中國肉牛單核苷酸多態性個體識別體系構建

摘要 [目的]篩選一套能用于我國肉牛進行大規模親子鑒定的SNP體系。[方法]運用HAPMAP數據結合文獻尋找可用于我國肉牛親子鑒定的SNP位點，篩選SNP位點及確定數目，運用相關公式計算其個體識別力和篩選結果的可信度。[結果]依據篩選標準共選擇出38個符合標準的SNP位點，平均多態信息含量為0.364 5，平均觀察雜合度為0.478 0。[結論]經分析38個SNP位點多態信息含量、個體識別力及累計個體識別力均符合等位基因數、雜合度、個體識別力等方面的要求，可用于我國大規模肉牛廠進行SNP個體識別鑒定需求。

關鍵詞 牛；單核苷酸多態性；親子鑒定；個體識別

中圖分類號 S188 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）25-08513-03

Abstract [Objective] To screen and set up a new SNP system which can be used for largescale cattle paternity tests. [Method] Using data from HAPMAP and literatures， we picked out SNPs and calculated their discrimination power （DP） and the credibility of the results. [Result] 38 SNPs were selected in the present study， the polymorphism information contents（PIC） were all above 0.364 5， and the average heterozygosity （Ho） was above 0.478 0. [Conclusion] The genetic information of 38 SNP meets the requirements of the number of the alleles， heterozygosity（Het） and discrimination power （DP）. Meanwhile， the established SNPs system is up to the need of individual identification and paternity tests in cattle.

Key words Cattle； Single Nucleotide Polymorphism； Paternity testing； Individual identification

親子鑒定、個體識別對于處理牛的盜竊案件、走失牛的權屬爭議案件，對于育種的篩選，精液的來源鑒定，克隆牛的鑒定，牛譜系的擴展重建及新物種形成的鑒定等均具有重要意義。目前，牛親子鑒定主要應用微衛星（Short tandem repeat，STR）標記和單核苷酸多態性（Single nucleotide polymorphism，SNP）標記。作為第三代分子標記，SNP 標記具有遺傳穩定、數量豐富、判型錯誤率低、檢測自動化、操作方便的優點，非常適用于大規模群體的親子鑒定。隨著SNP 檢測成本的下降，其在牛親子鑒定中的發展前景與日俱增。

迄今，國際上牛SNP標記方面的研究日益增多，但由于品種差異，仍缺乏一套適用于我國肉牛進行大規模親子鑒定的SNP體系，阻礙了實際應用。筆者運用HAPMAP數據結合文獻尋找可用于我國肉牛親子鑒定的SNP位點，篩選SNP位點及確定數目，運用相關公式計算其個體識別力和篩選結果的可信度，為構建SNP復合檢測體系提供理論數據。

1 材料與方法

1.1 數據發掘

通過搜索CNKI數據庫，收集從1980年至今的相關文獻，使用的主要關鍵詞：南陽牛、秦川牛和郟縣紅牛。在顯示出的85 篇文獻中，去除綜述、評論、通訊等未列出具體數據的文獻，對余下的 73 篇文獻進行進一步篩選，入選的標準為那些分別列出了南陽牛、秦川牛、郟縣紅牛基因位點多態性的文獻。從每篇文獻中提取出以下信息：① 每個基因篩選3個黃牛群體雜合度均較高的一個SNP位點；② 每個SNP位點篩選信息包括：SNP所處染色體（查閱NCBI數據庫http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/）、SNP在基因中的位置、群體樣本量、等位基因頻率、雜合度（Het）、多態信息含量（PIC）、個體識別力（DP）、累計個體識別力（CDP）。

1.2 SNPs篩選

數據中篩選出38個SNP位點的條件：① 3個黃牛群體雜合度均大于0.3；② SNP盡量處于不同染色體上，同一條染色體上SNP位點之間的物理距離至少大于1 Mb。

2.2 各SNP位點對個體識別的評價

根據38個SNP位點等位基因的頻率，計算出各位點的個體識別力及累計個體識別力（表1），38個SNP位點的個體識別能力在0.362 1～0.666 4，其中，CAST基因的C962G位點個體識別能力最強，為0.666 4；CDK6基因的T1075C位點個體識別能力最小，只有0.362 1。由此可見，CAST基因的C962G位點在牛個體識別中的作用最大，CDK6基因的T1075C位點在牛個體識別中的作用最小。對單個SNP位點而言，其遺傳標記的多態性越高，個體識別能力越強，反之則個體識別能力差。通過公式計算，38個SNP位點的累計個體識別能力大于99.999 9%，達到小數點后13個9的準確度。

