关键词：全基因组重测序；兴国灰鹅；喙长；生信分析；

文献介绍

• 标题（英文）：Identification of Key Candidate Genes for Beak Length Phenotype by Whole-Genome Resequencing in Geese
• 标题（中文）：通过全基因组重测序鉴定鹅喙长表型的关键候选基因
• 发表期刊：Frontiers in Veterinary Science
• 作者单位：江西科技师范大学生命科学学院
• 发表年份：2022
• 文章地址：https://doi.org/10.3389/fvets.2022.847481

图1  文献介绍

鹅是全球重要家禽，中国是最大养殖国。兴国灰鹅(XGG)因优良生长性能被列入国家畜禽遗传资源保护名录。喙部作为鹅类摄食关键器官，其发育机制研究对提升生长性能具有重要意义，但目前关于家鹅喙长性状的遗传研究相对匮乏。

研究采用全基因组关联分析(GWAS)方法，涵盖了从表型数据采集、基因组测序到关联分析的全过程，旨在揭示兴国灰鹅喙长性状的遗传机制。包括表型数据采集、样本采集与DNA提取、全基因组测序、数据质控与变异检测、GWAS分析及功能注释等关键步骤。研究团队使用772只420日龄兴国灰鹅样本，经质控后保留749只个体进行分析。

测序流程

在基因数据分析中，研究团队使用Sentieon进行了去除重复序列，以及碱基质量分数重校准。

图2  Sentieon 的作用

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 研究通过对749只兴国灰鹅进行全基因组关联分析，系统探究了喙长性状的遗传机制。表型数据分析显示，供试群体喙长呈现正态分布，平均值为74.15 mm，变异范围为61.36-93.40 mm。进一步分析发现，雄性个体的喙长显著大于雌性(p = 2E-16)，表明该性状存在明显的性别差异。基于混合线性模型（同时校正性别和测量组别固定效应）估算的遗传力为0.53，这种中等遗传力表明喙长性状受遗传和环境因素的共同影响。

图3  兴国灰鹅群体喙长的测量方法和数据特征

(A) 喙长测量示意图

(B) 喙长频率分布直方图

(C,D) 与喙长测量相关因素的箱线图。F和M代表雌性和雄性(C)，G1、G2和G3代表三个测量组(D)。*表示显著性(P < 0.05)，"ns"表示无显著性差异。

采用fastGWA混合线性模型进行全基因组关联分析，共鉴定出232个达到染色体显著水平的SNPs，其中57个达到全基因组显著水平。这些显著位点主要集中在4号染色体18.95-19.30Mb区域，构成了一个包含51个显著SNPs的核心QTL区域。其中，位于Chr4:19121505的SNP展现出最强的关联信号(P=3.89E-12)，能够解释7.24%的表型变异，提示该区域可能包含调控喙长的重要功能基因。

图4  GWAS结果总结

(A) 喙长性状的曼哈顿图。红线和蓝线分别表示基因组和染色体水平的显著性阈值。

(B) GWAS识别出的最显著SNP在喙长数据中的基因型分布。*表示P < 0.05，****表示P < 0.01，"n"表示样本数量。

(C,D) 显示与喙长显著相关的SNP位点的区域关联图。红色实线表示基因组水平的显著性阈值，蓝色虚线标记定义的最显著QTL区域。点的颜色和形状差异分别显示r2和变异注释的结果。图中显示基因的名称和位置，转录链用箭头表示。基因以内含子和外显子区域表示，UTR区域以红色显示。

通过对显著关联区域进行功能注释，共发现12个潜在的候选基因，其中7个基因(TAPT1、DHX15、CCDC149、LGI2、SEPSECS、ANAPC4和Slc34a2)达到全基因组显著水平。特别值得注意的是，在SEPSECS基因中检测到一个导致谷氨酰胺替换为赖氨酸的错义突变(Chr4:4_19180040)，这可能是影响喙长表型的关键变异。研究进一步通过优先分析确定CCDC149、LGI2和SEPSECS为核心候选基因。

图5  SEPSECS在420位置谷氨酰胺(A)替换为赖氨酸(B)的预测三维结构

连锁不平衡分析揭示，最显著SNP与其周围位点表现出较强的连锁关系(平均r²=0.62)，而不同QTL区域之间的连锁程度较低(r² <0.3)。这种连锁模式表明，这些显著位点很可能代表了独立的功能区域。

图6  喙长性状所有显著SNP的单倍型块分析

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文献讨论

图7  文献讨论

研究表明，兴国灰鹅喙长性状是一个由多基因控制的复杂性状，其中4号染色体19Mb附近的基因群在调控网络中发挥核心作用。特别是LGI2通过介导ADAM蛋白与Wnt信号通路的互作调控神经嵴细胞分化，SEPSECS通过硒蛋白合成影响神经元发育，而TAPT1、DHX15等基因则通过RNA剪接、细胞周期调控影响颅面骨骼发育。

总结

本研究首次揭示了鸟类喙部形态发育受神经系统和骨骼发育双重调控的分子机制。从进化角度提出水禽细长喙可能是适应水生环境的遗传调控结果，为鸟类喙部发育的分子遗传学研究提供了新思路。