•  

Център за развъждане и геномика на животни, Университет и изследователски център Вагенинген, Вагенинген, Холандия

подписи

Център за развъждане и геномика на животни, Университет и изследователски център Вагенинген, Вагенинген, Холандия

Изследователски и технологичен център за развъждане на партньорство, Hendrix Genetics, Boxmeer, Холандия

Държавна ключова лаборатория за агробиотехнологии, Китайски аграрен университет, Пекин, Китай

Център за развъждане и геномика на животни, Университет и изследователски център Вагенинген, Вагенинген, Холандия

Център за развъждане и геномика на животни, Университет и изследователски център Вагенинген, Вагенинген, Холандия

  • Мартин Г. Елферинк,
  • Хендрик-Ян Мегенс,
  • Ади Верейкен,
  • Сяосян Ху,
  • Ричард П. М. А. Кроойманс,
  • Мартиен А. М. Гронен

Фигури

Резюме

Цитат: Elferink MG, Megens H-J, Vereijken A, Hu X, Crooijmans RPMA, Groenen MAM (2012) Подписи за селекция в геномите на търговски и нетърговски породи пилета. PLoS ONE 7 (2): e32720. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0032720

Редактор: Тоши Шиода, болница в Масачузетс, Съединени американски щати

Получено: 6 май 2011 г .; Прието: 3 февруари 2012 г .; Публикувано: 27 февруари 2012 г.

Финансиране: Martin Elferink е финансиран от Холандската технологична фондация (STW), номер на проект 07106. Финансиращите не са имали роля в дизайна на проучването, събирането и анализа на данни, решението за публикуване или подготовката на ръкописа.

Конкуриращи се интереси: Авторите са прочели политиката на списанието и имат следните конфликти: Авторът Addie Vereijken е нает от Hendrix Genetics, Boxmeer, Холандия. Това не променя придържането на авторите към всички политики PLoS ONE за споделяне на данни и материали.

Въведение

Опитомените породи пилета са разнообразни с разлики в морфологията, физиологията и поведението [1]. Традиционните породи се отглеждат най-вече за декоративни цели и показват голямо разнообразие в морфологичните фенотипове между породите. Чарлз Дарвин вече забелязва голямото разнообразие от фенотипове в пилето и приема един произход на опитоменото пиле, спускащо се от Gallus gallus (Red Junglefowl (RJF)) [2]. Въпреки че един произход беше подкрепен от много проучвания (напр. [3] - [6]), той беше обсъден от други [7], [8]. Археологическите открития показват, че множество събития за опитомяване и множество географски региони са участвали в създаването на опитоменото пиле [9], което се подкрепя от молекулярно генетични доказателства [10] - [11]. Освен това молекулярните доказателства подкрепят генетичния принос на други видове Junglefowl към настоящите опитомени пилета. Например, локусът на жълтата кожа, присъстващ в няколко домашни породи пилета, най-вероятно произхожда от Gallus sonneratii (Сива джунгла) [12].

Първоначално пилето е било опитомено по културни причини като религия, украса и бой на петел, вместо хранителен ресурс [13]. Въпреки селективното развъждане, което е документирано още през римско време [13], едва през 20-ти век търговските развъдни компании са избрали силно за производствени черти. Специализираните линии за размножаване бяха интензивно подбрани или за признаци на растеж (производство на месо), или за репродуктивни признаци (снасяне на яйца), което доведе до масивна реакция на селекция към тези цели на развъждане [13] - [15]. По-голямата част от търговските породи пилета в Европа и Северна Америка са създадени само от шепа породи. Въпреки че все още присъстват нетърговски породи, ефективният размер на популацията обикновено е малък (десетки до стотици [6]) и много породи са застрашени от инбридинг или изчезване, което ще доведе до намалено биологично разнообразие в пилешкото месо [16].

Неотдавнашно проучване, което прилага масивна паралелна стратегия за секвениране, идентифицира хромозомни региони и гени, предполагаемо при селекция по време на опитомяване на пилета и селективно размножаване [1]. Това проучване обаче се фокусира само върху малък брой породи, като прави обобщения върху историята на селекцията в домашните и дивите пилета несигурни.

За разлика от това, ние имахме за цел да направим широка оценка на ефектите от историята на селекцията при опитомените пилета. Поради това анализирахме кокошките, които представляват всички основни цели за отглеждане. Освен това анализирахме некомерсиално разнообразие от пилета за повечето традиционни холандски породи и селекция от представителни породи от Китай. В допълнение бяха анализирани няколко не опитомени популации пилета, както и сродни не опитомени видове (Gallus lafayetii). Тази проба от 67 търговски и нетърговски породи беше оценена за подписи на селекция в генома, като се използва информация за 57 628 SNPs, генотипирани върху обединени ДНК проби. Използването на множество популации за всяка порода ще намали влиянието на стохастичните ефекти като генетичен дрейф, който може да е резултат от използването само на една популация. Освен това, тази стратегия може да разкрие по-мащабни истории на селекция, специфични за породата или целите на развъждането, а не истории за селекция, специфични за популацията, което може да улесни интерпретирането на подписите за селекция.

