一种与中国荷斯坦奶牛血清镁离子浓度相关的SNP分子标记的制作方法

2021-02-02 01:02:33|

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一种与中国荷斯坦奶牛血清镁离子浓度相关的snp分子标记
技术领域
[0001]
本发明属于分子育种技术领域，具体涉及一种与中国荷斯坦奶牛血清镁离子浓度相关的snp分子标记。

背景技术：

[0002]
荷斯坦奶牛是目前世界上产奶量最高，饲养量最多的奶牛品种。该品种起源于北荷兰省和西弗里斯兰省，因外观被毛为黑白相间分布的色块，又被称为黑白花奶牛。上世纪50年代后通过与中国本地黄牛杂交并引入中国部分地区，在不断的驯化和选育中逐渐分布到全国各地，成为中国大规模饲养的奶牛品种，1992年由“中国黑白花奶牛”正式更名为“中国荷斯坦奶牛”。经过选育的中国荷斯坦奶牛体格健壮匀称，颜色分明，泌乳系统发育良好。由于引进的公牛品种不同以及饲养环境的差别，中国荷斯坦奶牛大致分为三种体型：大型荷斯坦奶牛多是引进了美国荷斯坦奶牛血统，成年母牛体高在1.35m左右，体重可以达到600kg；中型奶牛的父系血统主要是欧洲国家中等体型的荷斯坦公牛，成年母牛体高在1.33m以上；小型奶牛则是将引进的荷斯坦公牛与本地小型的母牛进行杂交选育，成年母牛体高在1.30m左右。
[0003]
中国荷斯坦奶牛在大部分地区为乳用型，华南部分地区偏向肉乳兼用型。经过特殊选育的奶牛，全群平均年产乳量可以达到9000kg以上，在一个泌乳期中的产乳量可以达到1万kg以上，牛乳中蛋白质、脂质等营养成分丰富。然而我国人均牛奶占有量少，乳品质较低依旧是整个行业都急需解决的问题。只有提升我国奶牛群体的整体遗传水平，才能从根本上改善奶牛健康状况与生产水平。
[0004]
血液中离子的浓度涉及到机体内酸碱平衡、维持细胞稳态、合成组织蛋白、细胞膜电位、酶促反应的正常进行以及维持渗透压等多种生化过程。显然，电解质矿物质在机体的一系列代谢活动中起着重要的作用，电解质矿物质浓度的失衡会导致机体的不适状态。镁离子在动物机体内具有重要意义，其功能包括维持骨骼和牙齿健康，支持神经与肌肉的活动；酶的激活，能量、蛋白质和脂肪的代谢活动等都离不开镁离子。利用全基因组关联分析（gwas）与高通量测序技术，可以更高效的揭示奶牛血清中离子浓度变化的遗传机制。

技术实现要素：

[0005]
本发明的目的是提供一种与中国荷斯坦奶牛的血清中镁离子浓度相关的snp标记及其应用。
[0006]
为实现上述目的，采用以下技术方案：一种与中国荷斯坦奶牛血清镁离子浓度相关的snp分子标记，其snp位点距离中国荷斯坦奶牛的kcna2基因（bos_taurus_umd_3.1.1，gene id: 539608）序列的28874bp处，发生了t/c突变。
[0007]
本发明采用全基因组高通量芯片测序技术对中国荷斯坦奶牛进行全基因组扫描。本发明研究样本总量为1217头中国荷斯坦奶牛，其中包括48个半同胞系，采用了50k芯片
frequency, maf)低于0.05的位点，同时去除snp位点检测缺失率>10%、在hardy-weinberg检验时p<10-6的个体。最终我们得到共1216个有效个体，以及47396个snp位点。
[0019]
本发明中采用了较为宽松的fdr校正多重检验来确定显著性阈值，首先将snp位点对应的p-value按照p
1≤
≤p2≤p3≤p4≤....≤.p
k
的顺序排列，其中k是有效snp的个数，寻找到满足条件的最大p-value，其中i是对比的第i个样本序号，最后得到的最大的p-value即是fdr校正后的显著性阈值。
[0020]
5、分析模型本发明采用farmcpu对snp位点进行关联分析，2016年，刘小磊等人结合了多种算法提出了一种模型，将固定效应模型(fem)与随机效应模型(rem)进行迭代使用，这个模型被称之为farmcpu(fixed and random model criculating probability unification)。固定效应模型中加入了存在可能性的关联位点作为协变量，模型如下：
…………ꢀ
(1)模型中，表示对第i个个体的观测值；，
……
作为t个加入模型的可能存在关联性位点的基因型，而在迭代运算的最开始这部分为零；，
……
代表着可能存在关联性的位点相应的效应值加入到模型当中；表示第i个个体中第j个遗传标记点的基因型；是对应位点基因型的效应值；则是残差向量，且服从~n(0,)的正态分布。
[0021]
运用固定效应模型对所有标记点进行一次统计检测后，去掉所有协变量的位点，剩余的所有待观测点都会获得一个p值。而作为协变量的p值为空，则会通过模拟测试选择最高的统计效力来进行替换。整个过程结束后。所有遗传标记都会有一个相应的p值。
[0022]
随机效应模型则会利用所有遗传标记的p值与位置信息，通过super算法预测出关联位点并对不同组合结果进行优化。随机效应模型如下，
………………ꢀ
(2)在随机效应模型中，和的意义在固定效应模型中是一样的；是第i个个体的总遗传效应；当个体的总遗传效应为0时，方差-协方差矩阵，作为一个未知位点的遗传方差，k作为亲缘矩阵。随机矩阵会产生可能存在的关联位点，这些位点就是作为协变量加入固定效应模型中的可能关联位点。固定效应与随机效应会迭代运行，当随机效应产生的位点与上一个迭代中的结果相同时，迭代才会停止。
[0023]
6、结果分析经过统计分析之后，对中国荷斯坦奶牛的血清镁离子浓度相关联的有效snp位点共676个，其中有5个snp位点达到fdr显著水平，对照各位点的位置，通过在ensemble网站(http://asia.ensembl.org/index.html)定位到附近的基因，并通过ensemble与ncbi网站中对各项基因的注释，初步确定出一未被公开发表关联的snp位点，位于3号染色体距离kcna2基因中288746bp处，编码rs136416571。
[0024]
表1
有文献表示，kcna2基因编码钾离子通道蛋白，其功能已在果蝇中验证。该基因控制钾离子通道与化学突触之间的传播，以此控制离子通道活性。本发明中提及的snp位点附近还包括kcna10与kcna3基因，另有文献表示kcna2与家族中这两个聚集在一起，协同作用。在奶牛中，有研究表明钾离子浓度的高低是影响镁离子含量的重要因素，血清中钾离子含量越低，镁离子浓度越低。可以初步推测位于3号染色体的snp（rs136416571）位点的突变间接造成了镁离子浓度的变化。
[0025]
本发明提供的分子遗传标记不受到中国荷斯坦奶牛的年龄与性别限制，可适用于中国荷斯坦奶牛各个年龄阶段与早期选育活动中，加快品种选育与早期疾病诊断。
[0026]
本发明采用的对中国荷斯坦奶牛的全基因扫描方案更加经济有效，检测速度快，成本低。
[0027]
本发明中，对血清中镁离子浓度性状具有关联性的snp位点的检出，能够为中国荷斯坦奶牛血液生化成分的标记辅助提供科学依据。
[0028]
以上为本发明实施方式与结果的描述，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以对相应的条件做出改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

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