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        基于50K SNP芯片評(píng)估廣東省四類地方豬保種群體的遺傳結(jié)構(gòu)

        2024-12-31 00:00:00程昕琰王詩(shī)媛吉葉標(biāo)黃思秀楊杰孟繁明張茂蔡更元劉瑯青
        畜牧獸醫(yī)學(xué)報(bào) 2024年12期
        關(guān)鍵詞:遺傳多樣性保種

        摘" 要: 旨在揭示廣東省4類重點(diǎn)保護(hù)地方豬種的保種情況,評(píng)估其保種群體的遺傳結(jié)構(gòu)信息,輔助保護(hù)和利用地方豬種質(zhì)資源。本研究采用2023年采集自6個(gè)保種場(chǎng)的廣東省4類地方豬共488頭(新豐板嶺大花白豬92頭、新豐板嶺藍(lán)塘豬34頭、紫金東瑞藍(lán)塘豬68頭、樂(lè)家莊小耳花豬77頭、壹號(hào)食品小耳花豬109頭、北礤粵東黑豬108頭)。使用50K SNP芯片對(duì)比了包括歐洲野豬、瘦肉型豬、其他華南地方豬以及其他中國(guó)地方豬在內(nèi)的41個(gè)地方豬品種,共2 144頭。質(zhì)控后保留20 590個(gè)SNPs位點(diǎn)。對(duì)廣東4類地方豬種保種群體進(jìn)行遺傳多樣性、血緣純度、親緣關(guān)系以及家系結(jié)構(gòu)分析。結(jié)果顯示:新豐板嶺大花白豬的近交系數(shù)(F值)為0.409,觀測(cè)雜合度(Ho)為0.181,期望雜合度(He)為0.172,連續(xù)純和片段(ROH)長(zhǎng)度為475.81 Mb,連鎖不平衡(LD)長(zhǎng)度為467.88 kb,平均FROH值為0.212,保種場(chǎng)內(nèi)分為5個(gè)家系;新豐板嶺藍(lán)塘豬的F值為0.316,Ho為0.210,He為0.189,ROH長(zhǎng)度為441.76 Mb,LD長(zhǎng)度為475.78 kb,F(xiàn)ROH值為0.201,分為4個(gè)家系;紫金東瑞藍(lán)塘豬的F值為0.239,Ho為0.233,He為0.218,ROH長(zhǎng)度為224.13 Mb,LD長(zhǎng)度為463.53 kb,F(xiàn)ROH值為0.100,分為5個(gè)家系;樂(lè)家莊小耳花豬的F值為0.319,Ho為0.208,He為0.221,ROH長(zhǎng)度為262.62 Mb,LD長(zhǎng)度為460.88 kb,F(xiàn)ROH值為0.117,分為7個(gè)家系;壹號(hào)小耳花豬的F值為0.435,Ho為0.173,He為0.171,ROH長(zhǎng)度為113.41 Mb,LD長(zhǎng)度為418.59 kb,F(xiàn)ROH值為0.051,分為6個(gè)家系;北礤粵東黑豬的F值為-0.028,Ho為0.314,He為0.300,ROH長(zhǎng)度為247.47 Mb,LD長(zhǎng)度為467.88 kb,F(xiàn)ROH值為0.110,分為5個(gè)家系。對(duì)各保種群體血緣組成進(jìn)行分析,除粵東黑豬群體血緣仍大量受瘦肉型豬血緣影響,平均中國(guó)豬血緣比例為69.37%,其他4個(gè)群體均受瘦肉型群體血緣影響較小,血緣較純,平均中國(guó)豬血緣比例大于90%,保種情況較好。綜上,廣東省各地方豬保種場(chǎng)后期應(yīng)加強(qiáng)對(duì)地方豬的擴(kuò)繁和選育工作,在保持血緣純度穩(wěn)定的情況下,降低近交程度。

        關(guān)鍵詞: 華南地方豬;SNP芯片;保種;遺傳多樣性;群體遺傳結(jié)構(gòu)

        中圖分類號(hào):S828.2

        文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        文章編號(hào):0366-6964(2024)12-5464-14

        doi: 10.11843/j.issn.0366-6964.2024.12.013

        開(kāi)放科學(xué)(資源服務(wù))標(biāo)識(shí)碼(OSID):

        收稿日期:2024-06-11

        基金項(xiàng)目:廣東省鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略專項(xiàng)資金種業(yè)振興項(xiàng)目(2022-XJS-00-002);廣東省普通高校重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)m?xiàng)(2021ZDZX4040);清遠(yuǎn)市創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)研究團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2018002)

        作者簡(jiǎn)介:程昕琰(1999-),女,新疆烏魯木齊人,碩士生,主要從事豬遺傳育種與繁殖研究,E-mail:cheng.xinyan@foxmail.com

        *通信作者:劉瑯青,主要從事豬遺傳育種與繁殖研究,E-mail: langqing.liu@scau.edu.cn

        Evaluation of the Genetic Structure of Conservation Populations of Four Major Local Pig

