硒都黑猪分子遗传特性研究

孙 华，徐 忠，彭先文，吴俊静，李良华，董斌科，乔 木，张 宇，李梓芃，周佳伟，宋忠旭，梅书棋

（湖北省农业科学院畜牧兽医研究所，湖北 武汉 430064）

随着社会经济的快速发展和生活水平的不断提高，人们对优质肉产品的需求越来越高。因此，优质猪新品种的培育已成为养猪业发展的主流。恩施黑猪是湖北省优良地方猪种，具有肉质好、耐粗饲、耐寒湿、蓄脂能力强及适于加工火腿等特点。为了更好地保护和利用这一优良地方猪种资源，适应多元化市场需求变化，由湖北省农业科学院畜牧兽医研究所与湖北天之力优质猪育种有限公司等单位合作，以恩施黑猪（第一母本）、梅山猪（第一父本）、湖北白猪（第二父本）优质系为杂交素材，开展了“硒都黑猪”新品种的杂交培育工作。

在硒都黑猪的培育过程中，能够准确了解其血统结构和祖先血缘比例对杂交育种至关重要。相比于基于常规系谱信息，使用基因组数据估计杂种猪的血统结构和祖先血缘比例具有多种优势，包括较高的准确性，不受缺失系谱记录的影响，同时还能够找到每个品种渗入的与经济性状相关的基因组片段。有鉴于此，文章采用高通量基因测序技术，通过群体结构分析和群体遗传分化指数（Fst）等方法，系统分析硒都黑猪的群体结构、祖先血缘比例及渗入的关键基因，为硒都黑猪作为一个独立的品种和了解其遗传背景提供分子依据。

1 材料与方法

1.1 试验动物与基因分型

试验样本于2020年5月采集于湖北天之力优质猪育种有限公司。利用“中芯一号”SNP芯片对15头恩施黑猪和13头具有代表性的硒都黑猪进行检测分型，结合动物胚胎工程及分子育种湖北省重点实验室前期的7头湖北白猪的重测序数据，以及从NCBI数据库下载的12头巴克夏、10头杜洛克、11头长白猪、12头大白猪、12头梅山猪、11头皮特兰、4头通城猪重测序数据，经质控和过滤后（检出率大于0.9和最小等位基因频率大于0.01），共得到107个个体28 574个SNPs。

1.2 群体遗传距离分析

同态相同（Identity by state, IBS）是指两个个体在同一基因座上出现相同等位基因的概率。个体间的遗传距离（Distance, D）是指两个个体在基因组上呈现非同态的概率，D的计算公式如下：

D=1-Dst

其中，Dst是指两个个体间同态位点的比例。

Dst计算公式为：

其中，IBS1是指共享1个同态相同等位基因的位点数，IBS2是指共享2个同态相同等位基因的位点数，N为标记为点的总数量。Dst由PLINK v1.9软件[1]计算得来。个体间的邻接树（Neighbor-joining tree, NJ-tree）由D值的矩阵构建得到，由MEGA v7软件[2]展示出来。

1.3 群体遗传结构分析

群体遗传结构分析主要使用了主成分分析（Principal component analysis, PCA），然后利用R绘制了第一和第二主成分的二维图。PCA使用GCTA软件（版本 1.24）计算。

1.4 硒都黑猪的血缘比例

ADMIXTURE是预先指定亚群K的数目，然后根据基因型数据来将个体进行聚类的软件。利用硒都黑猪（13头）及其亲本恩施黑猪（15头）、湖北白猪（7头）和梅山猪（12头）共47个个体，28 574个SNPs，用ADMIXTURE v1.3软件[3]中的最大似然模型来进行品种组成估计。

1.5 各亲本贡献基因组区域分析

为探究硒都黑猪继承了各亲本的哪些基因组区域，利用28 574个SNP位点信息，通过VCFTOOLS软件采用滑移window策略，以50K为window，50K为步长分别计算硒都黑猪与湖北白猪、恩施黑猪和梅山猪的Fst，以1%为阈值，筛选与3个品种最为一致的区域。

2 结果与分析

2.1 群体聚类分析

聚类结果如图1所示，所有来自同一品种或类群的个体聚集在一起。中国地方猪群体和西方猪群体分别位于进化树的两端。所有硒都黑猪个体聚集在一个独立的分枝上，说明硒都黑猪有着独特的遗传特性。硒都黑猪在其亲本湖北白猪、恩施黑猪和梅山猪之间，在分类地位上与中国地方猪相对较近。