Материали и методи

Събиране на данни

Избор на маркер и изчисления на честотата на алела

Генетични изчисления на разстояние

За изчисляване на двойно генетични разстояния между породите е използван софтуер PHYLIP (версия 3.69 [31]). Генетичното разстояние на Nei беше използвано като мярка за генетично разстояние [32]. Тъй като PHYLIP не може да се справи с липсващи данни, изчисленията на разстоянието за всяка двойка породи се основаваха на данните за маркерите, които тези породи имаха общо [33]. Софтуерът Mega 4.0 [34] е използван за йерархично клъстериране, използвайки процедурите за присъединяване на съседи в матрицата на генетичното разстояние за всички породи. Gallus lafayetii е използван за изкореняване на дървото.

Подписи за подбор

За да се намали влиянието на стохастичните ефекти като генетичен дрейф, бяха извършени подписи на селекционен анализ върху групи от породи, обединени със силико. За всяка група породи честотата на алелите за всеки маркер се изчислява като средна стойност за всички породи в групата. Тъй като честотите на алелите във всяка порода се считат за добра оценка на честотата на алелите в цялата порода, честотите на алелите за всяка порода в рамките на породните групи не са претеглени.

Породите бяха групирани в четиринадесет различни породни групи на четири нива (Таблица 1). Първото ниво включваше всички опитомени породи (DM, n = 64). Двете не опитомени породи не бяха групирани и анализирани, тъй като размерът на групата беше твърде малък. Второто ниво се основава на техния търговски произход и включва търговски (CM, n = 35) и нетърговски (NCM, n = 29) породи. Третото ниво се основаваше или на общото им търговско предназначение, или на географското местоположение и включваше бройлери (BR, n = 13), слой (LR, n = 22), холандски традиционен (DU, n = 19) и китайски (CH, n = 10) породи. Четвъртото ниво се основаваше или на тяхната позиция в дендрограмата (Фигура 1) и включваше линии за отглеждане на бройлери (BRS, n = 8), линии за язовирни птици за бройлери (BRD, n = 5), бели яйчни слоеве (WL, n = 11) и кафяви яйчени слоеве (BL, n = 11), или се основават на класическата им класификация и включват холандските птици (DCF, n = 8), холандските лакове и брадати (DPB, n = 5) и холандските нови породи (DNB, n = 6). Тъй като ефективният размер на популацията на породите е неизвестен или силно несигурен, ние не взехме предвид общия размер на породата в нашия анализ, което доведе до еднакъв принос на порода към породната група.

Похвалите показват породните групи за клъстерите, използвани в това проучване.

За да се идентифицират регионите в селекцията, беше използван подходът „Z трансформирана хетерозиготност“ (ZHp), както беше описано по-горе [1]. Накратко, при подход на припокриващ се плъзгащ се прозорец (припокриването на последователния прозорец е броят на маркерите на прозорец - 1) хетерозиготността се изчислява като:, където е сумата на честотите на главните алели и е сумата на малката честота на алела в рамките на прозорец. Индивидуалните стойности бяха Z-трансформирани:, където е общата средна хетерозиготност и е стандартното отклонение за всички прозорци в рамките на една порода група. Приложихме размер на прозорец от 5, 10, 20, 50 и 100 маркера, за да идентифицираме региони под предполагаем избор. Използвани са праговите стойности на ZHp за сугестивно (ZHp по-малко или равно на -4) и силно (ZHp по-малко или равно на -6) доказателство, тъй като те представляват крайния долен край на разпределението (Фигура S1).

Резултати

От 57 628 SNP, включени в чипа, 51 076 са използвани за селективен анализ на размах. Тъй като породните пулове включват както женски, така и мъжки индивиди, анализите се извършват само върху автозомни маркери и следователно 3023 маркера, разположени върху хромозома W и Z, са изключени от анализа. Нещо повече, 1136 маркера не са картографирани върху текущото изграждане на генома и са изключени от анализа. Бяха изключени общо 2389 маркера, тъй като те или бяха хомозиготни при всички отделни животни (n = 2,146), или не преминаха контрола на качеството (n = 243). Групата за свързване LGE64 се състои само от 4 маркера и не е включена в допълнителен анализ.

51 076 автозомни SNP са използвани за конструиране на дърво, представляващо генетични разстояния между 67 породи (Фигура 1). Двата подвида RJF и клъстерът Gallus lafayetii се отделят от опитомените породи. Одомашнените породи са разделени на два клона. Кафяви яйчени слоеве, бройлери и китайски породи се групират заедно в единия клон, докато белите яйчни слоеве и холандските традиционни породи се групират в другия. В рамките на клъстера за бройлери беше открито ясно разграничение между сирената за бройлери и линиите на язовирите за бройлери, подчертавайки, че те са получени от различни породи. Холандските традиционни породи се групират заедно според класическата си класификация [35] с няколко изключения.