        Breeds in Guangdong Province Based on a 50K SNP Chip

        CHENG" Xinyan1, WANG" Shiyuan1, JI" Yebiao1, HUANG" Sixiu1, YANG" Jie1, MENGnbsp; Fanming2,3, ZHANG" Mao4, CAI" Gengyuan1, LIU" Langqing1*

        (1.National Engineering Research Center for Swine Breeding Industry, College of Animal Science,

        South China Agricultural University, Guangzhou 510642," China;

        2.Guangdong Provincial Key Laboratory of Animal Breeding and Nutrition, State Key Laboratory of Livestock and Poultry Breeding, Institute of Animal Science, Guangdong Academy of Agricultural Sciences, Guangzhou 510640," China;

        3.Guangdong Engineering Technology Research Center of Pig Breeding, Qingyuan Longfa Pig Breeding Co., Ltd., Yingde 513057, China;

        4.College of Biology and Agriculture, Shaoguan University, Shaoguan 512000," China)

        Abstract: This study aimed to reveal the conservation status of the 4 major local pig breeds in Guangdong Province, evaluate the genetic structure for their conservation populations, and provide guidance for protection and utilization of local pig genetic resources. In 2023, a total of 488 pigs from 6 conservation farms representing the 4 major local pig breeds in Guangdong Province were sampled (92 Xinfeng Large black-white pigs, 34 Xinfeng Lantang pigs, 68 Zijin Lantang pigs, 77 Lejiazhuang Small-ear Spotted pigs, 109 Yihao Small-ear Spotted pigs, and 108 Beica Yuedong Black pigs). Samples were genotyped using a 50K SNP chip and compared with 41 pig breeds, including European wild boars, Western Commercial pigs, South China local pigs, and other Chinese local pigs, in total 2 144 individuals. After quality control, 20 590 SNP loci were retained. Genetic diversity, inbreeding status, ancestry composition and family structure analyses were conducted. The results showed that the inbreeding coefficient (F) of Xinfeng Large black-white pigs was 0.409, observed heterozygosity (Ho) was 0.181, expected heterozygosity (He) was 0.172, the total length of runs of homozygosity (ROH) was 475.81 Mb, linkage disequilibrium (LD) length was 467.88 kb, the average FROH was 0.212, and the population was divided into 5 families. The inbreeding coefficient (F) of Xinfeng Lantang pigs was 0.316, Ho was 0.210, He was 0.189, ROH length was 441.76 Mb,

        LD length was 475.78 kb, FROH was 0.201, and the population was divided into 4 families. The inbreeding coefficient (F) of Zijin Lantang pigs was 0.239, Ho was 0.233, He was 0.218, ROH length was 224.13 Mb, LD length was 463.53 kb, FROH was 0.100, and the population was divided into 5 families. The inbreeding coefficient (F) of Lejiazhuang Small-ear Spotted pigs was 0.319, Ho was 0.208, He was 0.221, ROH length was 262.62 Mb, LD length was 460.88 kb, FROH was 0.117, and the population was divided into 7 families. The inbreeding coefficient (F) of Yihao Small-ear Spotted pigs was 0.435, Ho was 0.173, He was 0.171, ROH length was 113.41 Mb, LD length was 418.59 kb, FROH was 0.051, and the population was divided into 6 families. The inbreeding coefficient (F) of Beica Yuedong Black pigs was -0.028, Ho was 0.314, He was 0.300, ROH length was 247.47 Mb, LD length was 467.88 kb, FROH was 0.110, and the population was divided into 5 families. Ancestry composition analysis of each conservation population showed that, except for the Yuedong Black pig population, which was still significantly genetically influenced by Western commercial pig ancestry with an average Chinese pig ancestry proportion of 69.37%, the other 4 populations had less Western commercial pig ancestry, with an average Chinese pig ancestry proportion greater than 90%. In summary, conservation farms for local pig breeds in Guangdong Province should focus more on increasing the population size and improving breeding scheme within captivity, aiming to reduce the degree of inbreeding while maintaining stable genetic integrity.

        Key words: South China local pigs; SNP chip; conservation population; genetic diversity; population genetic structure

        *Corresponding author:" LIU Langqing, E-mail: langqing.liu@scau.edu.cn

        中國(guó)是全球范圍內(nèi)豬品種資源最多樣化、最豐富的國(guó)家,本土地方豬種的保護(hù)、開(kāi)發(fā)及利用,在維持畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展及保護(hù)物種多樣性方面具有重要意義[1]。中國(guó)地方豬種因具有產(chǎn)仔數(shù)高、性成熟早、適應(yīng)高溫多濕環(huán)境、抗病力好及耐粗飼等優(yōu)點(diǎn)而備受喜愛(ài)[2,3],但由于地方豬的生長(zhǎng)速度慢、育肥周期長(zhǎng)以及飼料轉(zhuǎn)化率低等缺點(diǎn),不適應(yīng)現(xiàn)代畜禽養(yǎng)殖業(yè)對(duì)于畜禽生產(chǎn)規(guī)模化、工業(yè)化發(fā)展的需求,大部分地方豬種處于群體規(guī)模小和開(kāi)發(fā)利用率低的困境中[4,5]。同時(shí),由于缺乏對(duì)地方豬種的保護(hù)意識(shí),在地方豬遺傳改良實(shí)踐中大量引入外來(lái)豬種血緣,忽視了我國(guó)地方豬的特性和生態(tài)意義,導(dǎo)致了地方豬種質(zhì)資源迅速流失,純種血統(tǒng)逐漸被“稀釋”,部分地方豬種瀕臨滅絕[2,6]。

