中国荷斯坦牛基因组多样性解析及体型结构性状的全基因组关联研究

本研究针对中国荷斯坦牛基因组多样性特征不明和体型结构性状相关基因挖掘不足的问题，通过50K SNP芯片对6个牧场440头牛进行基因组分析，系统评估群体遗传结构，发现21个显著SNP与5个体型性状相关，包括TJP1基因错义突变与蹄踵深度的关联，并通过双荧光素酶实验验证3个 intergenic SNP的调控功能，为奶牛遗传改良提供重要分子依据。

　　

荷斯坦牛作为全球最主要的乳用牛种，其体型结构性状直接影响产奶性能、繁殖效率和养殖经济效益。近年来随着工业化养殖和顶级公牛精液的广泛使用，中国荷斯坦牛的遗传多样性面临挑战，高近交水平对生产性状的负面影响日益凸显。然而，群体基因组近交程度和结构特征仍缺乏系统解析，与体型性状相关的关键基因挖掘也十分有限。

为解决这些问题，Wang等研究人员在《BMC Genomics》发表了针对中国荷斯坦牛基因组多样性及体型结构性状遗传机制的研究。该研究通过对6个牧场440头泌乳牛进行系统分析，不仅揭示了群体遗传结构特征，更鉴定出一批具有重要育种价值的分子标记。

研究人员采用GGP Bovine 50K SNP芯片对样本进行基因分型，结合20项体型性状表型数据（按国家标准GB/T 35568-2017的9分制线性评分系统评估），运用全基因组关联分析(GWAS)、纯合片段(ROH)分析、群体结构解析等多种基因组学方法，并通过双荧光素酶报告实验对关键位点进行功能验证。

遗传多样性分析揭示牧场间差异

研究发现不同牧场的遗传多样性参数存在显著差异。Farm 1群体表现出最高的基因组关系系数（平均0.025）、最长的平均ROH片段（16.7 Mb）和最高的基因组近交系数（平均0.107），表明该群体近交程度较高。Farm 6群体则显示最快的连锁不平衡(LD)衰减，提示其遗传多样性相对丰富。主成分分析(PCA)显示，PC1（31.68%）和PC2（23.05%）能清晰区分不同牧场的群体结构，其中Farm 1牛群与其他牧场明显分离。

群体结构呈现复杂 ancestry模式

ADMIXTURE分析显示，在最优K=21时，中国荷斯坦牛主要形成三个遗传群体：HO1（Farm 1）、HO2（Farms 2-5及Farm 6主体）和HO3（Farm 6小部分群体）。与欧美荷斯坦牛(HO4)相比，中国群体显示出独特的祖先成分构成，但整体遗传背景相对一致，外来基因渗入有限。

GWAS鉴定21个显著SNP关联5个性状

研究人员通过线性混合模型检测到21个显著SNP（FDR<0.05）与5个体型性状相关：

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  后乳房宽度(RUWD)：3个SNP，其中BovineHD2100000921位于GABRG3基因内含子
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  蹄踵深度(FHD)：8个SNP，包括TJP1基因错义突变(BovineHD2100008355)
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  后肢侧视(RLSV)：1个SNP，位于CDH2基因内含子
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  前乳房附着(FUA)：6个SNP，包括SLCO3A1基因内含子突变
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  后乳头位置(RTP)：3个SNP，包括FOX1基因内含子突变

TJP1基因错义突变影响蛋白稳定性

值得注意的是，FHD性状相关SNP BovineHD2100008355引起TJP1基因第247位氨基酸由亮氨酸(L)变为谷氨酰胺(Q)，该突变位于PHA03247结构域。MUpro预测显示突变使蛋白稳定性降低（ΔΔG=-1.6），可能通过影响紧密连接功能进而调控蹄部发育。

非编码SNP调控转录因子结合

研究还发现19个显著SNP通过改变转录因子结合位点发挥调控作用。TRAP分析预测这些SNP影响MEIS1、SP1、HNF4、VDR、PITX2等重要转录因子的结合亲和力。其中三个intergenic SNP（BovineHD2100013266、BovineHD0500004109和BTB-00042676）通过双荧光素酶报告实验证实具有等位基因特异性调控活性。

优选等位基因频率存在群体差异

分析各显著位点的优选等位基因频率发现，HO1和HO3群体在13个位点上频率高于HO2群体，HO1在11个位点上频率高于HO3。与欧美荷斯坦(HO4)相比，中国群体在10个位点上具有更高的优选等位基因频率，表明中国荷斯坦牛在这些性状位点上具有独特的遗传特征。

这项研究系统揭示了中国荷斯坦牛的基因组多样性特征和群体结构现状，鉴定出21个与重要经济性状相关的显著SNP，其中TJP1基因错义突变、GABRG3、CDH2等多个基因为首次报道与奶牛体型性状相关。研究成果不仅为奶牛遗传改良提供了有价值的分子标记，也为牧场遗传管理、近交控制和基因组选择提供了重要科学依据。通过优选等位基因的频率分析，研究还为中国荷斯坦牛的精准选育和遗传资源保护指明了方向，对提升中国奶牛育种水平和产业竞争力具有重要意义。