家養(yǎng)動物拷貝數(shù)變異的研究進展

潘夢穎，馬 云

基因拷貝數(shù)變異（copy number variations CNVs）是指DNA片段大小范圍從Kb到Mb的亞微觀突變，包括DNA片段插入、缺失、重復(fù)和復(fù)合多位點變異。其具有分布范圍廣、可遺傳、相對穩(wěn)定和高度異質(zhì)性等特點。2004年人類基因組中部分基因的拷貝數(shù)變異被相關(guān)研究者發(fā)現(xiàn)并描述。Sebat等［1］報道了人類基因組中的大規(guī)模拷貝數(shù)多態(tài)性，指出大規(guī)模拷貝數(shù)多態(tài)性對正常人群間遺傳變異的判定與分析有重要作用。2006年Redon等［2］研究并且公布了人類基因組第一代CNV圖譜。到目前為止，相關(guān)研究者們已經(jīng)對人、小鼠［3］、大鼠［4］、黑猩猩［5］、獼猴［6］和果蠅［7］建立起了全基因組CNV目錄，并且在豬的第4，7，14，17號染色體上測得出了CNV區(qū)域［8］。

拷貝數(shù)變異與許多疾病的關(guān)系一直是研究的難點和熱點。而CNVs與動物疾病抗性及易感性關(guān)系的研究對培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)、高抗病性的家畜家禽品種具有深遠的意義。此外，CNVs的早期鑒定還可以使育種者盡早了解家畜家禽對病毒和疾病的易感情況，為家畜家禽的早期選育提供具有重要參考價值的遺傳背景信息。

1 牛拷貝數(shù)變異的研究進展

George E，Liu等［9］第一次系統(tǒng)地描述了牛的拷貝數(shù)變異，他們鑒定出了177個有拷貝數(shù)缺失或重復(fù)的染色體，其中有117個高頻的CNVRs，包含2010萬個堿基，這些基因的表達能顯著提高牛的免疫、哺乳、繁殖和反芻的能力。經(jīng)過進一步研究發(fā)現(xiàn)不同種牛的CNV出現(xiàn)頻率不同，表明了牛的CNVs很可能在品種間獨立，而且在不同物種間起不同的作用。此研究補充了基因變異的來源。

Hou等［10］以牛為研究對象對拷貝數(shù)變異進行了大量的分析，他們發(fā)現(xiàn)了811個拷貝數(shù)變異的候選區(qū)域。為了調(diào)查清楚拷貝數(shù)變異的作用，他們把100個動物分成兩組，一組是對寄生蟲有抵抗性的（parasite resistant PR），另一組是對寄生蟲敏感性的（parasite susceptible PS），發(fā)現(xiàn)了有297個 PR－cnv與加強免疫和抵抗力的Ensembl基因相吻合。該研究表明了CNV對于提高家畜免疫力及抵抗力有重要作用。

Fontanesi等［11］做牛—羊種間矩陣比較基因雜交實驗鑒定出了鑒定出了135個CNV區(qū)域，這些區(qū)域包含了10.5Mb的羊基因和55.9～77.6Kb的牛基因。通過分析表明了羊和牛有拷貝數(shù)變異的重疊，暗示了很多染色體區(qū)域可能包含有種間的CNVRs。

Kijas等［12］為了表示CNVs在牛中的特征，做了一個廣泛的調(diào)查，比較了這些基因在數(shù)量、位置和基因容量方面的特征。對研究結(jié)果進行保守估計，大約有0.5%的牛基因共有51個CNVs，CNV的大小在213kb～335kb之間。他們對決定每個CNV區(qū)域的基因的內(nèi)容作了分析，結(jié)果表明主要的CNVs都至少包括一個基因，大量的CNVs包含控制牛的表性變化的基因。這項研究充分證明了拷貝數(shù)變異在牛的基因多樣性研究中的重要地位。

Bickhart等［13］在5個不同品種牛基因組上發(fā)現(xiàn)了1265個CNVR，大約有55.6Mb序列長度，其中有476個是之前未被報道的，并揭示這些CNV可能對特定品種的生產(chǎn)性狀有影響。