        廣東本土備受關(guān)注的4類地方豬為粵東黑豬、大花白豬、藍(lán)塘豬及兩廣小花豬(包括陸川豬和廣東小耳花豬)[7]。廣東4類地方豬中,粵東黑豬是唯一全黑豬種,主要分布在廣東省潮州市與梅州市。當(dāng)前粵東黑豬主要保存于少數(shù)幾個(gè)保種場(chǎng),在長(zhǎng)期的小群體閉鎖繁育情況下,粵東黑豬保種群存在著種群近交程度增加、遺傳多樣性下降、種質(zhì)特性退化等風(fēng)險(xiǎn)[8]。大花白豬是廣東大耳黑白花豬的統(tǒng)稱,主要分布于粵北、粵中地區(qū)。2005年底,韶關(guān)、興寧、東莞共存欄大花白豬約2萬(wàn)余頭。藍(lán)塘豬因中心產(chǎn)區(qū)在廣東省河源市紫金縣的藍(lán)塘鎮(zhèn)而得名。據(jù)估計(jì),現(xiàn)存的藍(lán)塘豬純種母豬數(shù)量不足5 000頭、種公豬不到50頭。廣東小耳花豬原產(chǎn)于廣東省西江以南和粵西一帶,是廣東省飼養(yǎng)量最大的地方豬種。高州市2007年存欄的2.9萬(wàn)頭母豬中,用于純繁的4 000頭左右,其余大部分用于雜交繁育二元雜種商品豬。2011年《中國(guó)畜禽遺傳資源志·豬志》[9](國(guó)家畜禽遺傳資源委員會(huì))收錄了廣東省的4類地方豬種作為需要重點(diǎn)保護(hù)的豬種。目前,以上4類廣東地方豬種的飼養(yǎng)和利用正面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

        SNP(single nucleotide polymorphism)是指單核苷酸多態(tài)性,代表了個(gè)體之間的序列差異,全基因組SNPs分子標(biāo)記具有覆蓋密度高、多態(tài)性高等特點(diǎn)[10,11],被廣泛應(yīng)用于包括豬[12-17]、雞[18]、牛羊[19,20]等多種常見(jiàn)家畜在內(nèi)的群體結(jié)構(gòu)和遺傳多樣性的研究。本研究使用50K SNP芯片對(duì)來(lái)自6個(gè)保種場(chǎng)的4類廣東地方豬種共488頭個(gè)體進(jìn)行檢測(cè),將部分保種場(chǎng)前期采樣檢測(cè)的50K芯片數(shù)據(jù)、Wang等[12]發(fā)表的包括中國(guó)地方豬及瘦肉型豬的60K芯片數(shù)據(jù)以及2010年前后采樣的華南地方豬的50K芯片數(shù)據(jù)合并,共計(jì)51個(gè)群體,2 144個(gè)個(gè)體。對(duì)合并后的數(shù)據(jù)進(jìn)行遺傳多樣性、遺傳結(jié)構(gòu)、近交程度以及血緣成分等方面的分析,對(duì)6個(gè)保種場(chǎng)截至2023年的保種效果進(jìn)行綜合評(píng)估,為廣東4類地方豬種質(zhì)資源未來(lái)的保護(hù)與利用提供參考與建議。

        1" 材料與方法

        1.1" 試驗(yàn)動(dòng)物

        本研究采用2023年采集自6個(gè)保種場(chǎng)的4類廣東地方豬品種的共488個(gè)耳組織樣品。分別是來(lái)自佛山市三水區(qū)樂(lè)家莊養(yǎng)殖有限公司的廣東小耳花豬(簡(jiǎn)稱“小耳花-2023年樂(lè)家莊”)77頭(6公、71母),來(lái)自廣東壹號(hào)食品有限公司的廣東小耳花豬(簡(jiǎn)稱“小耳花-2023年壹號(hào)”)109頭(9公、100母),來(lái)自蕉嶺縣北礤綠色農(nóng)牧有限公司的粵東黑豬(簡(jiǎn)稱“粵東黑-2023年北礤”)108頭(13公、95母),來(lái)自新豐板嶺原種場(chǎng)的大花白豬(簡(jiǎn)稱“大花白豬-2023年新豐”)92頭(39公、53母),來(lái)自新豐板嶺原種場(chǎng)的藍(lán)塘豬(簡(jiǎn)稱“藍(lán)塘豬-2023年新豐”)34頭(14公、20母)以及來(lái)自紫金東瑞農(nóng)牧發(fā)展有限公司的藍(lán)塘豬(簡(jiǎn)稱“藍(lán)塘豬-2023年紫金”)68頭(23公、45母)。將以上采集的豬耳組織樣品取1~2 g,裝入含有95%酒精溶液的2mL離心管中,置于-80℃保存?zhèn)溆谩?/p>