3 討論

動物個體識別和群體多態性研究是依據個體或群體的某些特征判斷其來源、 歸屬及它們之間親緣關系的一種方法，在生物學研究中具有重要意義。對于牛的個體識別而言，處理盜竊牛案件、走失牛案件，育種的親子鑒定和篩選，精液的來源鑒定，克隆牛的鑒定，牛譜系的擴展重建及新物種形成的鑒定時，都具有重要作用。傳統方法是根據動物外貌特征、染色體特征及血液蛋白多態等進行分析。但這些方法均受到自身各方面的限制，阻礙了它們的進一步發展，特別是用外形相似、染色體特征相同、親緣關系較近的動物進行識別時效率很低。近年來，分子標記的發展為動物個體或群體識別注入了新活力。其中微衛星（Short tandem repeat，STR）標記由于其多態程度高、分布廣泛、且在近緣物種間有一定的同源性，受到廣大學者的偏愛[1]。目前，STR標記已在家牛、水牛、馬、狗、雞等畜禽、家禽個體或群體識別中得到應用。然而，隨著分子生物學的發展，作為第三代分子標記，單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP）標記具有遺傳穩定、數量豐富、判型錯誤率低、檢測自動化、操作方便的優點，適用于大規模群體的親子鑒定。高通量SNP 檢測技術的發展和成本的降低，極大程度地推動了SNP 相關研究的發展速度。目前，研究SNP 標記應用于人類或家畜親子鑒定的報道也越來越多，主要集中于開發不同途徑的SNPs 位點組合，構建實用型復合SNP 檢測系統。對于牛個體識別而言，應用于牛種質資源鑒定、盜竊、走失等的權屬爭議案件，以及育種中系譜的擴展重建等。研究表明，各國牛群平均系譜錯誤率可達11% 左右[2]。而錯誤的系譜對牛育種規劃的實施和遺傳改良工作有顯著的不良影響，造成不必要的損失[3]。因此，利用分子標記技術對牛進行個體識別具有很重要的意義。

隨著SNP檢測成本的下降，其在牛親子鑒定中有取代微衛星標記之勢[4]。HEATON等[5]利用32個SNP標記實現了對美國安格斯牛群體的親子鑒定分析，周磊[6]通過比較微衛星和單核苷酸多態標記對奶牛親子鑒定的效率，結果表明，單個微衛星標記的推斷效率一般高于單個SNP標記，但當SNP標記達到一定數目后，其推斷效率能夠達到甚至超過微衛星。目前，美國、加拿大等國家已建立了適合本國荷斯坦牛和肉牛的SNP親子鑒定體系；我國也已形成了荷斯坦牛微衛星親子鑒定技術體系，但還沒有開展肉牛親子鑒定相關研究。該研究收集我國著名三大本地黃牛品種（南陽牛、秦川牛、郟縣紅牛）遺傳多態性數據，共篩選出38個符合標準的SNP 標記，分別位于24條染色體上，最低PIC為0.299 8和最高PIC為0.375。 累計個體識別力達到小數點后13個9的準確度，平均觀察雜合度為0.478 0，能夠進行個體識別分析。經分析多態信息含量、個體識別力及累計個體識別力均符合等位基因數、雜合度、個體識別力等方面的要求。可用于我國大規模肉牛廠進行SNP個體識別鑒定需求。在該研究的基礎上，可以進行無相關個體的試驗研究，從而更準確地進行我國黃牛的個體識別鑒定。

參考文獻

[1] BRUFORD M W，WAYNE P K.Microsatellite and their applications to population genetic studies [J].Current Opinion in Genetics and Development，1993，3： 939-943.

[2] BANOS G，WIGGANS G R，POWEL R L.Impact of paternity errors in cow identification on genetic evaluations and international comparisons [J].J Dairy Sci，2011，84： 2523-2529.

[3] ISRAEL C，WELLER J I.Effect of misidentification on genetic gain and estimation of breeding value in dairy cattle populations [J].J Dairy Sci，2009，83： 181-187.

[4] 李東.利用SNP標記進行奶牛親子鑒定的研究[D].北京： 中國農業大學，2010.

[5] HEATON M P，HARHAY G P，BENNETT G L，et al.Selection and use of SNP markers for animal identification and paternity analysis in US beef cattle [J].Mamm Genome，2002，13： 272-281.

[6] 周磊.利用微衛星和SNP標記信息進行奶牛親子鑒定的模擬研究 [D].北京： 中國農業大學，2010.