猪基因组信息资源的整合与利用课件

猪基因组信息资源的猪基因组信息资源的整合与利用整合与利用亓小红亓小红天津农学院天津农学院 猪基因组信息资源的整合与利用亓小红1uu猪是人类最早驯化的家畜之一，作为世界猪是人类最早驯化的家畜之一，作为世界的一个重要畜种，在地球上的分布很广。的一个重要畜种，在地球上的分布很广。uu世界范围内的猪肉消费量占红肉消费量的世界范围内的猪肉消费量占红肉消费量的43%(Rothscild and Ruvinsky,1998)43%(Rothscild and Ruvinsky,1998)。uu在我国肉类消费中，猪肉所占比例在我国肉类消费中，猪肉所占比例67%(FAO,2001)67%(FAO,2001)。uu研究人类疾病理想的实验动物模型和人类研究人类疾病理想的实验动物模型和人类器官移植的供体。器官移植的供体。猪是人类最早驯化的家畜之一，作为世界的一个重要畜种，在地球上2育种任务育种任务u 胴体品质好胴体品质好u 肉质好肉质好u 生长快生长快u 饲料消耗低饲料消耗低u 繁殖率高繁殖率高u 抗病抗病育种任务3uu群体遗传学和数量遗传学理论的指导。群体遗传学和数量遗传学理论的指导。uu以以BLUPBLUP为代表的育种方法依据生产性状为代表的育种方法依据生产性状的的表型表型和系谱记录的和系谱记录的成绩成绩，对个体的育，对个体的育种值进行估计。种值进行估计。uu通过选择和杂交极大的提高了猪的生产通过选择和杂交极大的提高了猪的生产效率和产品质量。效率和产品质量。群体遗传学和数量遗传学理论的指导。4uu遗传力较低遗传力较低uu表型测量困难、成本高表型测量困难、成本高uu有些性状还没有找到指示性状有些性状还没有找到指示性状uu限性性状限性性状u应用常规选择难以进行应用常规选择难以进行。u利用基因组学信息，不但能改进这些性利用基因组学信息，不但能改进这些性 状，并能揭开状，并能揭开“黑箱黑箱”中的秘密。中的秘密。遗传力较低应用常规选择难以进行。5猪基因组猪基因组信息数据库信息数据库n n猪连锁图谱猪连锁图谱(Linkage Map）uu猪物理图谱猪物理图谱(Physical Map）uu猪猪QTLQTL数据库（数据库（PigQTLdbPigQTLdb）uu比较图谱比较图谱(Comparative Map)(Comparative Map)uu猪猪ESTEST数据库数据库uu猪猪SNPSNP数据库数据库猪基因组信息数据库6Linkage MapsuuArchibald Archibald 等等,1995;Rohrer,1995;Rohrer等等,1996,1996发表发表了两个著名的连锁图谱。了两个著名的连锁图谱。uu一些新的基因标记如微卫星、一些新的基因标记如微卫星、AFLPAFLP、SNPSNP等不断的得到鉴别和定位等不断的得到鉴别和定位 。uu目前，连锁图谱已超过目前，连锁图谱已超过50005000个标记。个标记。Linkage MapsArchibald 等,1995;7Loci/Markers Publications/AuthorsClones Libraries Database Statistics Loci/Markers 8SW2073Primer Information Forward primer:Forward primer:ATTTGCATAATAGCCTTATCCCTACATTTGCATAATAGCCTTATCCCTAC Reverse p Reverse primer:CAATTTTATATGCACAGATTTATTTAAAGrimer:CAATTTTATATGCACAGATTTATTTAAAGPCR product size:133-148(bp),Sus scrofaGenBank Accession:AF253788 SW20739Physical Mapsuu放射杂交图谱目前已有放射杂交图谱目前已有40004000多个标记，包多个标记，包括大量微卫星，括大量微卫星，ESTEST标记。标记。