案例解析：GWAS揭示猪肉中脂肪酸调控的关键基因 | 重测序专题

标题： GWAS and Post-GWAS High-Resolution Mapping Analyses Identify Strong Novel Candidate Genes Influencing the Fatty Acid Composition of the Longissimus dorsi Muscle in Pigs

期刊：Genes

IF: 4.141

DOI: 10.3390/genes12091323 

全基因组关联分析（Genome-Wide Association Studies，GWAS）是基于全基因组测序技术，对一个大规模群体基因组上的高密度遗传标记（如SNP、SV或CNV等）进行鉴定与分型，结合收集的性状或疾病数据，寻找与性状或疾病相关的遗传因素，并且能够对相关性状或疾病关联基因进行挖掘。目前被广泛运用于作物改良育种、动物品种选育以及疾病遗传解读等领域。

脂肪酸（FA）作为一类营养物质，与人类日常生活以及身体健康息息相关。大多数不饱和脂肪酸（如亚油酸、亚麻酸等必需脂肪酸）人类自身不能合成，需要靠外界摄入。猪肉作为一种富含饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸的肉类食品，挖掘潜在的脂肪酸调控基因，对于肉质改良、以及人类健康都有重大的意义。韩国全北大学、人畜共患病研究所的Jae-Bong Lee及其团队针对猪背最长肌内FA调控基因在Genes上发表了相关文章并阐述了研究成果。

研究思路结果1. GWAS检测FA性状关联区域

在与FA性状关联的全基因组显著QTLs初步分析中，作者在染色体SSC8、SSC12、SSC14、SSC16上检测到了一些性状连锁区域。

其中，在SSC8中定位到的QTL上，检测到一个位于111.75Mb的已知的候选基因ELOVL6，该基因在组装碳、催化方面有着关键的作用，促使16碳FA转化成18碳FA。同时， Corominas等人研究发现，该基因的表达水平与猪肌肉中C16:0(棕榈酸）的积累相关。

在SSC14上，研究发现了C16:1（棕榈烯酸）、C18:0（硬脂酸）、SFA、UFA四个FA性状的关联区域，且在重叠区域中均发现了一个已报道的基因SCD（去饱和酶）。该基因位于111.46Mb，在调节C18:0和C18:1（油酸）的比例以及C16:0、C16:1的比例中具有重要作用。

在SSC16上检测到一个与C20:0（花生酸）相关的QTL，其中包含了一个位于39.46Mb的ELOVL7基因，该基因编码一种参与催化超长链脂肪酸(包括C20:0)的延长酶。

在SSC12上，作者发现了多个与FA相关的性状的富集区域（17.42Mb）。

A：F2群体FA性状的全基因组显著QTL分析结果

B、C：部分FA性状的GWAS分析Manhatton结果

2. LALD分析缩小SSC12置信区间

利用连锁和连锁不平衡（LALD）作图分析，拟合了位于SSC12上15个FA性状的关联区域，将最小的重叠区域（约749.1kb，54,812,172-55,561,243 bp）作为SSC12的FA关键连锁区域。研究发现，FA的6个性状（C18:1、C18:2、C20:4、MUFAs、PUFAs和P/S比）在LALD图谱显示了一个极高log10(1/ P值）的集群。C18:1、C18:2、C20:4、MUFAs、PUFAs和P/S比的LALD谱图显示了一个极高log10(1/ P值)的集群。

此外，在关键区域内包含了10个注释基因（GAS7、MYH13、MYH8、MYH4、MYH1、MYH2、MYH3、ADPRM、TMEM220和PIRT），共定位到了19个SNP标记。

A：FA性状在SSC12的LALD作图分析，黑色矩形的宽度表示

SSC12中749.1 kb区域对应的拟合置信区间

B：SSC12关键区域内的10个NCBI蛋白编码基因

3. 基于单标记的关键区域的GWAS条件关联分析

作者针对LALD分析结果中6个显著性较高的FA性状，基于逐步回归分析，利用GCTA-slct程序对关键区域内的19个SNP标记中筛选关键SNP标记，最终确定GAS7:g.18482 T>C (SSC12:54,956,054)为6个FA性状的单关键标记。为了探索在高LD区域分离关联信号的可能性，作者检测了剩余标记，分别进行了条件关联分析，结果显示了三个SNP标记产生了极高的显著性(MYH2: c. −449935 A>G(SSC12:55,229,376), MYH2: c.−22675 T>C (SSC12:55,262,653), MYH3−1805_−1810delCAGTCC(SSC15:55,373,707))。

基于关键区域内单标记的C18:1和C18:2条件关联分析结果

4. 单倍型构建与基于单倍型的关联分析

为了评价GAS7、MYH2和MYH3基因的单倍型对FA性状的影响，作者构建了GAS7、MYH2和MYH3基因SNP标记的单倍型，基于单倍型的关联分析结果显示，F2代双倍型与FA性状之间存在显著的关联。

A：C16:0单倍型关联分析

B：C17:0单倍型关联分析

5. GAS7、MYH2和MYH3被鉴定为强候选基因

由于GAS7、MYH2和MYH3基因的单倍型与MUFAs和PUFAs相互关联，单倍型1 (ht1)的标记辅助选择可以生产出富含pufa的低食味猪肉。相比之下，对单倍型2 (ht2)进行标记辅助选择可以获得高MUFAs含量的猪肉。因此，对ht1/ht2双倍型进行分子标记辅助选择是同时获得猪肉两种FA谱特征的直接途径。

此外，作者介绍了GAS7基因编码了生长停滞特异性7号蛋白，该蛋白最初在神经元发育中发挥重要作用，并参与脂质代谢的调节。候选基因的具体研究报道在这里不一一赘述。

结论

 该研究基于GWAS技术，在全基因组水平上，对调控FA性状的QTL进行了精准的定位，并且将SSC12的QTL置信区间缩减到了749.1kb，结合LALD分析、单倍型关联分析，鉴定出调控FA性状的候选基因GAS7、MYH2和MYH3，些研究结果为猪肉FA组成的遗传基础提供了新的认识，有助于猪肉品质的遗传改良。

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