        將耳組織樣品送往石家莊博瑞迪生物技術(shù)有限公司進(jìn)行DNA提取和GenoBaits Porcine50K SNP芯片檢測(cè)。收集來(lái)源為以下3類公共數(shù)據(jù):1)來(lái)自3個(gè)保種場(chǎng)的前期采樣數(shù)據(jù):2015年北礤粵東黑豬25頭(簡(jiǎn)稱“粵東黑豬-2015年北礤”)、2020年北礤粵東黑豬18頭(簡(jiǎn)稱“粵東黑豬-2020年北礤”)、2019年泰農(nóng)國(guó)家級(jí)粵東黑豬保種場(chǎng)粵東黑豬20頭(簡(jiǎn)稱“粵東黑豬-2019年泰農(nóng)”)、2020年泰農(nóng)國(guó)家級(jí)粵東黑豬保種場(chǎng)粵東黑豬19頭(簡(jiǎn)稱“粵東黑豬-2020年泰農(nóng)”)、2021年樂(lè)家莊小耳花豬225頭(簡(jiǎn)稱“小耳花豬-2021年樂(lè)家莊”);2)來(lái)源于Wang等[21]發(fā)表的60K芯片數(shù)據(jù),包含華南型、華北型、華中型、西南型的中國(guó)地方豬種以及瘦肉型豬種,共計(jì)664頭;3)2010年前后采樣華南地方豬種的50K芯片數(shù)據(jù),共計(jì)703頭。將下機(jī)后的50K芯片數(shù)據(jù)使用PLINK(v1.90)[22]軟件中的“-bmerge”指令與3類公共數(shù)據(jù)合并,合并后共計(jì)51個(gè)群體,2 144個(gè)個(gè)體。隨后利用PLINK(v1.90)軟件進(jìn)行質(zhì)量控制[21,22]。本研究的質(zhì)控條件如下:1)僅保留常染色體的位點(diǎn);2)剔除標(biāo)記基因缺失率(Geno)≥10%的位點(diǎn);3)剔除最小等位基因頻率(MAF,minor allele requency)<1%的位點(diǎn)。

        1.2" 地方豬保種群體的遺傳多樣性分析

        使用PLINK(v1.90)中的“-hardy”參數(shù)計(jì)算每個(gè)群體的觀測(cè)雜合度(observed heterozygosity,Ho)、期望雜合度(expected heterozygosity,He)[23]值。并通過(guò)-het得出每個(gè)個(gè)體的固定系數(shù)(F),計(jì)算公式如下:

        F=He-HoHe

        這里的F值是來(lái)衡量由于非隨機(jī)交配造成的實(shí)際雜合子頻率和理論雜合子頻率的差異大小。

        使用PLINK(v1.90)“-ld”參數(shù),計(jì)算r2≥0.3時(shí)的連鎖不平衡(linkage disequilibrium,LD)程度[24]。

        1.3" 群體近交系數(shù)分析

        使用PLINK(v1.90)軟件“-homozyg”參數(shù)并設(shè)置以下6類標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算每個(gè)群體的連續(xù)純合片段(runs of homozygosity,ROH)長(zhǎng)度[25]:1)一段ROH中每個(gè)窗口應(yīng)包含30個(gè)SNPs位點(diǎn);2)SNPs的密度為每1 000 kb中至少有1個(gè);3)ROH中允許的最大缺失基因型和雜合子型的數(shù)量分別為1;4)窗口閾值為0.05,表示一個(gè)SNP的雜合子頻率不能超過(guò)5%;5)要求ROH的最小長(zhǎng)度為1 Mb;6)連續(xù)SNPs之間的最大間距為1 Mb。計(jì)算得到各群體中的每個(gè)個(gè)體的平均ROH后,在每個(gè)群體內(nèi)部取平均值。

        隨后根據(jù)ROH總長(zhǎng)估計(jì)基因組近交系數(shù)(FROH),并使用以下公式計(jì)算每個(gè)個(gè)體的FROH[26]:

        FROH=∑iLROHiLauto

        其中,LROHi是每個(gè)個(gè)體中常染色體ROH的長(zhǎng)度,Lauto是該物種的常染色體基因組物理長(zhǎng)度(本研究使用Sus scrofa11.1參考基因組組裝;常染色體長(zhǎng)度約為2 265 774 kb)。最后,使用R(v4.3.3)可視化結(jié)果。

        1.4" 地方豬保種群體的遺傳結(jié)構(gòu)關(guān)系分析

        將質(zhì)控后的數(shù)據(jù)使用GCTA(v1.94.1)軟件中Cendron[18]的方法進(jìn)行主成分分析(principal component analysis,PCA)。計(jì)算主成分1(PC1)和主成分2(PC2)的主成分可解釋遺傳變異。使用R(v4.3.3)可視化該P(yáng)CA分析結(jié)果。