uu这些标记大多与人类同源，可用于比较图这些标记大多与人类同源，可用于比较图谱分析，这将加快基因的鉴别速度谱分析，这将加快基因的鉴别速度Physical Maps放射杂交图谱目前已有4000多个标10Drawings of genes and markers mapped on pig chromosome List of genes mapped on pig map List of genetic markers mapped on pig map Drawings of genes and markers 11猪基因组信息资源的整合与利用课件12Comparative mapsn nThe Comparative Map:Pigs and Humans INRA(Inland Northwest Research Alliance)n nThe Comparative Map:Pigs and Mouse-Japan n nThe Mammalian Comparative Map-Jackson Lab n nThe HomoloGene Database-NCBI Comparative mapsThe Comparativ13猪基因组信息资源的整合与利用课件14SSC 1SSC 1HSA 06,HSA 09,HSA 14,HSA 15,HSA 18HSA 06,HSA 09,HSA 14,HSA 15,HSA 18SSC 2SSC 2HSA 05,HSA 11,HSA 05,HSA 11,HSA 17*HSA 17*,HSA 19,HSA 19SSC 3SSC 3HSA 02,HSA 07*,HSA 16HSA 02,HSA 07*,HSA 16SSC 4SSC 4HSA 01,HSA 08HSA 01,HSA 08SSC 5SSC 5HSA 12,HSA 12,HSA 19*HSA 19*,HSA 22,HSA 22SSC 6SSC 6HSA 01,HSA 01,HSA 04*HSA 04*,HSA 16,HSA 18,HSA 19,HSA 16,HSA 18,HSA 19,HSA 21*HSA 21*SSC 7SSC 7HSA 06,HSA 14,HSA 15,HSA19*HSA 06,HSA 14,HSA 15,HSA19*SSC 8SSC 8HSA 04HSA 04SSC 9SSC 9HSA 01,HSA 07,HSA 11,HSA 01,HSA 07,HSA 11,HSA 21*HSA 21*SSC 10SSC 10HSA 01,HSA 09*,HSA 10HSA 01,HSA 09*,HSA 10SSC 11SSC 11HSA 13HSA 13SSC 12SSC 12HSA 17HSA 17SSC 13SSC 13HSA 03,HSA 21HSA 03,HSA 21SSC 14SSC 14HSA 01,HSA 08,HSA 01,HSA 08,HSA 09*HSA 09*,HSA10,HSA12,HSA22,HSA10,HSA12,HSA22SSC 15SSC 15HSA 02,HSA 02,HSA 04*HSA 04*,HSA 08*HSA 08*SSC 16SSC 16HSA 05HSA 05SSC 17SSC 17HSA 04*HSA 04*,HSA 20,HSA 20SSC 18SSC 18HSA 07HSA 07SSC 1HSA 06,HSA 09,HSA 14,H15猪猪ESTEST数据库数据库uu9898898988条序列条序列uu基因定位基因定位uu基因表达谱分析基因表达谱分析uu全长全长cDNAcDNA与基因组序列比较与基因组序列比较,可得到内可得到内含子与外显子的有关信息含子与外显子的有关信息.这对从这对从DNADNA水平解决一些问题很有帮助水平解决一些问题很有帮助.猪EST数据库98988条序列16猪猪SNPSNP数据库数据库(NEW)(NEW)uuAlleleuuChromosomeuuBase PositionuuFunctionuuGene NameuuProtein uuHeterozygosity猪SNP数据库(NEW)Allele17QTLQTL扫描扫描-PigQTLdb-PigQTLdbuu借助基因图谱资源，建立资源家系，通过借助基因图谱资源，建立资源家系，通过QTLQTL扫描，已经鉴别出影响猪重要经济性状扫描，已经鉴别出影响猪重要经济性状的许多的许多QTLQTL。uu猪猪QTLQTL数据库收集了近数据库收集了近1010年所发表的所有的年所发表的所有的猪猪QTLQTL数据。截止目前，该数据库共收集了数据。截止目前，该数据库共收集了8686种杂志发表的种杂志发表的235235个性状的个性状的11291129个个QTLQTL。