%，將HD和ZH從DL群體中分離出來。

5、鄰接樹分析也將樣本劃分為3個主分支，顯示出兩個人工品種(HD、ZH)之間的親緣關(guān)系較近(圖2b)，與PCA分析結(jié)果一致。

6、根據(jù)最優(yōu)亞群數(shù)(K = 2)確定了2個祖先群，得分高于0.80的紅群由12個個體組成，均為DL群體。在12個人工品種中，有7個個體表現(xiàn)出混合血統(tǒng)，DL得分低于0.2分，說明新品種對原始血統(tǒng)的代表性減弱。在K = 3時，有三個不同的成分與實(shí)際總體基本一致。在K = 3,4時的結(jié)果顯示，新的種群可以分為兩個明顯的亞群，具有不同的祖先，在參考種群中似乎有一些分化(圖2c)。

7、整合了82個人工品種的2bRAD數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)HD和ZH的14號染色體和18號染色體上有連續(xù)的高度分化的選擇區(qū)域。HD和ZH品種中共檢測到1079個和966個被選擇的基因；在HD群體中識別了溶血磷脂酰膽堿?；D(zhuǎn)移酶1(LPCAT1)，LPCAT1已被報(bào)道為參與內(nèi)收肌類胡蘿卜素積累的候選基因；ZH品種中，篩選到與免疫應(yīng)答和應(yīng)激耐受相關(guān)的候選基因，如TNF受體相關(guān)因子(TRAF)、磷脂酶D1 (PLD1)、羰基還原酶[NADPH] 1 (Cbr1)和鈣/鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶IV (CAMK4)。

Fig. 2. Population relationship and structure of the three Yesso scallop groups. (a) Principal component analysis (PCA). The first and the second principal components explained 10.18% and 7.46% of the genetic diversity, respectively. (b) A neighbor-joining tree constructed using SNPs data. (c) Admixture the individual?cluster values corresponding to each K value. The x-axis showed different samples. The y-axis quantified the membership probability of samples belonging to different?groups. Colors in each row represented structural components.?

四、人工選擇品種的選擇特征

1、應(yīng)用綜合遺傳分化（Fst）和核苷酸多樣性（π）的統(tǒng)計(jì)結(jié)果的復(fù)合測量來識別選定的基因組區(qū)域。Fst和π分?jǐn)?shù)分布比值均為前5%的基因組區(qū)域被視為潛在的選擇窗口，重疊窗口被合并以進(jìn)行進(jìn)一步分析(圖3b和圖4b)。來自兩種方法重疊區(qū)域的基因具有更強(qiáng)的選擇信號。發(fā)現(xiàn)HD和ZH的14號染色體和18號染色體上有連續(xù)的高度分化的選擇區(qū)域。HD和ZH品種中共檢測到1079個和966個被選擇的基因（圖3a和圖4a）。

2、在HD群體中識別了溶血磷脂酰膽堿?；D(zhuǎn)移酶1(LPCAT1)（圖3c），LPCAT1已被報(bào)道為參與內(nèi)收肌類胡蘿卜素積累的候選基因；ZH品種中，篩選到與免疫應(yīng)答和應(yīng)激耐受相關(guān)的候選基因，如泛素羧基末端水解酶CYLD（CYLD）、肌醇1,4,5-三磷酸受體1型（ITPR1）和β-己糖胺酶亞基β（HEXB）。（圖4c）

Fig. 3. Manhattan plots for pairwise index of Fst values and candidate genes exploration and GO enrichment analysis. (a) The values of Fst between HD and DL were?plotted against the position on each of the 19 chromosomes. The dashed horizontal line represents the significant threshold for identifying putatively selected regions?(Fst = 0.2494, p-value <0.05). (b) Identification of the domestication selective sweeps. The green dots indicated the selective sweeps. (c) Go enrichment analysis of?candidate genes under selection. Y-axis label represented GO term,and X-axis label represented rich factor (rich factor = amount of genes enriched in the GO term /?amount of all genes in background gene set). Size and color of the bubble represented amount of selected genes enriched in GO term and enrichment significance,respectively. (For interpretation of the references to color in this figure legend,the reader is referred to the web version of this article.)?

Fig. 4. Manhattan plots for pairwise index of Fst values and candidate genes exploration and GO enrichment analysis. (a) The values of Fst between ZH and DL were plotted against the position on each of the 19 chromosomes. The dashed horizontal line represented the significant threshold for identifying putatively selected regions (Fst = 0.2550, p-value <0.05). (b) Identification of the domestication selective sweeps. The green dots indicated the selective sweeps. (c) Go enrichment analysis of candidate genes under selection in ZH. (For interpretation of the references to color in this figure legend, the reader is referred to the web version of this article.)?

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結(jié)論

本研究采用全基因組重測序方法，對2個人工選擇品種(HD和ZH)和1個自然群體(DL) 3個群體的遺傳多樣性、LD范圍和群體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。另外，本文整合了82個2bRAD數(shù)據(jù)對全基因組進(jìn)行了掃描，并確定了與優(yōu)良品種表型變化相關(guān)的候選基因。整體概述了蝦夷扇貝品種的群體結(jié)構(gòu)和選擇特征，這些基因組變異數(shù)據(jù)集的獲得將有助于扇貝育種的實(shí)際應(yīng)用，獲得的候選選擇基因?qū)⒂兄谔剿魑r夷扇貝有利性狀的基因組基礎(chǔ)。

End本文系青島歐易原創(chuàng)