張良志等［14］在黃牛的脂聯(lián)素基因的啟動子區(qū)發(fā)現(xiàn)了一個CNV，且研究發(fā)現(xiàn)其變異程度與肉用性狀選育程度呈正相關(guān)關(guān)系。Stothard等［15］在對黑色安格斯牛和荷斯坦牛的研究中發(fā)現(xiàn)了790個可能的CNV，隨機的對其中的10個CNV進行功能分析發(fā)現(xiàn)有5個基因與牛的產(chǎn)肉產(chǎn)奶及免疫性能相關(guān)。

2 豬拷貝數(shù)變異的研究進展

Yuliaxis等［16］人分析了豬的全基因組分型芯片，他們以55頭利比亞長白豬（IBMAP）為材料，發(fā)現(xiàn)了49個拷貝數(shù)變異區(qū)域，其中的一些CNV和一些已知的哺乳動物的CNV是保持一致的。Fadista等［17］在對杜洛克豬和漢普夏公豬的研究中共發(fā)現(xiàn)了37個拷貝數(shù)變異區(qū)域，其中有5個是在基因組的重復(fù)序列中發(fā)現(xiàn)。樊斌［18］在對通城豬，大白豬，杜洛克豬，大通（大白豬×通城豬）F1代及杜通豬（杜洛克×通城豬）回交后代研究中共發(fā)現(xiàn)了44個潛在的CNV。

KIT基因控制豬的顯性白毛色，該基因的拷貝數(shù)的增加會導(dǎo)致豬毛色不呈色或部分呈色。牛玉娜［19］以長白豬，大白豬，杜洛克豬和五指山豬為研究對象，以KIT為候選基因，檢測KIT基因拷貝數(shù)，為進一步探討KIT基因與五指山豬毛色形成關(guān)系奠定基礎(chǔ)，并根據(jù)相應(yīng)的實驗結(jié)果數(shù)據(jù)推測出五指山豬KIT基因在染色體上拷貝數(shù)為1。王韜［20］確定了紅毛杜洛克，白毛杜洛克，大白豬的KIT基因型并在KIT外顯子2中設(shè)計MGB探針和引物，以單拷貝基因ESR作為內(nèi)標基因檢測KIT的拷貝數(shù)變異，該實驗對影響家豬顯性白毛色的KIT拷貝數(shù)變異進行了定量檢測，借此推定豬Dominant white／KIT位點的基因型，對豬毛色遺傳機理的研究、商品瘦肉型豬的選育工作產(chǎn)生有力的幫助。

3 羊拷貝數(shù)變異的研究進展

Zhao等［21］在兩種中國地方羊品種（內(nèi)蒙古白絨山羊和陜北白絨山羊）中的角蛋白輔助蛋白基因（KAP）上發(fā)現(xiàn)了CNV的存在，且認為CNV的存在可能影響絨山羊的羊絨品質(zhì)。

Fontanesi等［22］在研究綿羊基因組的CNV時，發(fā)現(xiàn)了135個CNVR，這些CNVR與山羊和牛基因組的CNVR有很多的重疊區(qū)域，并且這些CNVR中包含的基因?qū)d羊的性狀表達具有重要的影響。

4 雞拷貝數(shù)變異的研究進展

Wright等［23］研究發(fā)現(xiàn)，雞的豆冠表型是由SOX5的第一內(nèi)含子拷貝數(shù)變異所致。雞的豆冠是一種顯性突變，該性狀使雞冠和肉垂的尺寸大大減小，從而減少雞體內(nèi)熱量的損失，防止雞被凍傷，它是雞適應(yīng)寒冷氣候的一種表現(xiàn)性狀。

Wang X等［24］在雞當中發(fā)現(xiàn)了96個 CNVs，其中小的CNVs位于非編碼區(qū)域，大的CNVs包含一些非編碼基因，如催乳素受體基因、醛糖還原酶基因、鋅指蛋白基因，該研究表明CNVs可能會影響雞的生產(chǎn)或與疾病相關(guān)的性狀。