QTL扫描-PigQTLdb借助基因图谱资源，建立资源家18与生长、胴体品质、肉质有关的的与生长、胴体品质、肉质有关的的QTLQTL几乎几乎位于所有的染色体上。位于所有的染色体上。控制繁殖性状的控制繁殖性状的QTLQTL则位于几条染色体上。则位于几条染色体上。由于疾病性状难于获取，有关免疫反应和由于疾病性状难于获取，有关免疫反应和疾病抗性疾病抗性QTLQTL则较少。从基因的表达入手，则较少。从基因的表达入手，更有可能获取疾病抗性基因。更有可能获取疾病抗性基因。猪基因组信息资源的整合与利用课件19QTL on Pig Chromosome 1Legend:Red QTL lines represent for significant and light blue QTL lines for suggestive levels.Green dots shows the position of QTL peaks.QTL标记信息均可得到标记信息均可得到QTL on Pig Chromosome 1Legen20Number of QTL by chromosomesClick on each link to go to each chromosome for QTL on it.Chromsome Chromsome QTLs Found QTLs FoundX X47471 11501502 21131133 350504 41861865 536366 61411417 71531538 869699 9252510102121111119191212242413134444141448481515313116169 91717181818181515Number of QTL by chromosomes 21Number of QTL by trait typesClick on each trait name to find QTL for it Trait TypesTrait TypesQTLs FoundQTLs FoundAnatomyAnatomy367367BehavioralBehavioral2222ChemicalChemical1111Coat_colorCoat_color2 2ConductivityConductivity2222ConformationConformation8 8Digestive OrganDigestive Organ9 9Disease ResistanceDisease Resistance6 6EndocrineEndocrine4 4Enzyme ActivityEnzyme Activity1 1Fat CompositionFat Composition4040FatnessFatness302302Feed ConversionFeed Conversion5 5Feed IntakeFeed Intake1111FlavorFlavor1212GrowthGrowth184184Immune CapacityImmune Capacity8 8Litter SizeLitter Size2020Meat_colorMeat_color4141OdorOdor5 5PHPH3838Reproductive OrganReproductive Organ2828Reproductive TraitsReproductive Traits9 9StiffeningStiffening3 3TextureTexture4040Number of QTL by trait typesTr22Number of QTL by trait classesClick on each trait class assiciated QTL Trait ClassQTLs FoundExterior32Health14Meat Quality882Production209Reproduction61Number of QTL by trait classes23n n尽管有大量的对家畜尽管有大量的对家畜QTLQTL检测的报道，检测的报道，大多数是利用品种或品系间的实验杂大多数是利用品种或品系间的实验杂交群体进行的。这些研究在不同品种交群体进行的。这些研究在不同品种间得到的结果不同，也就不能用于不间得到的结果不同，也就不能用于不同品种的选择。