近期，西北農林科技大學姜雨團隊在Genome Research發表了題為「A sheep pangenome reveals the spectrum of structural variations and their effects on tail phenotypes」的論文，該研究基於PacBio HiFi 測序技術，對15個不同基因群體的綿羊基因組進行注釋，建立了綿羊泛基因組，發現了大量的綿羊新基因和結構變異，並揭示了羊尾形特徵的變異機制。這一成果揭示了綿羊泛基因組的豐富性和多樣性，為綿羊基因編輯，哺乳動物表型變異研究和品種選育提供了重要理論參考。
鸿运国际(中国)提供三代PacBio HiFi建庫測序服務。
研究背景
結構變異（SVs）指基因組上大於50bp的大尺度核苷酸序列變化或位置變化。與單核苷酸多態性（SNP）相比，它們可能在基因區域和調控區域引起更大規模的變化，進而影響基因表達和生物表型。
綿羊是被馴化的家畜之一，對經濟發展和文化研究具有重要意義。儘管部分綿羊表型特徵（如羊毛顏色、羊毛變化等）與結構變異（SV）的相關關係已經被報道，但綿羊SV譜系中仍然存在大量的未知。
研究材料
歐洲、東亞、中東和非洲等地區的649隻綿羊中的15個不同綿羊品種
研究結果
研究人員從649隻綿羊中選擇了來自歐洲、東亞、中東和非洲等地區的15個不同的綿羊品種，它們涵蓋了約87.1%的常見SNP。基於PacBio HiFi測序技術，結合hifiasm生信分析工具和BUSCO評估，研究人員組裝了這15個綿羊品種的高質量基因組，其中Gap數少於100的基因組佔比高達80%，每個基因組平均含有1513個Contig，平均Contig N50長度為68.8Mb，這些基因組補充了原有參考基因組中約82.1%的缺口。
15個綿羊基因組的從頭組裝
結構變異（SV）是決定家畜表型變化的重要遺傳變異類型。研究人員基於三代PacBio HiFi測序技術和圖結構泛基因組方法對這15個綿羊基因組的SV進行解析。研究人員檢測到149,158個雙等位基因插入/缺失和豐富的複雜變異，包括6531個不同等位基因和14,707個多等位基因的變異，這些SV總共貢獻了130.3 Mb的非參考序列，其中包含72.5%的TE重複序列，SV的總體驗證率為94%；通過這些SV，該團隊首次揭示了一個包含骨髓相關分化標記(MYADM)的不同基因座的完整序列；此外，研究人員還發現，SV的數量隨着自身長度的增加而減少，且由於負選擇作用，SV在非翻譯區 (UTR)、編碼序列 (CDS) 和調控元件（H3K4me3、H3K27ac）中的佔比較低。
綿羊中的結構變異
綿羊的尾巴對於物種馴化、環境適應和實際生產應用具有重要的意義，但其深層的突變機制仍未明確。因此，基於泛基因組SV分析和全基因組關聯分析（GWAS）技術，研究人員對綿羊尾巴的長短和粗細的變異機制進行深度剖析。對649隻家養綿羊中長尾品種和短尾品種的SV進行種群分支統計（PBS），結合Hu sheep × East Friesian的雜交種的GWAS數據，專家發現168bp插入片段的周圍區域與尾長高度相關，且在反芻動物中較為保守。對8個肥尾品種和10個細尾品種綿羊進行PBS分析，鑑定到與尾肥性狀相關的基因區域中包含6個高度高度分化的dSV（PDGFD基因和IBH區域），且這兩個區域中的這些SV可能是決定尾肥性狀的關鍵候選突變位點。
綿羊尾巴變異機制
研究總結
該研究通過三代PacBio HiFi測序技術和圖結構方法構建一個包含15個不同的綿羊品種的高質量泛基因組圖譜，並通過結構變異（SV）分析揭示了綿羊基因組的複雜性和多樣性。基於PBS分析和GWAS技術，研究人員進一步剖析了綿羊尾巴長短和粗細的變異機制，發現了與這些性狀相關的基因區域中的關鍵候選突變位點。這些發現有助於進一步理解綿羊基因組的演化和馴化過程，為綿羊育種和改良提供了基礎數據和新的方向。此外，該研究的技術和方法對於研究其他動物的基因組和複雜性狀也具有一定的參考意義。
參考文獻
Li, Ran & Gong, Mian & Zhang, Xinmiao & Wang, Chunna & Yang, Peng & Jiang, Yu, et al. (2023). A sheep pangenome reveals the spectrum of structural variations and their effects on tail phenotypes[J]. Genome Research. 33. 10.1101/gr.277372.122.