        將計(jì)算PCA后的文件使用RStudio(v2024.04.1)軟件,選取主成分1~10進(jìn)行UMAP(uniform manifold approximation and projection)降維[27,28]。在UMAP降維過(guò)程中,選取UMAP1和UMAP2作為降維后的特征結(jié)果后,使用R(v4.3.3)可視化。

        利用PLINK(v1.90)軟件構(gòu)建狀態(tài)同源(identity by state,IBS)距離矩陣,在R種使用鄰接法(neighbor-joining,NJ)構(gòu)建家系結(jié)構(gòu)樹(shù),并使用Figtree v1.4.4軟件可視化分析結(jié)果,并劃分家系。

        使用ADMIXTURE(v1.3.0)軟件進(jìn)行群體假定祖先遺傳結(jié)構(gòu)分析[29,30]。為了避免抽樣偏差,本研究對(duì)質(zhì)控后數(shù)據(jù)集的每個(gè)群體隨機(jī)抽取10個(gè)樣本,對(duì)抽選后的510個(gè)樣本選取K=2~7進(jìn)行ADMIXTURE分析,并計(jì)算每一個(gè)K值下的交叉驗(yàn)證(cross-validation,CV)預(yù)測(cè)值,根據(jù)CV值確定最適群體假定數(shù)。最后使用R(v4.3.3)可視化。

        2" 結(jié)" 果

        2.1" 基因組DNA的SNP分型與質(zhì)控

        對(duì)所有不同來(lái)源的41個(gè)品種共2 144頭豬的SNP芯片數(shù)據(jù)進(jìn)行合并,進(jìn)行全基因組SNPs檢測(cè),共檢測(cè)到71 172個(gè)SNPs位點(diǎn),質(zhì)量控制后得到20 590個(gè)SNPs位點(diǎn)(表1)。

        2.2" 廣東4類地方豬品種種群的遺傳多樣性分析

        計(jì)算包括廣東4類地方豬在內(nèi)的包含華南型、華北型、華東型、華中型、西南型以及瘦肉型等多個(gè)標(biāo)志性豬品種的群體遺傳多樣性參數(shù),結(jié)果見(jiàn)表2。除去6個(gè)需要評(píng)估的保種場(chǎng)群體以及其對(duì)應(yīng)早期采集樣品數(shù)據(jù)外,華南型地方豬群體的近交系數(shù)(F)值位于0.188~0.471間,平均觀測(cè)雜合度(Ho)值位于0.162~0.296間,平均期望雜合度(He)值位于0.160~0.244間,平均連續(xù)純和片段(ROH)值位于87.59~275.63 Mb間,r2≥0.3時(shí)的LD長(zhǎng)度值位于441.25~479.96 kb間,F(xiàn)ROH值位于0.042~0.0.126間;瘦肉型豬群體的F值位于-0.118~0.301間,Ho位于0.214~0.342間,He位于0.233~0.333間,ROH長(zhǎng)度位于315.03~349.58 Mb間,r2≥0.3時(shí)的LD長(zhǎng)度位于412.33~448.97 kb間,F(xiàn)ROH值位于0.146~0.159間。

        對(duì)2023年來(lái)自6個(gè)保種場(chǎng)的廣東4類地方豬群體根據(jù)近交程度分為3類進(jìn)行分析,第一類為近交程度相對(duì)最高的大花白豬-2023年新豐和藍(lán)塘豬-2023年新豐,第二類為近交程度較高的小耳花豬-2023年樂(lè)家莊、藍(lán)塘豬-2023年紫金以及小耳花豬-2023年壹號(hào),最后一類為近交程度相對(duì)最低的粵東黑豬-2023年北礤。對(duì)以上3類遺傳多樣性結(jié)果分析如下:

        對(duì)于第一類大花白豬-2023年新豐和藍(lán)塘豬-2023年新豐,兩個(gè)群體的近交系數(shù)F、平均FROH、ROH長(zhǎng)度以及r2≥0.3時(shí)LD長(zhǎng)度均顯著高于瘦肉型豬群體及其他參考豬群體,Ho均大于He,且Ho、He均顯著低于瘦肉型群體。結(jié)合劉德武等[31]2002年的研究:藍(lán)塘豬、大花白豬群體內(nèi)的遺傳變異程度高于引進(jìn)瘦肉型群體。而本研究中,2023年藍(lán)塘豬、大花白豬群體的遺傳變異程度普遍低于引進(jìn)瘦肉型群體,說(shuō)明2023年藍(lán)塘豬及大花白豬的遺傳多樣性情況較2002年變差。綜合說(shuō)明,以上兩個(gè)群體的近交程度極高,遺傳多樣性情況較差。

        對(duì)于第二類小耳花豬-2023年樂(lè)家莊、藍(lán)塘豬-2023年紫金以及小耳花豬-2023年壹號(hào),3個(gè)群體的近交系數(shù)(F)均高于瘦肉型群體;平均FROH值及ROH長(zhǎng)度均顯著低于瘦肉型群體以及同類群體的早期采樣數(shù)據(jù);對(duì)比r2≥0.3時(shí)的LD長(zhǎng)度,除小耳花豬-2023年壹號(hào),其他兩個(gè)群體的LD長(zhǎng)度均高于瘦肉型豬群體以及其他中國(guó)地方豬群體;除小耳花豬-2023年樂(lè)家莊外,其他兩個(gè)群體Ho均大于He,且Ho、He值均低于瘦肉型豬群體。綜合說(shuō)明以上3個(gè)群體的近交程度較高,遺傳多樣性情況較差。