图1 不同品种猪群体的系统进化树（基于遗传距离）

2.2 群体遗传结构分析

群体遗传结构分析的结果如图2所示。第一主成分能够清晰地区分中国地方猪和西方品种猪群体，第二主成分则可以将中国地方猪群体之间分开。从图2可以看出，硒都黑猪与其他地方猪群体较为独立，说明硒都黑猪有其独特的遗传特性，为其作为新品种提供了分子水平依据；硒都黑猪群体在其育种亲本湖北白猪、恩施黑猪和梅山猪之间，与中国地方品种猪比较靠近，这与系统进化树的结果相一致。

图2 不同品种猪所有群体的PCA聚类结果

2.3 硒都黑猪的血缘比例

由于硒都黑猪有3个亲本，因此笔者将亚群数目K指定为3时，其群体结构如图3所示，其组成分别为湖北白猪53.4%、恩施黑猪22.3%和梅山猪24.3%。

图3 硒都黑猪与其亲本的群体结构

2.4 各亲本贡献基因组区域分析

使用ENSEMBL数据库注释区域中的基因，DAVID数据库对以上基因进行GO富集分析，结果如图4所示。硒都黑猪在X染色体上与3个亲本品种均存在较多的一致区域，这与X染色体在地方品种猪中保守型性较高相关。在常染色体区域，硒都黑猪与恩施黑猪一致区域所包含基因分别富集于肌动蛋白组织（GO:0007015，WHAMM、SHROOM4、DIAPH2、ARHGAP6）、细胞形态（GO:0000902，TENM1、SHROOM2）以及心室系统发育（GO:0021591，CENPF、SEMA6D）等生物学过程；与湖北白猪一致的基因分别富集于长链脂肪酰辅酶A生物合成过程（GO:0035338，ACOT9、ACSBG1、ACSL4）、脂质生物合成过程（GO:0008610，ACSL4、FDFT1）以及活性氧代谢过程（GO:0072593，GLS2、P2RX7、PRDX4）等生物学过程；与梅山猪一致的基因主要富集于子宫发育（GO:0060065，ESR1、HOXA11、HOXA10）、B细胞前体分化（GO:0002329，LRRC8A、ATP11C）以及干扰素β生物合成（GO:0045359，ATP11C、TLR7）等生物学过程。

图4 硒都黑猪与恩施黑猪、湖北白猪和梅山猪基因组一致性分析

3 讨论与结论

硒都黑猪经过了十多年的选育，其表型特征已趋于稳定，为了研究其遗传特性，笔者利用其基因组信息对硒都黑猪群体进行了聚类分析，发现所有的个体均聚在一起，并与其他群体独立，说明了硒都黑猪的遗传特性较稳定，为其作为新品种提供了分子依据。

另外硒都黑猪由湖北白猪、梅山猪和恩施黑猪培育而成，具有中西方猪种各自优良的特性。为探究其在遗传资源分类中的地位，笔者对硒都黑猪与中国地方猪种和西方猪种做了聚类分析，结果发现硒都黑猪与中国地方猪种的遗传距离较为接近，这可能是因为其第一父本湖北白猪中有部分中国地方猪的血液。为了进一步研究硒都黑猪的遗传背景，笔者利用了基因组信息计算出其亲本湖北白猪、恩施黑猪和梅山猪的血缘占比分别为53.4%、22.3%和24.3%，这与理论上的湖北白猪（50%）、恩施黑猪（25%）和梅山猪（25%）相近。

最后笔者对各亲本贡献基因组区域分析，发现硒都黑猪与恩施黑猪一致区域所包含基因分别富集于肌动蛋白组织、细胞形态以及心室系统发育等生物学过程，说明硒都黑猪与恩施黑猪可能具有相似的肌肉特征以及环境适应性；与湖北白猪一致的基因分别富集于脂质生物合成过程以及活性氧代谢过程等生物学过程，这体现出硒都黑猪相比于恩施黑猪瘦肉率有所提升；与梅山猪一致的基因主要富集于子宫发育以及干扰素β生物合成，表明硒都黑猪在繁殖性能以及抗逆性方面具有一定的改善。

本研究结果表明，硒都黑猪群体具有独特的遗传特性，在遗传资源分类地位上与中国地方猪相对较近；在硒都黑猪中，其亲本湖北白猪、恩施黑猪和梅山猪的血缘占比分别为53.4%、22.3%和24.3%；硒都黑猪从恩施黑猪、湖北白猪和梅山猪继承的相关基因分别与环境适应性、瘦肉率和繁殖性能相关。