基于靶向重测序的牛MHC区域SNPs多效性分析揭示环境链球菌性乳腺炎遗传标记

这篇研究通过靶向捕获测序技术(NGS)对牛主要组织相容性复合体(BoLA)区域进行深度测序，在297头荷斯坦牛中鉴定出2264个高质量SNPs，通过全基因组关联分析(GWAS)筛选出20个显著关联位点，并构建基因互作网络锁定POU5F1、IER3等5个关键基因。研究首次系统解析了环境链球菌性乳腺炎的遗传基础，为奶牛抗病育种提供了重要分子标记。

　　

研究背景与意义

奶牛乳腺炎是造成畜牧业经济损失最严重的疾病之一，每年给日本带来超过800亿日元的经济损失。环境链球菌（非无乳链球菌）是乳腺炎的主要致病菌，在日本奶牛中检出率达18.4%。虽然已知牛主要组织相容性复合体(BoLA)区域与乳腺炎易感性相关，但针对环境链球菌性乳腺炎的全面遗传分析尚未见报道。本研究创新性地采用杂交捕获靶向测序技术，对BoLA区域进行深度解析，旨在寻找与疾病相关的遗传标记。

材料与方法

研究团队从1641例临床乳腺炎奶牛中筛选出75例环境链球菌感染者，并选取222头健康奶牛作为对照。采用自主研发的BoLA2生物素化探针（覆盖4.2 Mb BoLA区域）进行靶向富集，通过Illumina MiSeq平台测序。数据分析采用BWA、GATK等标准流程，质量控制后保留2264个SNPs。使用GEMMA软件进行线性混合模型(LMM)关联分析，并通过GeneMANIA构建基因互作网络。

关键发现

测序数据质量优异，Q30百分比达84.15%-94.67%。关联分析虽未达到全基因组显著性阈值（p<1.0×10^-5），但筛选出20个最具潜力的SNPs（p值范围5.75×10^-4-2.66×10^-3）。其中M6（TNXB基因外显子）、M11（GNL1基因外显子）等3个位点位于编码区，7个位于内含子区，10个位于基因间区。值得注意的是，14个等位基因与抗性相关，6个与易感性相关。

基因网络分析揭示POU5F1、IER3、GNL1、ABCF1和PRR3五个基因形成核心网络，与LSM14B、BAG6等19个枢纽基因存在物理互作或共表达关系。特别发现POU5F1与ABCF1存在蛋白互作，这通过亲和捕获质谱(MS)实验验证。多变量分析显示，同时携带6个SNPs抗性等位基因的组合使患病风险显著降低（OR=12.7，p=0.119×10^-5）。

创新价值

本研究首次实现：

1. 建立BoLA区域靶向测序技术体系
2. 鉴定环境链球菌性乳腺炎相关SNPs集群
3. 揭示POU5F1-ABCF1等基因网络互作机制
4. 开发多SNP组合诊断模型

应用前景

研究成果可转化为：

• KASP基因分型技术用于抗病选育
• 新型疫苗靶点开发
• 精准牧业管理系统构建
  研究为突破当前抗生素依赖的乳腺炎防控模式提供了遗传学基础，对实现畜牧业可持续发展具有重要意义。