Wang Y等［25］用安捷倫科技公司專門設(shè)計出的Array CGH芯片繪制出了中國本地雞和商業(yè)雞的詳細的CNV地圖，一共發(fā)現(xiàn)了130個拷貝數(shù)變異區(qū)域，其中有104個是在在雞中首次被報道。在這104個異常的CNVRs中，其中有56個是不編碼的序列，65個顯示了DNA的增加，40個顯示了DNA的缺失。他們進一步通過基因本位論分析發(fā)現(xiàn)，這里的拷貝數(shù)變異引起了用于正調(diào)控的磷脂酶A2的活性基因被大量表達，該研究進一步表明了拷貝數(shù)變異對于畜禽性狀的重要作用。

Griffin等［26］作出了雞和火雞之間詳細的比較細胞遺傳學(xué)圖譜，通過CGH他們發(fā)現(xiàn)了16個種間的CNVs，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與哺乳動物相比，在進化的過程中禽類的基因組保持著相對穩(wěn)定。

張榮等［27］人利用SNP分型芯片分析雞基因組的拷貝數(shù)目變異，共426個個體的分型數(shù)據(jù)被用于檢測CNVs，共檢測到了3 824個CNVs，平均一個個體約有9個CNVs，總計CNVs事件有667個，缺失是重復(fù)的兩倍多，大部分（70%）CNVs在不止一個個體觀察到屬于非唯一的CNVs，剩下的（30%）CNVs只在一個個體觀察到屬于唯一CNVs。本研究的CNVs數(shù)據(jù)豐富了雞基因組的遺傳變異，為理解這一變異對家禽表型和疾病方面的影響提供參考。

5 應(yīng)用前景展望

畜禽疾病是制約現(xiàn)代畜牧業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的一項很重要的因素。CNV可應(yīng)用于畜禽疾病研究，通過比較健康群體與患病群體間CNV的差異來判斷CNV與該病癥的關(guān)聯(lián)性，同時被檢測出有差異的CNV可作為檢測該疾病的遺傳標記［20］。在選種育種時可通過挑選含有與疾病低易感性相關(guān)的CNV的個體進行大量生殖培育，達到選擇培育優(yōu)良抗病畜種的目的。在育種過程中，對于與某項表型特征性狀相關(guān)的CNV進行分型，從而選取適應(yīng)性強、功能性好的群體。畜禽研究中，CNV作為遺傳標記將發(fā)揮重要的作用，為疾病的研究開辟新的途徑，為選育良好性狀提供新的思路。

綜上所述，CNV為研究畜禽分子水平的變異提供更為廣泛的材料資源，還可以作為一種有效的遺傳標記應(yīng)用于畜禽的選種育種，CNV的研究有著重要的意義和廣闊的前景。

［1］Sebat J，Lakshmi B，Troge J，etal.Largescale copy number polymorphism in the human genome［J］.Science，2004，305（5683）：525－528.

［2］Redon R，Ishikawa S，F(xiàn)itch K R，etal.Global variation in copy number in the human genome［J］.Nature，2006，444（7118）：444－454.

［3］Cutler G，Marshall L A，Chin N，etal.Significant gene content variation characterizes the genomes ofinbred mouse strains［J］.Genome Res，2007，17（12）：1743－1754.

［4］Curyev V，Saarn K，Adamovic T，etal.Distribution and functional impact of DNA copy number variation in the rat［J］.Nat Genet，2008，40（5）：538－545.

［5］Kehrer－Sawatzki H，Cooper D N.Structural divergence between the human and chimpanzee gemomes［J］.Hum Genet，2007，120（6）：759－778.

［6］Lee A S，Gutierrez－Arcelus M，Perry G H，etal.Analysis of copy number variation in the rhesus macaque genome identifies candidate locifor evolutionary and human diseases studies［J］.Hum Mol Genet，2008，17（8）：1127－1136.

［7］Dopman E B，Hartl D L.A portrait of copy number polymorphism in Drosophila melanogaster［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2007，104（50）：19920－19925.

