NCAPG基因多态性对南江黄羊生长性状的影响及其分子机制研究

本研究通过群体遗传学与生物信息学方法，系统分析了南江黄羊NCAPG基因的24个SNPs位点与生长性状的关联性。结果发现13个SNPs与体高（BH）、体长（BL）和胸围（CC）显著相关，其中外显子区错义突变g.5705 A>G（I281M）通过改变蛋白质空间结构影响染色体凝缩功能。研究为山羊分子育种提供了潜在标记，并为解析NCAPG调控反刍动物生长机制提供了新线索。

　　

摘要

本研究聚焦非SMC凝缩蛋白I复合体亚基G（NCAPG）基因的多态性及其与南江黄羊生长性状的关联。通过采集469只南江黄羊（205只雄性，264只雌性）从出生到30月龄共6个时间点的体重（BW）、体高（BH）、体长（BL）和胸围（CC）数据，结合广义线性混合模型（GLMM）和皮尔逊相关性分析，发现胸围与体重的相关性最强（R=0.91）。在全基因组重测序基础上，鉴定出NCAPG基因的24个单核苷酸多态性（SNP）位点，其中22个位于内含子区，2个位于外显子区。值得注意的是，外显子6的错义突变g.5705 A>G导致第281位氨基酸由异亮氨酸（Ile）变为甲硫氨酸（Met），可能通过改变蛋白质的理化性质和空间构象，影响凝缩蛋白功能，进而延缓染色体分离，延长生长板干细胞的中期，增强增殖信号，最终导致体型差异。关联分析显示，13个SNPs与多个生长性状显著相关，尤其与体高、体长和胸围的关联最为突出。这些多态性位点可作为南江黄羊标记辅助选择（MAS）的潜在分子标记。

引言

家畜生长受遗传和环境因素共同调控，NCAPG作为染色体凝缩关键蛋白，在多种物种中已被证实与生长性状相关。南江黄羊作为肉用山羊品种，虽具有生长快、肉质优等特点，但个体间体型差异显著。目前关于NCAPG基因在山羊中的遗传变异及其机制研究较少。本研究旨在填补这一空白，通过分析NCAPG基因多态性，探索其与南江黄羊生长性状的关联，为山羊遗传改良提供理论依据。

材料与方法

样本与表型数据采集：在四川南江县黄羊育种场选取469只健康个体，记录出生体重及2、4、6、12、30月龄的体重、体高、体长和胸围数据。

DNA提取与基因分型：采用血液DNA提取试剂盒获取基因组DNA，通过混合池构建、PCR扩增和Sanger测序验证24个SNPs位点，利用MassARRAY系统进行高通量基因分型。

蛋白功能预测：通过Expasy、Phyre2和I-TASSER等工具预测NCAPG蛋白的理化性质、空间结构及磷酸化/糖基化位点，并评估g.5705 A>G突变对蛋白稳定性的影响（ΔΔG=-0.826）。

统计分析：计算等位基因频率、杂合度、多态信息含量（PIC）和哈迪-温伯格平衡（HWE），通过GLMM分析基因型与生长性状的关联，并采用错误发现率（FDR）校正多重检验。

结果

生长性状相关性：南江黄羊的体重与体尺性状随月龄增长呈正相关，其中胸围与体重相关性最高（R=0.91），体高和体长次之（R=0.89和0.87）。

NCAPG基因多态性：24个SNPs中，20个呈中度多态（0.25A等）偏离平衡，提示可能受选择压力。连锁不平衡分析将23个SNPs划分为3个区块（Block），其中Block 1与Block 2完全连锁（r=1.0）。

错义突变的功能影响：g.5705 A>G突变导致NCAPG蛋白二级结构中α螺旋比例由69.71%降至69.52%，随机线圈由28.22%变为28.02%，且位于YCG1和PDS5结构域交界处，可能削弱蛋白稳定性。

SNPs与生长性状关联：19个SNPs与体高、体长或胸围显著相关，其中10个同时关联三者（如g.6774 A>G、g.7088 G>A等）。基因型组合分析显示，Block 2的GGAAAAGG基因型个体体高（59.62±0.67 cm）和体长（63.17±0.81 cm）最大，而Block 3的CCTTCCCC基因型个体体重最高（21.92±0.18 kg）但体尺最小。

讨论

NCAPG基因通过调控染色体凝缩影响细胞分裂进程，其突变可能延缓生长板干细胞增殖周期，从而影响体型发育。本研究首次在南江黄羊中系统揭示NCAPG多态性与生长性状的关联，其中g.5705 A>G突变与牛、羊等物种的同源突变存在趋同进化现象。内含子区SNPs虽不直接改变氨基酸序列，但可能通过调控转录效率影响表型。与已有研究相比，NCAPG在山羊中的作用机制与牛、羊等物种既有一致性又有独特性，提示其功能保守性与物种特异性并存。

结论

NCAPG基因多态性尤其是g.5705 A>G错义突变，是南江黄羊生长性状变异的重要遗传基础。相关SNPs位点可作为标记辅助选择的候选靶点，但需进一步通过功能实验验证其生物学机制。本研究为山羊育种提供了新的分子工具，并拓展了对NCAPG基因在反刍动物生长调控中作用的理解。