全球绵羊品种GDF9基因变异图谱解析及其与妊娠天数的关联研究

本研究针对绵羊繁殖效率优化需求，系统解析了GDF9基因在全球75个品种（2409个体）中的遗传变异特征，发现49个SNPs和20个InDels，其中错义突变E241K和R87H可改变蛋白三维结构。通过澳大利亚白绵羊群体关联分析，首次揭示g.42115010T>C位点CC基因型初产母羊妊娠期显著缩短（146.42±2.57天，P=0.030），而g.42114509T>C位点AG基因型经产母羊妊娠期异常延长（155.00±12.81天），为绵羊育种提供了关键分子标记。

　　

绵羊作为全球畜牧业的重要支柱，其繁殖效率直接关系到肉类和羊毛生产的可持续性。妊娠天数（Gestation days）是决定产羔间隔、母体恢复能力和养殖成本的关键性状，通常绵羊的妊娠期在140-145天之间，但存在个体差异。尽管遗传、生理和环境因素共同调控妊娠长度，但其分子遗传机制相较于产羔数等性状仍研究不足。生长分化因子9（Growth Differentiation Factor 9, GDF9）作为调控哺乳动物卵泡发育和排卵的关键基因，已被证实与绵羊繁殖力密切相关，尤其在与FecG突变相关的多胎性状中作用明确。然而，GDF9基因在全球绵羊品种中的遗传变异全景及其对妊娠天数的调控作用尚未系统揭示。

为此，西北农林科技大学刘培尧、潘业俊等研究人员在《BMC Genomics》发表了题为“Genetic variation landscape of sheep GDF9 gene from global ewes breeds and their association with gestation days”的研究论文。该研究整合75个全球绵羊品种（共2409个体）的全基因组数据，首次构建了GDF9基因的遗传变异图谱，并结合澳大利亚白绵羊（Australian White, AUW）的产羔表型数据，通过多组学分析揭示了GDF9变异与妊娠天数的动态关联。

研究团队采用全基因组测序（Whole-genome sequencing）技术，对包括非洲、美洲、东亚、欧洲、中东及野生绵羊（Ovis orientalis）在内的全球种群进行变异检测，利用BWA-MEM进行序列比对，GATK进行SNP calling，并通过SnpEff进行功能注释。关键错义突变通过AlphaFold2进行蛋白质三维结构预测，PyMOL可视化分析。针对澳大利亚白绵羊群体（n=120），采用竞争性等位基因特异性PCR（Kompetitive Allele-Specific PCR, KASP）对候选SNP位点进行基因分型，并通过分层方差分析（ANOVA）评估基因型与妊娠天数的关联。

遗传变异分析揭示GDF9基因全球多样性

研究在GDF9基因区共鉴定到49个SNPs（26个位于内含子，22个位于外显子，1个在3' UTR）和20个InDel位点。外显子区包含13个错义突变和9个同义突变，其中g.42114960C>T和g.42114966C>T突变仅在摩弗伦羊（Mouflon）、盘羊（Argali）等野生种群中发现，而g.42114493C>T、g.42114509T>C和g.42114737C>T在欧洲、非洲和美洲品种中高频存在。值得注意的是，错义突变g.42114766C>T（E241K）在野生盘羊中几乎固定（频率=1.00），但在驯化品种中频率低于0.1，暗示其在驯化过程中受到负向选择。

错义突变显著改变GDF9蛋白结构

通过AlphaFold2和PyMOL对高频错义突变（MAF>0.05）进行蛋白结构预测，发现E241K和R87H突变引起蛋白三维构象显著改变，而V332I（g.42114493C>T）突变未引起明显结构变化。这些结构变化可能影响GDF9蛋白与其受体（如BMPR1B）的互作效率，进而调控繁殖性状。

单倍型网络揭示地理分布特征

基于5个外显子突变（MAF>0.05）构建单倍型，共识别出6种主要单倍型（H1-H6）。H1（频率0.868）在东亚品种中占主导，而H3仅存在于野生绵羊，提示其祖先起源。单倍型分布与地理种群强烈相关，反映了隔离和人工选择对GDF9进化的影响。

关键SNP位点与妊娠天数显著关联

在澳大利亚白绵羊中，3个SNP位点（g.42115010T>C、g.42115254T>C和g.42114509T>C）与妊娠天数显著相关。初产母羊中，g.42115010T>C位点的CC基因型携带者妊娠期最短（146.42±2.57天，P=0.030）；而第四胎母羊中，g.42114509T>C位点的TC/CC基因型携带者妊娠期异常延长至155.00±12.81天（P=0.031）。尽管部分结果受样本量限制，但这些位点仍显示出作为繁殖性状分子标记的潜力。

InDel变异呈现种群特异性分布

20个InDel位点中有4个位于外显子区。其中42,115,668 bp处的2-bp缺失在摩弗伦羊和盘羊中频率极低（≤0.02），但在其他品种中频率超过0.5；而42,115,727 bp和42,116,057 bp处的5-bp缺失在多个品种中达到固定（频率=1.00），表明这些结构变异在驯化过程中受到强烈选择。

研究结论表明，GDF9基因的遗传变异不仅反映了绵羊驯化过程中的选择印记，更为解析繁殖周期调控的复杂性提供了新视角。关键位点如g.42115010T>C可通过分子育种策略用于优化初产效率，而错义突变（如E241K）的驯化选择特征提示其繁殖适合度权衡。该研究不仅为高产绵羊品种选育提供了分子靶点，也为理解自然选择和人工选择在驯化中的动态互作奠定了理论基础。未来研究需通过CRISPR/Cas9基因编辑等功能验证手段明确突变因果性，并探索GDF9与BMPR1B等互作基因的协同调控网络。