湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院

禽畜遺傳改良湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 410128

隨著眾多家畜基因組測(cè)序的完成和高通量測(cè)序價(jià)格的直線下降，研究者們從全基因組角度在家畜基因組上尋找同人工選擇、環(huán)境適應(yīng)和馴化歷史等的選擇印記成為可能。一般而言，當(dāng)獲得家畜目標(biāo)群體的全基因組數(shù)據(jù)后，需要考慮選擇發(fā)生的時(shí)間、選擇的強(qiáng)度、研究包括的群體和選擇的模式等因素，從而確定將要使用的數(shù)理分析方法。目前常用的家畜基因組選擇信號(hào)的鑒別方法主要有以下幾種。

先介紹基于非同義突變和同義突變替換率的檢驗(yàn)方法?；蚪M上的非同義突變（non-synonymous）指導(dǎo)致氨基酸改變的核苷酸變異，同義突變（synonymous）指由于密碼的簡(jiǎn)并性，使得發(fā)生在基因編碼區(qū)的突變并不改變編碼的氨基酸。該種方法使用基因編碼區(qū)在非同義位置上的非同義突變數(shù)目的替換率（dn）同在同義位置上的同義突變數(shù)目的替換率（ds）的比值來(lái)判斷出現(xiàn)的選擇模式。認(rèn)為當(dāng)dn同ds的比值等于1時(shí)，位點(diǎn)處于中性進(jìn)化；當(dāng)dn同ds的比值大于1時(shí)，認(rèn)為出現(xiàn)了正向選擇；反之，當(dāng)dn同ds的比值小于1時(shí)，認(rèn)為出現(xiàn)了負(fù)向選擇。有眾多方法可以對(duì)dn和ds進(jìn)行計(jì)算，最初計(jì)算只能在2條DNA序列中進(jìn)行，近期在多條序列之間進(jìn)行dn和ds計(jì)算也成為了可能，并且可以利用似然比檢驗(yàn)對(duì)假設(shè)的中立模型和替代模型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)。計(jì)算基于dn同ds的比值選擇信號(hào)鑒定常使用軟件MEGA和PAML進(jìn)行。

另一種方法是基于位點(diǎn)變異的遺傳頻譜（frequency spectrum）選擇信號(hào)鑒定，常用的有Tajima’s D檢驗(yàn)，通過(guò)比較群體突變率的兩個(gè)估計(jì)值θ和π的差異,檢測(cè)正向選擇，Tajima’s D的值小于0，表示位點(diǎn)可能發(fā)生了正向選擇或是負(fù)向選擇；而Tajima’s D的值大于0，表示位點(diǎn)可能發(fā)生了長(zhǎng)期的平衡選擇。可以看出為負(fù)值的Tajima’s D不能區(qū)分是發(fā)生了正向選擇還是負(fù)向選擇，但后續(xù)使用Fay和Wu的H檢驗(yàn)后，當(dāng)位點(diǎn)H值為負(fù)值時(shí)，提示出現(xiàn)正向選擇。

還有一種是基于連鎖不平衡（LD）的選擇信號(hào)鑒定方法。Sabeti等人提出基于長(zhǎng)距離單倍型 （longrange haplotype，LRH）檢驗(yàn)方法來(lái)檢測(cè)近期的正向選擇信號(hào)區(qū)域。這種檢驗(yàn)先通過(guò)識(shí)別出核心單倍型（core haplotypes），然后逐漸由核心單倍型向基因序列上下游擴(kuò)展從而評(píng)估LD隨距離增加的衰減程度，LD的衰減程度通過(guò)擴(kuò)展單倍型純合性（Extended haplotype homozygosity，EHH）來(lái)計(jì)算[1]。 如果某個(gè)核心單倍型的連鎖不平衡程度高于一般單倍型，那么這個(gè)位置很有可能經(jīng)歷了正選擇。此外，綜合單倍型評(píng)分算法 （integrated haplotype score，iHS）和擴(kuò)展單倍型純合性算法（Extended Haplotype Homozygosity，XP-EHH）也較常使用[2]。

此外，基因群體分化（population differentiation）的選擇信號(hào)鑒定方法也非常常用，常通過(guò)計(jì)算FST統(tǒng)計(jì)量來(lái)對(duì)多個(gè)群體之間比較評(píng)估群體結(jié)構(gòu)。FST統(tǒng)計(jì)量通過(guò)SNP或微衛(wèi)星標(biāo)記分型的遺傳多態(tài)性數(shù)據(jù)，來(lái)估計(jì)各個(gè)亞種群間平均雜合度與整個(gè)種群平均雜合度的差異。FST統(tǒng)計(jì)量為正值，并且越接近1表示亞種群間種群分化程度越高，提示出現(xiàn)了群體結(jié)構(gòu)的變化，如突變、遺傳漂變、近親交配、選擇作用或Wahlund效應(yīng)。

值得注意的是，鑒定家畜的選擇信號(hào)的方法有很多，由于篇幅有限只介紹了常用的一些方法，這些方法各有其適用性和不足之處，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中可以多選擇幾種方法進(jìn)行聯(lián)合分析，從而盡量降低選擇信號(hào)鑒別中的假陽(yáng)性。