但提供了在品种内分同品种的选择。但提供了在品种内分离的离的QTLQTL的的LDLD标记，可用于位置候选基标记，可用于位置候选基因分析。因分析。尽管有大量的对家畜QTL检测的报道，大多数是利用品种或品系间24候选基因分析候选基因分析uu当当QTLQTL区域鉴别出来并精细定位后，位置区域鉴别出来并精细定位后，位置候选基因分析即可进行。特别是应用位置候选基因分析即可进行。特别是应用位置候选基因分析候选基因分析QTN QTN。uu有关候选基因的许多研究成果与生产性能有关候选基因的许多研究成果与生产性能记录相结合，已应用于记录相结合，已应用于MASMAS。由于遗传背。由于遗传背景不同，候选基因效应可能不同。景不同，候选基因效应可能不同。候选基因分析当QTL区域鉴别出来并精细定位后，位置候选基因分25生长肥育性状生长肥育性状 uu猪垂体特异性转录因子猪垂体特异性转录因子1 1（the porcine the porcine pituitary-specific transcription factor pituitary-specific transcription factor，PIT-1)PIT-1)与背膘和初生重有关。与背膘和初生重有关。uu氨肽酶氨肽酶N N（Aminopeptidase NAminopeptidase N，AMPEPNAMPEPN）与生）与生长速度有关。长速度有关。uu黑色素皮质激素黑色素皮质激素4 4受体（受体（melanocortin 4 melanocortin 4 receptor receptor，MC4R)MC4R)基因与饲料吸收、加快生基因与饲料吸收、加快生长、降低背膘厚显著相关长、降低背膘厚显著相关(Kim et al.2000)。生长肥育性状 猪垂体特异性转录因子1（the porcine26肌肉品质肌肉品质 uu肉质有关的基因如肉质有关的基因如HALHAL、RNRN基因已被广泛应用。基因已被广泛应用。uu在汉普夏猪发现的在汉普夏猪发现的RNRN基因，与低基因，与低pHpH和肌肉中糖含和肌肉中糖含量有关，定位于量有关，定位于1515号染色体，用号染色体，用DNADNA标记检测标记检测RNRN基因。后来发现基因。后来发现RNRN是是AMPAMP激活蛋白激酶（激活蛋白激酶（AMP-AMP-activated protein kinasesactivated protein kinases，PRKA)PRKA)，这个基，这个基因与人的糖尿病有关。因与人的糖尿病有关。uu脂肪细胞脂肪酸结合蛋白基因（脂肪细胞脂肪酸结合蛋白基因（adipocyte adipocyte fatty acid-binding protein(A-FABP)fatty acid-binding protein(A-FABP)与肌肉与肌肉间的脂肪有关。间的脂肪有关。uu成肌素基因增加肌纤维数量。成肌素基因增加肌纤维数量。uuIGF2IGF2与肌肉发育程度有关与肌肉发育程度有关。肌肉品质 肉质有关的基因如HAL、RN基因已被广泛应用。27繁殖性状繁殖性状 繁殖性状的候选基因有雌激素受体基因繁殖性状的候选基因有雌激素受体基因繁殖性状的候选基因有雌激素受体基因繁殖性状的候选基因有雌激素受体基因ESRESRESRESR，梅山猪增，梅山猪增，梅山猪增，梅山猪增加窝产仔数加窝产仔数加窝产仔数加窝产仔数1.151.151.151.15头，长白猪增加窝产仔数头，长白猪增加窝产仔数头，长白猪增加窝产仔数头，长白猪增加窝产仔数 0.42 0.42 0.42 0.42头。头。头。头。视黄酸受体视黄酸受体视黄酸受体视黄酸受体（retinoic acid receptor gammaretinoic acid receptor gammaretinoic acid receptor gammaretinoic acid receptor gamma，RARG)RARG)RARG)RARG)。褪黑素受体褪黑素受体褪黑素受体褪黑素受体1A1A1A1A（melatonin receptor 1A melatonin receptor 1A melatonin receptor 1A melatonin receptor 1A，MTNRIA)MTNRIA)MTNRIA)MTNRIA)卵泡刺激素卵泡刺激素卵泡刺激素卵泡刺激素（follicle stimulating hormone beta follicle stimulating hormone beta follicle stimulating hormone beta follicle stimulating hormone beta，FSHB)FSHB)FSHB)FSHB)。