［8］劉 欣，王立剛，王立賢.拷貝數(shù)變異及其研究進展［J］.畜牧獸醫(yī)學(xué)報，2010，41（8）：927－931.

［9］Yali Hou，George E，Liu，etal.Genomic regions showing copy number variations associate with resistance or susceptibility to gastrointestinal nematodes in Angus cattle［J］.Functional ＆Integrative Genomics，2012，12（1）：81－92.

［10］Fontanes L.A first comparative map of copy number variations in the sheep genome［J］.Genomics，2011，97（3）：158－165.

［11］James W，Kijas，William Barendse，etal.Nalysis of copy number variants in the cattle genome［J］.Gene，2011，482（2）：73－77.

［12］Bickhart D M，Hou Y，Schroeder S G，etal.Copy number variation of individual cattle genomes using next－generation sequencing［J］.Genome Res，2012，22（4）：778－779.

［13］張良志，藍賢勇，張 麗，等.黃牛ADIPOQ基因啟動子區(qū)可變拷貝數(shù)的突變研究［A］.第十五次全國動物遺傳育種學(xué)術(shù)討論會論文集［C］.陜西楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2009：348.

［14］Stothard P，Choi J W，Basu U，etal.Whole genome resequencing of Black Augus and Holsten cattle for SNP and CNV discovery［J］.BMC Genomics，2011，12：559－572.

［15］Yuliaxis Ramayo－Caldas，Anna Castelló，etal.Copy number variation in the porcine genome inferred from a 60kSNP BeadChip［J］.BMC Genomics，2010，11：593.

［16］Fadista J，Nygaard M，Holm L E，etal.A snapshot of CNVs in the pig genome［J］.PLoS One，2008，3（12）：e3916.

［17］樊 斌.利用豬全基因組SNP芯片掃描發(fā)掘豬基因組中拷貝數(shù)的變異［A］.張 勤，王金玉.第十六次全國遺傳育種學(xué)術(shù)討論會論文集［C］.江蘇揚州：揚州大學(xué)，2011.

［18］牛玉娜.五指山豬KIT基因拷貝數(shù)檢測暨豬PSME1基因與免疫性狀關(guān)系的研究［D］.湖北武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，2007，6.

［19］王韜.應(yīng)用TaqMan－MGB探針實時定量PCR技術(shù)檢測豬KIT基因型的研究［D］.山東：山東農(nóng)業(yè)學(xué)院動物科技學(xué)院，2010，6，14.

［20］Zhao M，Wang X，Chen H，etal.The PCR－SSCP and DNA sequencing methods detecting a large deletion mutation at KAP6.2locus in the Cashmere goat［J］.Small Research，2008，75（2／3）：243－246.

［21］Fontanesi L，Beretti F，Martelli P L，etal.A first comparative map of copy number varations in the sheep genome［J］.Genomics，2011，97（3）：158－165.

［22］Wright D，Boije H，Meadows J，etal.Copy number variation in intron 1of SOX5causes the Pea－comb phenotype in chickens［J］.PLoS Genetics，2009，5（6）：e1000512.

［23］Wang X，Nahashon S，F(xiàn)easter T K，etal.An initial map of chromosomal segmental copy number variations in the chicken［J］.BMC Genomics，2010，11：351.

［24］Wang Y，Gu X，F(xiàn)eng C，etal.A genome－wide survey of copy number variation gegions in various chicken breeds by array comparative genomic hybridization method［J］.Animal Genet－ics，2012，43（3）：282－289.

［25］Griffin D K，Robertson L B，Tempest H G，etal.Whole genome comparative studies between chicken and turkey and their implications for avian genome evolution［J］.BMC Genomics，2008，9：168.

［26］張 榮，謝 亮，等.利用SNP分型芯片分析雞基因組的拷貝數(shù)目變異［J］.動物生物技術(shù)通報，2010，12（1）：43.

［27］何陽花，俞 英，張 沅.拷貝數(shù)變異與疾病的關(guān)系及其在動物抗病育種中的應(yīng)用前景［J］.遺傳，2008，30（11）：1385－1381.