        第三類為粵東黑-2023年北礤,該群體F值均高于早期采樣的粵東黑-2015年北礤以及粵東黑-2020年北礤,說(shuō)明其近交程度雖不高,但近幾年有所增加;ROH長(zhǎng)度、平均FROH值均顯著高于早期采樣的粵東黑豬群體以及部分中國(guó)地方豬群體,低于瘦肉型群體;r2≥0.3時(shí)的LD長(zhǎng)度高于大部分早期采樣的粵東黑群體、其他華南地方豬群體以及全部瘦肉型群體;Ho大于He,且Ho及He均顯著高于其他中國(guó)地方豬品種,但稍低于同一保種場(chǎng)的2015年和2020年群體。綜合分析,該粵東黑豬-2023年北礤群體近交程度相較于其他華南地方豬群體較低,但較同一保種場(chǎng)早期采樣數(shù)據(jù)有所上升,遺傳多樣性相對(duì)較高,但較同一保種場(chǎng)早期采樣數(shù)據(jù)有所下降。

        2.3" 群體近交程度分析

        對(duì)來(lái)自6個(gè)保種場(chǎng)的2023年廣東4類地方豬品種FROH進(jìn)行分析(表2,圖1):大花白豬-2023年新豐以及藍(lán)塘豬-2023年新豐群體的FROH值分布較分散,較包括早期采樣的同群體在內(nèi)的大部分參考群體高,說(shuō)明二者近交程度高;藍(lán)塘豬-2023年紫金以及小耳花豬-2023年樂(lè)家莊的FROH值分布較分散,較包括早期采樣同群體以及全部瘦肉型豬群體低,說(shuō)明二者近交程度相對(duì)較高,其中小耳花豬-2023年樂(lè)家莊較小耳花豬-2021年樂(lè)家莊有所下降;小耳花豬-2023年壹號(hào)的FROH值分布集中程度較高,但顯著低于2010年小耳花豬群體以及瘦肉型群體,近交程度相對(duì)較低;粵東黑-2023年北礤的FROH值分布較分散,較瘦肉型群體低,但FROH平均數(shù)以及中位數(shù)均高于同一保種場(chǎng)2015年粵東黑豬群體、2020年粵東黑豬群體,這表明從2015年到2023年,北礤粵東黑豬的近交程度均有所上升。

        2.4" 廣東4類地方豬保種群體的遺傳結(jié)構(gòu)關(guān)系

        采用主成分分析(PCA)方法,對(duì)2 144個(gè)樣本進(jìn)行群體遺傳結(jié)構(gòu)分析(圖2)。PCA分析結(jié)果表明,各個(gè)群體的分散程度較好,PC1將瘦肉型豬和中國(guó)豬明顯區(qū)分,聚為兩類,PC2將各個(gè)地區(qū)的豬種能夠按照其品種分布地理位置區(qū)別開(kāi),PC1和PC2占總遺傳變異分別為20.51%、2.79%。其中,大花白豬(紫色)、藍(lán)塘豬(黃色)在圖中左上角區(qū)域聚集,說(shuō)明這兩個(gè)品種血緣可能相似,并且這兩個(gè)群體在PC1上也遠(yuǎn)離瘦肉型品種。小耳花豬(藍(lán)色)聚集于圖中左下角,其中小耳花豬-2023年壹號(hào)和部分小耳花豬-2023年樂(lè)家莊與陸川豬聚集,說(shuō)明小耳花豬-2023年壹號(hào)以及部分小耳花豬-2023年樂(lè)家莊與陸川豬血緣關(guān)系很近;大部分小耳花豬-2023年樂(lè)家莊與小耳花豬-2021年樂(lè)家莊聚集,說(shuō)明與前幾年相比,樂(lè)家莊保種場(chǎng)的小耳花豬血緣背景較穩(wěn)定,但也存在部分離群個(gè)體?;洊|黑豬(灰藍(lán)色)在PC1/PC2結(jié)果中介于瘦肉型豬(右側(cè))和中國(guó)地方豬(左側(cè))之間,說(shuō)明其血緣中除了中國(guó)本土地方豬血緣外,可能還混雜有瘦肉型豬的血緣,且粵東黑豬的聚集效果相對(duì)最為分散,推測(cè)其遺傳背景可能較為復(fù)雜。