催乳素受体（催乳素受体（催乳素受体（催乳素受体（prolactin receptor prolactin receptor prolactin receptor prolactin receptor，PRLR)PRLR)PRLR)PRLR)。视黄醛结合蛋白视黄醛结合蛋白视黄醛结合蛋白视黄醛结合蛋白4 4 4 4（retinol binding protein 4retinol binding protein 4retinol binding protein 4retinol binding protein 4，RBP4)RBP4)RBP4)RBP4)。猪睾丸特异磷酸甘油酸激酶（猪睾丸特异磷酸甘油酸激酶（猪睾丸特异磷酸甘油酸激酶（猪睾丸特异磷酸甘油酸激酶（phosphoglycerate phosphoglycerate phosphoglycerate phosphoglycerate kinase 2 kinase 2 kinase 2 kinase 2，PGK2)PGK2)PGK2)PGK2)基因多态性与公猪能育性有关。基因多态性与公猪能育性有关。基因多态性与公猪能育性有关。基因多态性与公猪能育性有关。繁殖性状 繁殖性状的候选基因有雌激素受体基因ESR，梅山猪增28毛色基因毛色基因uuKITKIT白毛有关白毛有关(已申请专利已申请专利)。uu黑色素皮质激素黑色素皮质激素1 1受体（受体（melanocortin melanocortin 4 receptor 4 receptor，MC1R)MC1R)红色和黑色有关。红色和黑色有关。uu用于生产白毛色猪用于生产白毛色猪,改善外观品质。改善外观品质。毛色基因KIT白毛有关(已申请专利)。29疾病抗性疾病抗性uu自然抗性相关巨噬蛋白（自然抗性相关巨噬蛋白（NRAMPNRAMP），它提供），它提供对细胞间病原菌的抗性对细胞间病原菌的抗性 。uu两个两个（1 1，2 2）-岩藻糖基转移酶基因岩藻糖基转移酶基因(FUT1(FUT1和和FUT2)FUT2)同同F18F18受体座紧密连锁。受体座紧密连锁。uuK88acRK88acR精细定位于精细定位于1313号染色体。这一区域号染色体。这一区域与人与人3 3号染色体同源。两个与猪的号染色体同源。两个与猪的E.coli E.coli F4ab/acF4ab/ac腹泻有关的候选基因已经找到。腹泻有关的候选基因已经找到。uuSLASLA不同单倍型与多种疾病抗性有关。不同单倍型与多种疾病抗性有关。疾病抗性自然抗性相关巨噬蛋白（NRAMP），它提供对细胞间病30序列分析序列分析uu猪的染色体数猪的染色体数猪的染色体数猪的染色体数2n=382n=382n=382n=38，基因组大小约，基因组大小约，基因组大小约，基因组大小约310-9bp310-9bp310-9bp310-9bp，与人，与人，与人，与人类基因组接近。类基因组接近。类基因组接近。类基因组接近。uu在人类基因组计划的带动和影响下，许多模式生物的在人类基因组计划的带动和影响下，许多模式生物的在人类基因组计划的带动和影响下，许多模式生物的在人类基因组计划的带动和影响下，许多模式生物的大规模大规模大规模大规模DNADNADNADNA测序（包括基因组和测序（包括基因组和测序（包括基因组和测序（包括基因组和cDNA)cDNA)cDNA)cDNA)工作正在进行或工作正在进行或工作正在进行或工作正在进行或已经完成。已经完成。已经完成。已经完成。uu目前，猪的大规模目前，猪的大规模目前，猪的大规模目前，猪的大规模ESTESTESTEST测序和猪基因组计划正在进行。测序和猪基因组计划正在进行。测序和猪基因组计划正在进行。测序和猪基因组计划正在进行。uu通过基因组计划的实施，将有更多的与猪的重要经济通过基因组计划的实施，将有更多的与猪的重要经济通过基因组计划的实施，将有更多的与猪的重要经济通过基因组计划的实施，将有更多的与猪的重要经济性状有关的的染色体区域及基因被找到。性状有关的的染色体区域及基因被找到。性状有关的的染色体区域及基因被找到。性状有关的的染色体区域及基因被找到。