利用全基因组关联分析解析猪耐热性状的遗传基础：慢性与急性热应激下的QTL定位研究

《Genetics Selection Evolution》：Detection of genomic regions affecting thermotolerance traits in growing pigs during acute and chronic heat stress

本研究为应对气候变化对养猪业的挑战，通过构建大白猪与克里奥尔猪的回交群体，在温带和热带环境中系统评估了慢性与急性热应激下猪的生长、采食、背膘和体温调节等性状。研究人员利用三种遗传模型（LD、LW、LA）进行全基因组关联分析，在16条常染色体上鉴定出52个显著QTL区域，其中24个与体温调节相关，多数QTL在大白猪群体内存在显著分离，揭示了欧洲猪种在耐热性育种中的遗传潜力。该研究为通过标记辅助选择培育耐热猪种提供了关键靶点，对保障全球变暖背景下生猪产业的可持续发展具有重要意义。

　　

随着全球气候变暖加剧，高温环境对畜牧业构成严峻挑战。猪作为恒温动物，由于汗腺不发达，对热应激尤为敏感。热应激会导致猪采食量下降、生长性能受损、繁殖障碍甚至死亡，严重威胁养猪生产效率和动物福利。目前，关于猪耐热性遗传机制的研究相对匮乏，尤其缺乏针对不同热应激模式（慢性与急性）的系统性遗传解析。为此，Hélene Gilbert等研究人员在《Genetics Selection Evolution》上发表了题为“Detection of genomic regions affecting thermotolerance traits in growing pigs during acute and chronic heat stress”的研究论文，旨在通过基因组学手段揭示影响猪耐热性状的关键基因组区域。

为解析猪耐热性的遗传基础，研究团队设计了一个精巧的回交群体。该群体由适应热带气候但生产性能较低的克里奥尔猪（CR）与在温带气候下选育的高产大白猪（LW）杂交产生。1149头回交猪分别在温带（TEMP）和热带（TROP）环境中饲养，其中温带组在23周龄后还经历了为期3周的急性热应激挑战（30°C）。研究记录了包括生长速率、采食量、饲料效率、背膘厚度以及直肠温度和皮肤温度在内的多种生产与体温调节性状。基因分型采用Illumina PorcineSNP60 BeadChip芯片，并对MC4R和IGF2基因的两个已知功能突变进行了特异性分型。利用三种遗传模型（基于全基因组连锁不平衡的LD模型、仅考虑大白猪染色体等位基因分离的LW模型、以及基于F1等位基因品种来源的LA模型）进行全基因组关联分析（GWAS），以检测在慢性热应激（TEMP、TROP、合并数据ALL以及基因-环境互作GxE分析）和急性热应激（TEMP环境）下的数量性状基因座（QTL）。

主要关键技术方法

研究的关键技术包括：1） 实验设计：构建LW × CR回交群体，在温带（TEMP）和热带（TROP）两种环境中饲养，并在TEMP环境实施急性热应激挑战；2） 表型测定：系统记录生长、采食、体组成（背膘厚度）和体温调节（直肠温度RT、皮肤温度CT）等多维度性状；3） 基因分型与质控：使用Illumina PorcineSNP60 BeadChip进行全基因组SNP分型，并进行严格的基因型质控和基于家系的基因型填充；4） 统计建模：运用线性混合模型进行GWAS，分别采用LD、LW、LA三种模型解析不同遗传效应，并通过GxE分析评估基因与环境的互作。

研究结果

群体基因组同质性验证

通过多维尺度分析验证了TEMP和TROP两个亚群在基因组水平上的同质性，表明后续观察到的群体间差异主要源于环境因素而非遗传分化，为后续GxE分析提供了可靠基础。

检测到的QTL区域概述

在整个慢性热应激期间，共检测到94个QTL（涉及14个性状），定位到43个QTL区域。在急性热应激期间，检测到17个QTL窗口，属于13个QTL区域，其中9个为急性应激特有。所有111个QTL窗口最终被归纳为52个QTL区域，分布在除13号和18号染色体外的所有常染色体上。

体温调节性状的QTL区域

共鉴定出24个与体温调节性状相关的QTL区域（15个与RT相关，9个与CT相关），且没有区域同时显著影响RT和CT。大多数显著QTL通过LW模型检测到，表明大白猪品种内部在体温调节相关基因上存在丰富的遗传变异。10个区域显示出GxE效应，其中6个区域的效应仅在TEMP环境中显著。四个在急性热应激下检测到的QTL区域（SSC7_1, SSC8_1, SSC14_1, SSC14_2）中，有两个（SSC14_1, SSC14_2）在慢性应激分析中也存在 suggestive 信号，提示部分遗传机制在慢性和急性应激响应中存在一致性。

背膘性状的QTL区域

背膘性状是检测到QTL数量最多的性状类型，共66个显著QTL窗口归属于20个QTL区域。其中，40个QTL密集分布在7号染色体的三个相邻区域（SSC7_3, SSC7_4, SSC7_5），这些QTL对背膘厚度有较大影响（解释4-13%的表型方差），且在慢性和急性热应激下均被检测到。这些区域也与其他性状（如饲料转化率FCR和剩余采食量RFI）存在 suggestive 关联。

生长与采食性状的QTL区域

鉴定出5个与生长性状（如ADG、体重）和6个与采食性状相关的QTL区域。部分区域（如SSC2_1和SSC7_4）同时影响FCR和背膘性状。一些区域显示出环境特异性，例如，位于2号染色体的区域（SSC2_4）通过GxE分析鉴定，其效应仅在TROP环境中显著影响ADG和23周龄体重（BW23）。

候选基因与跨物种比较

在显著QTL区域内，研究者结合差异表达分析数据，提出了一系列候选基因。例如，位于7号染色体的HSP90AB1（热休克蛋白90α家族B类成员1）是重要的热应激反应调节因子。位于14号染色体的CDK1（细胞周期蛋白依赖性激酶1）可能参与细胞周期检查点应对应激。与已发表的猪、鸡、牛的相关研究比较发现，本研究鉴定的部分QTL区域与其它物种中报道的耐热性相关QTL或选择印记区域存在同源关系，提示这些基因在应对热应激的生物学通路中可能具有保守功能。

结论与意义

本研究成功鉴定了大量影响猪在慢性和急性热应激下关键经济性状和体温调节性状的QTL区域。最重要的发现之一是，在大白猪这一高度选育的欧洲商业品种内部，仍然存在丰富的遗传变异可用于耐热性改良，这为直接选育更耐热的欧洲猪种提供了遗传基础。研究强调了测量体温调节等直接表型对于解析耐热性遗传机制的重要性。鉴定出的QTL区域，特别是7号染色体上效应较大的区域，是标记辅助选择的优先目标。此外，与其它物种研究结果的吻合暗示了热应激响应遗传机制的某种保守性，有利于跨物种比较生物学研究。总之，该研究为应对气候变化挑战，培育具有更强气候适应性的猪品种奠定了重要的遗传学基础，对保障未来生猪产业的稳定和可持续发展具有深远意义。