        為了更好的展示各群體及樣本之間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近,本研究使用UMAP根據(jù)對(duì)PCA分析中的PC1到PC10進(jìn)行降維,并對(duì)兩個(gè)特征UMAP1和UMAP2繪圖(圖3)。結(jié)果顯示,瘦肉型品種與中國(guó)地方豬在圖中明顯分離,中國(guó)地方豬均能按照其實(shí)際地理位置分布聚集。大花白豬群體均聚集在圖左下部,并能夠按照來(lái)源不同聚集為兩類;3個(gè)不同來(lái)源的藍(lán)塘豬聚集為3類,其中主要的兩類聚集在圖上方;小耳花豬在圖中主要聚集為3類,其中一類小耳花豬群體與陸川豬明顯聚集,與PCA分析結(jié)果一致;粵東黑豬聚集在圖的中心位置,并能夠按保種場(chǎng)分別聚類。

        NJ-Tree拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)顯示(圖4),同一品種或同一地區(qū)的豬種聚類在一起,瘦肉型豬和中國(guó)地方豬形成了兩個(gè)主要進(jìn)化支。藍(lán)塘豬、大花白豬以及小耳花豬3個(gè)群體均遠(yuǎn)離瘦肉型豬。其中,藍(lán)塘豬形成了一個(gè)主要次級(jí)分支,有部分小分支與其他中國(guó)地方豬相融合;大花白豬聚集于一個(gè)主要次級(jí)分支,在分支上又形成了兩個(gè)小分支;小耳花豬形成了3個(gè)分支,有一部分小耳花豬與陸川豬聚集于同一分支,這一結(jié)果與PCA圖和UMAP圖中小耳花豬與陸川豬聚集的結(jié)果一致;粵東黑豬的分支均靠近瘦肉型豬,且介于中國(guó)地方型和瘦肉型群體之間,說(shuō)明粵東黑豬血緣可能受瘦肉型品種影響較大,與PCA結(jié)果一致。

        對(duì)每個(gè)群體隨機(jī)抽取的10個(gè)樣本進(jìn)行ADMIXTURE分析(圖5),結(jié)果顯示:當(dāng)K=2(假定只存在2個(gè)祖先血緣)時(shí),瘦肉型豬與中國(guó)地方豬被分配到兩個(gè)不同的遺傳背景中;在廣東4類地方豬品種中,粵東黑豬群體遺傳背景的瘦肉型血緣成分明顯高于其他3個(gè)品種,與PCA圖及NJ-Tree圖的結(jié)果相符。K=3時(shí),依據(jù)血緣成分組成可將瘦肉型豬、部分華南地方豬、其他中國(guó)地方豬區(qū)分分開(kāi),其中粵東黑豬主要遺傳組成仍與中國(guó)地方豬一致,但與其他中國(guó)豬品種相比,瘦肉型豬血緣含量明顯較高。K=4時(shí),杜洛克群體與其他瘦肉型豬分離,且粵東黑豬中混入的瘦肉型豬血緣主要來(lái)自杜洛克群體。K=6時(shí),兩個(gè)不同采樣年份的樂(lè)家莊小耳花豬聚集在一起,并與其他群體分離。K=3~7時(shí),小耳花豬-2023年壹號(hào)與陸川豬顯著聚集,且該群體幾乎沒(méi)有瘦肉型豬血緣滲入;粵東黑豬的血緣成分較為復(fù)雜,含有大量瘦肉型豬血緣,其華南地方豬血緣占比較低;藍(lán)塘豬與大花白豬始終共享相似的遺傳背景,沒(méi)有明顯區(qū)分。綜合表明,ADMIXTURE結(jié)果與其他分析結(jié)果一致。

        對(duì)不同時(shí)間段采集自保種場(chǎng)群體的中國(guó)地方血緣成分進(jìn)行分析(表3),其中大花白豬-2023年新豐(99.12%)和小耳花豬-2023年壹號(hào)(99.81%)的平均中國(guó)血緣比例最高,藍(lán)塘豬-2023年新豐(92.18%)、藍(lán)塘豬-2023年紫金(90.70%)次之,且兩個(gè)藍(lán)塘豬群體相較于2010年藍(lán)塘豬的血緣情況均提升;小耳花豬-2023年樂(lè)家莊(96.36%)的平均中國(guó)地方豬血緣比例較2010年前后采樣的小耳花豬提升,但較同保種場(chǎng)的小耳花豬-2021年樂(lè)家莊(97.77%)有所下降;粵東黑豬-2023年北礤的平均血緣比例為69.37%,相較2023年采樣的其他廣東地方豬品種最低,但相較于2015年以及2020年同場(chǎng)的情況提升。

        2.5" 6個(gè)保種場(chǎng)家系構(gòu)建分析

        對(duì)廣東4類地方豬6個(gè)保種場(chǎng)的現(xiàn)存群體使用鄰接法分別構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù),并通過(guò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行家系劃分,其中北礤粵東黑豬群體(圖6A)分為了6個(gè)家系,新豐藍(lán)塘豬群體(圖6B)分為4個(gè)家系,新豐大花白豬群體(圖6C)分為5個(gè)家系,樂(lè)家莊小耳花豬群體(圖6D)分為8個(gè)家系,紫金藍(lán)塘豬群體(圖6E)分為5個(gè)家系,壹號(hào)小耳花豬群體(圖6F)分為6個(gè)家系。