uu大规模大规模大规模大规模ESTESTESTEST测序将对比较图谱分析、候选基因的发现及测序将对比较图谱分析、候选基因的发现及测序将对比较图谱分析、候选基因的发现及测序将对比较图谱分析、候选基因的发现及基因表达分析产生巨大影响。基因表达分析产生巨大影响。基因表达分析产生巨大影响。基因表达分析产生巨大影响。序列分析猪的染色体数2n=38，基因组大小约310-9b31功能基因组分析功能基因组分析uuNorthernNorthern分析分析uuDDRT-PCRDDRT-PCR技术技术uu定量定量PCRPCR技术技术uu基因芯片分析基因芯片分析uu通过功能基因组分析，更好地了解猪通过功能基因组分析，更好地了解猪转录本的结构和功能。转录本的结构和功能。功能基因组分析Northern分析32分子育种分子育种 uuMAS(GAS)MAS(GAS)MAS(GAS)MAS(GAS)uu分子遗传信息在遗传改进中的应用涉及到对分分子遗传信息在遗传改进中的应用涉及到对分子值的选择。分子值可以是基于特定基因座位子值的选择。分子值可以是基于特定基因座位或基因型的有或无，也可以基于标记或或基因型的有或无，也可以基于标记或QTLQTL效应效应的估计。的估计。uu阶段选择：先对候选基因的阶段选择：先对候选基因的阶段选择：先对候选基因的阶段选择：先对候选基因的MSMSMSMS进行选择，再对表型或进行选择，再对表型或进行选择，再对表型或进行选择，再对表型或EBVEBVEBVEBV进行选择。进行选择。进行选择。进行选择。uu指数选择：结合指数选择：结合指数选择：结合指数选择：结合MSMSMSMS和表型或和表型或和表型或和表型或EBVEBVEBVEBV的指数，的指数，的指数，的指数，I=b1MS+b2EBV I=b1MS+b2EBV I=b1MS+b2EBV I=b1MS+b2EBV。分子育种 MAS(GAS)33uu一些针对单基因的选择在分子遗传时一些针对单基因的选择在分子遗传时期之前就已进行，包括对可观察到的期之前就已进行，包括对可观察到的遗传缺陷和表观性状的选择。遗传缺陷和表观性状的选择。uuPlastow Plastow 等等(2003)(2003)报道应用报道应用1515个标记个标记对猪的繁殖、饲料吸收、生长、身体对猪的繁殖、饲料吸收、生长、身体组成、肉质的选择。组成、肉质的选择。一些针对单基因的选择在分子遗传时期之前就已进行，包括对可观察34uu需要指出的是，基因组学并不是要完全需要指出的是，基因组学并不是要完全代替数量遗传学在育种中的的作用。代替数量遗传学在育种中的的作用。uu不论是表型选择不论是表型选择,指数选择指数选择,还是还是MASMAS本身本身并无优劣之分并无优劣之分,关键是解决的问题。关键是解决的问题。需要指出的是，基因组学并不是要完全代替数量遗传学在育种中的的35当前的任务当前的任务u信息资源的整合。信息资源的整合。u原创性工作原创性工作,申请专利。申请专利。u种质资源的保护。种质资源的保护。u分子育种工作的实施。分子育种工作的实施。当前的任务信息资源的整合。36总总 结结uu猪基因组图谱已得到极大发展。猪基因组图谱已得到极大发展。uu利用利用QTLQTL扫描和候选基因分析，已鉴别出一扫描和候选基因分析，已鉴别出一些与猪的重要经济性状有关的重要的染色些与猪的重要经济性状有关的重要的染色体区域及基因。体区域及基因。uu分子遗传学的发展，我们又有了新的研究分子遗传学的发展，我们又有了新的研究工具，如基因阵列分析、生物信息学、比工具，如基因阵列分析、生物信息学、比较基因组学用于发现新的候选基因并认识较基因组学用于发现新的候选基因并认识这些基因的功能。这些基因的功能。总 结猪基因组图谱已得到极大发展。37uu猪基因组计划已启动并在实施之中，随着猪基因组计划已启动并在实施之中，随着猪基因组测序的的完成，将有更多的基因猪基因组测序的的完成，将有更多的基因被找到，并有可能从整体上研究各个基因被找到，并有可能从整体上研究各个基因的相互关系。的相互关系。uu越来越多的分子遗传资源摆在我们面前，越来越多的分子遗传资源摆在我们面前，利用利用MASMAS，结合基因或标记和常规生产性，结合基因或标记和常规生产性能信息，可以极大地改进养猪业重要的经能信息，可以极大地改进养猪业重要的经济性状。济性状。猪基因组计划已启动并在实施之中，随着猪基因组测序的的完成，将38 谢谢大家谢谢大家!欢迎大家到天津农学院指导工作欢迎大家到天津农学院指导工作!谢谢大家!39