全基因组测序揭示天府山羊色素斑大小主效基因座的复杂结构变异及其调控机制

本研究针对天府山羊选育中色素斑大小影响毛色一致性的问题，通过全基因组关联分析（GWAS）和长读长测序技术，发现染色体17上EDNRA基因附近约83.6 kb的倒位重复结构变异（SV）与色素斑大小显著相关（解释30.99%表型变异），并鉴定出MITF、PAX3等色素相关转录因子结合位点。结合染色体4上SNP位点，共同解释55.79%表型变异，为山羊毛色选育提供精准分子靶点。

　　

在畜牧业中，毛色是最直观的外观性状之一，不仅是品种识别的重要标志，更是商业价值的关键决定因素。天府山羊作为通过波尔山羊、努比亚山羊和成都棕山羊杂交选育的新品种，其育种目标要求具备"白身黑头"的典型特征。然而群体中仍存在色素斑大小不均的现象，传统表型选育效率低下，亟需解析其遗传机制以实现精准育种。

为揭示色素斑大小的遗传基础，研究团队对96只天府山羊进行表型评分（范围0.20-3.95），通过全基因组测序（平均深度7.56×）获得15,132,291个常染色体SNP。采用线性混合模型（EMMAX）进行全基因组关联分析，发现染色体17上EDNRA基因附近区域存在主效基因座（最强信号点Chr17:60,345,452 bp），同时染色体4上检测到次级强信号（Chr4:35,880,204 bp）。值得注意的是，该区域短变异注释未发现明显因果突变，提示可能存在更复杂的遗传变异机制。

研究采用多技术融合策略：基于短读长测序数据（BGI-T7平台）通过CNVcaller和LUMPY检测结构变异；利用波尔山羊PacBio HiFi长读长数据（17.56×）验证复杂重排；通过IGV可视化精确断点；结合动物转录因子数据库（Animal TFDB 4.0）和JASPAR进行调控元件预测；采用线性回归模型评估变异解释度。

全基因组关联分析揭示两个显著基因座

GWAS分析发现染色体17上1.6 Mb区域（Chr17:59,137,556-60,742,351 bp）包含EDNRA、SLC10A7等5个基因，其中EDNRA基因存在533个SNP（含1个错义突变c.809G>A）。条件分析证实染色体4信号独立于主基因座（Chr4:35,880,204 bp，C>T）。

复杂结构变异的解析与验证

研究发现在主效区域存在约1.1 Mb复杂重排，包含倒位重复（S1'）、直接重复（S3-S5）和缺失（S2/S4）。通过波尔山羊长读长数据重构变异过程：祖先序列（S1-S5）经移动元件插入（L1_BT和L1MB1）介导，形成M1-S1'-M2-S3-S5新结构，其中S2和S4段丢失。比较基因组学表明S4缺失存在于野生贝索尔山羊和萨能山羊，而重复事件为驯化后产生。

倒位重复与表型的强关联

83,630 bp倒位重复（Chr17:60,062,310-60,145,939）位于EDNRA上游80 kb，与表型负相关（r=-0.56，P=2.33×10^-9），单变量模型解释30.99%表型变异（AIC=152.99）。该区域预测包含164个色素相关转录因子结合位点（MITF、FOXD3、LEF1、SOX10、PAX3等），其中22个经JASPAR验证（相对评分>0.95）。

多基因座联合效应

染色体4领先SNP（Chr4:35,880,204 bp）单独解释33.21%变异，与倒位重复联合解释55.79%表型变异。基因型-表型关联显示倒位重复拷贝数越高色素斑越小，而染色体4上T等位基因携带者色素斑更大。

研究结论表明EDNRA附近复杂结构变异是调控天府山羊色素斑大小的主效因素，其中83.6 kb倒位重复通过携带MITF、PAX3等转录因子结合位点可能远程调控EDNRA表达，进而影响黑色素细胞发育。结合染色体4上KCND2基因附近位点，共同构成多基因调控网络。该研究首次精细解析山羊色素斑大小的结构变异基础，不仅为天府山羊毛色选育提供分子标记（如倒位重复拷贝数筛选），更深化了对哺乳动物色素沉着调控机制的理解，为家畜外观性状的进化与选育研究提供新范式。

论文发表于《BMC Genomics》（2025年26卷848页），由四川农业大学张洪平团队与美国农业部动物基因组改良实验室George E. Liu等合作完成，体现了多组学技术整合在复杂性状解析中的强大能力。