Нечетните хромозомни числа (и LGE22) са показани в червено, а четните хромозомни числа са показани в синьо. Сивата пунктирана линия показва прахова стойност на ZHp от -4 или -6. За регионите със сериозни доказателства за подбор идентификационният номер е показан под парцела.

С размер на прозореца от пет маркера, хромозомни области със сериозни доказателства за селекция не бяха идентифицирани в групите DU, DCF, DPB, DNB, WL или BL. За групите породи DCF, DPB, WL и BL тези региони не бяха идентифицирани, дори ако размерът на прозореца беше увеличен до 100 маркера (Таблица S6). Идентифицирани са четири региона в породите DU и DNB (ако региони в групата на породи се припокриват между различните размери на прозореца на маркера, най-малкият регион се счита за предполагаемия регион в селекция), които показват сериозни доказателства за избор, ако размерът на прозореца увеличен до 10 или 20 маркера (Таблица S12). За групата на породата DU е идентифициран 558 kb регион на хромозома 15 (ZHp = -6.2, размер на прозореца = 20). За групата на породата DNB е идентифициран регион от 775 kb върху хромозома 1 (ZHp = -6.4, размер на прозореца = 10), регион от 538 kb е идентифициран върху хромозома 5 (ZHp = -6.2, размер на прозореца = 10), и регион от 1084 kb е идентифициран на хромозома 22 (ZHp = -6.2, размер на прозореца = 20). Четирите региона, идентифицирани в групите на породите DU и DNB, са всички припокриващи се региони със сугестивно значение, идентифицирани в анализа на базата на прозорец с пет маркера.

Дискусия

Позицията на породите в дендрограмата (Фигура 1) е до голяма степен в съгласие с предишни публикувани данни [36] и очаквания исторически произход на породите. Бройлерите и кафявите яйчени слоеве се групират между китайските породи от едната страна и холандските и белите яйчени слоеве от другата страна. Породата бройлери и кафяви яйчени слоеве са създадени в края на 19-ти и началото на 20-ти век чрез кръстосване на европейски породи с азиатски породи [13], [16], което е потвърдено с молекулярни доказателства [27]. Холандските традиционни и бели яйцеслойни породи произхождат от Европа [13], [16], въпреки че някои влияния от Източна и Югоизточна Азия са открити при няколко породи [27]. Използвахме подход за обединяване на силико за популации, като дефинирахме групи въз основа на общата генетична свързаност, за да намалим стохастичните ефекти, като генетичен дрейф, в нашия анализ. Ако регионът в селекция присъства само в една порода, той ще бъде усреднен поради голямото разнообразие в другите породи, включени в същата порода група. Ако обаче даден регион присъства във всички породи, увереността, че този регион наистина е в селекция, ще се увеличи.

Докато популациите на бройлери и слоеве бяха хомогенни по отношение на броя на индивидите във всеки ДНК пул, размерите на пробите от холандските и китайските популации не бяха. За породни групи, включващи холандски и китайски породи, ние изследвахме ефектите от непретеглените и претеглените стратегии за обединяване (тегло върху броя на индивидите във всеки пул). Корелациите между непретеглените и претеглените стратегии бяха много високи (коефициентът на корелация (Pearson) за ZHp въз основа на пет маркера е 0.996, 0.980, 0.966, 0.953 и 0.942 за породата CH, DU, DCF, DPB и DNB пулове, съответно), като по този начин потвърждава валидността на непретеглената стратегия за обединяване за всички групи породи.

Освен 13-те региона, които бяха описани по-рано, в това проучване бяха идентифицирани 13 допълнителни региона със сериозни доказателства за селекция. И обратно, няколко региона със сериозни доказателства за селекция, открити по-рано [1], не бяха идентифицирани в нашето проучване. Тези разлики в идентифицираните региони може да се дължат на различните използвани методи. Докато нашето проучване се основава на генотипизиране на много породи с SNP генотипичен анализ, изследването на Rubin et al. [1] се основава на повторно секвениране на целия геном с малък обхват на малък брой породи. Регионите, идентифицирани в нашето проучване, може да са слабо обхванати от стратегията за масивно паралелно секвениране или може да не са били открити, тъй като породите не са били включени. В допълнение, включихме повече породи на група породи, което може да намали фалшиво положителните региони, открити в резултат на генетичен дрейф.

В заключение, въз основа на размер на прозореца от пет производители, ние идентифицирахме 396 региона на предполагаем подбор в пилешкия геном и 26 от тези региони показват сериозни доказателства за селекция в поне една от четиринадесетте породни групи. Нашият подход показва силата на включването на много различни популации със сходни и породни групи с различна история на селекция, за да се намалят стохастичните ефекти въз основа на единични популации. Идентифицирането на регионите на предполагаемата селекция откри няколко гени-кандидати, които биха могли да помогнат за по-нататъшно подобряване на производствените черти и устойчивостта на болести.