        3" 討" 論

        中國(guó)擁有豐富的畜禽遺傳資源,畜禽種質(zhì)資源的保護(hù)對(duì)維持本土遺傳資源多樣性、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要意義[32]。本研究對(duì)2023年采集自6個(gè)保種場(chǎng)的廣東4類地方豬共488頭豬的耳組織樣進(jìn)行50K全基因組SNP芯片檢測(cè)后,與已有公共數(shù)據(jù)合并,形成一個(gè)包含2 144個(gè)豬種的群體,進(jìn)行遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)的綜合評(píng)估。

        通過(guò)對(duì)41個(gè)品種進(jìn)行近交系數(shù)(F)、平均連續(xù)純合片段(ROH)長(zhǎng)度、觀測(cè)雜合度(Ho)、期望雜合度(He)、連鎖不平衡(LD)長(zhǎng)度以及基于ROH的基因組近交系數(shù)(FROH)分析。其中,F(xiàn)值越高的群體可能存在基因固定化和遺傳多樣性減少的風(fēng)險(xiǎn);ROH長(zhǎng)度和頻率反映出個(gè)體近交程度和基因組重組的情況[33,34];Ho、He越高說(shuō)明群體的遺傳多樣性越豐富[23,35];本研究中使用的r0.32是指r2≥0.3時(shí),兩個(gè)位點(diǎn)之間的LD長(zhǎng)度[24,36];此外,F(xiàn)ROH分析表明敏感性和準(zhǔn)確度優(yōu)于基于譜系的F值[24,31]。因此,本研究將通過(guò)小提琴圖呈現(xiàn)FROH分布情況[26,37-39]。本研究集合PCA、UMAP、ADMIXTURE假定血緣遺傳結(jié)構(gòu)以及NJ-Tree進(jìn)行群體結(jié)構(gòu)分析[30,40-42]。UMAP算法在高維數(shù)據(jù)的可視化和分析上比傳統(tǒng)方法表現(xiàn)更加優(yōu)異[28,43]。

        綜合遺傳多樣性分析結(jié)果得出以上保種群體均存在一定程度的近交。較高的近交程度可能是由于我國(guó)畜禽保種大多采用閉鎖繁殖的方式,限制了場(chǎng)內(nèi)豬群體與場(chǎng)外豬群體的基因交流。而高近交程度增加遺傳疾病風(fēng)險(xiǎn)并降低品種適應(yīng)性,因此各保種場(chǎng)需合理制定選配策略,選擇不同家系個(gè)體進(jìn)行交配,并有計(jì)劃地引入同一品種不同遺傳背景的個(gè)體以降低近交程度。

        對(duì)血緣組成的分析顯示,粵東黑豬-2023年北礤群體受瘦肉型豬血緣影響較大,主要來(lái)源為杜洛克豬。與2015年及2020年數(shù)據(jù)相比,北礤粵東黑豬群體的中國(guó)豬血緣比例有所提升,但瘦肉型豬種血緣依然較高。ADMIXTURE分析結(jié)果與黃樹(shù)文等[44]的報(bào)道一致。除粵東黑豬-2023年北礤群體外,其余5個(gè)群體的分析結(jié)果均表明,其血緣靠近中國(guó)地方豬種且遠(yuǎn)離瘦肉型豬種,血緣較純,保種情況良好。

        對(duì)上述6個(gè)保種場(chǎng)的4個(gè)群體,本研究綜合做出以下保種建議:各保種場(chǎng)仍需加強(qiáng)保種工作;對(duì)于北礤粵東黑豬群體應(yīng)格外加強(qiáng)血緣提純工作,同時(shí)避免近交,可引入該保種場(chǎng)外的血緣純度較高的粵東黑豬群體血緣,從而降低近交程度并維持遺傳多樣性;其余保種群體應(yīng)注意降低近交程度,配種時(shí)需區(qū)分家系,使用家系世代間輪流選配法,提高群體遺傳多樣性的同時(shí)降低近交程度,并及時(shí)定期對(duì)群體進(jìn)行評(píng)估以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并調(diào)整保種策略。

        4" 結(jié)" 論

        本研究通過(guò)豬50K SNP芯片分析了來(lái)自6個(gè)保種場(chǎng)的廣東4類地方豬(藍(lán)塘豬、大花白豬、粵東黑豬、小耳花豬)的遺傳多樣性、親緣關(guān)系及種群結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示,新豐板嶺的大花白豬和藍(lán)塘豬群體近交程度極高,遺傳多樣性極低;樂(lè)家莊小耳花豬、壹號(hào)小耳花豬和紫金東瑞藍(lán)塘豬群體也存在一定程度的近交,遺傳多樣性偏低。北礤粵東黑豬受瘦肉型豬血緣影響較大,尤其是杜洛克血緣。為提高廣東地方豬的遺傳健康與多樣性,建議適當(dāng)引入不同遺傳背景的純種豬,實(shí)施定向交配策略,定期對(duì)群體評(píng)估并進(jìn)行遺傳監(jiān)測(cè),加強(qiáng)保種群體管理的教育與培訓(xùn)。

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        (編輯" 郭云雁)

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