意大利黑色阿特里亚纳鸡高密度SNP芯片基因组特征解析与选择信号鉴定

《Poultry Science》：Genomic characterization and selection signals in Italian black Atriana chickens using high-density SNP array

　　

黑色阿特里亚纳鸡（ATRI）是意大利具有历史和文化重要性的地方鸡品种。本研究利用纯合片段（ROH）和整合单倍型评分（iHS）评估了其遗传多样性与群体结构，并鉴定了推定选择信号。研究人员对19只ATRI个体及来自24个地中海地方品种的494只鸡进行了Affymetrix Axiom 600K鸡基因分型芯片检测。经质量控制后，保留505只个体和495,454个常染色体单核苷酸多态性（SNP）。在ATRI中，观测杂合度（HO）、期望杂合度（HE）和最小等位基因频率（MAF）平均值分别为0.345、0.358和0.270。基于观测与期望纯合度差异的近交系数（FHOM）和基于ROH的近交系数（FROH）分别为0.037和0.222。主成分分析（PCA）、NeighborNet网络和ADMIXTURE分析支持ATRI具有可区分的基因组特征，同时显示其与多个地中海品种存在亲缘关系。ROH和iHS分析各鉴定出6个候选区域，其中2号染色体和14号染色体上有2个重叠区域。这些区域包含此前与生长、生产及环境应答性状相关的基因，包括PTP4A3、TSNARE1、NDUFB6、WFIKKN1和IFT140。鉴于ATRI样本量有限，这些候选信号应视为探索性结果，并需在更大规模的独立群体中验证。本研究结果为ATRI的遗传监测和保护规划提供了基础基因组信息。

研究背景与问题

意大利拥有多样化的地形、气候条件和社会经济背景，孕育了大量适应当地环境的地方鸡品种，这些品种是重要的遗传资源，并能提供具有独特感官特征的产地关联产品。然而，意大利家禽领域生物多样性丧失问题突出。据Zanon和Sabbioni（2001）报道，意大利曾记录90个乡村家禽品种，其中60%已经灭绝，约13%被列为濒危，极少品种被纳入保护计划。黑色阿特里亚纳鸡（ATRI）是意大利阿布鲁佐地区重要的遗传资源，目前面临灭绝威胁。该品种体型较小，活体重约1.5-1.8千克，具有深色羽毛（带绿、蓝、紫光泽）、黑色皮肤和灰色喙。尽管ATRI作为地方遗传资源和文化遗产具有重要性，但其基因组信息仍然有限，尤其是遗传多样性、群体结构、与地中海鸡品种的分化程度、进化地理关系以及受选择基因组区域等方面的信息缺乏。这种信息缺失限制了评估其遗传独特性及与保护和选择相关的基因组特征的能力，也阻碍了制定长期管理策略。因此，本研究旨在评估ATRI品种的遗传多样性和群体结构，及其与部分地中海地方鸡品种的关系，并利用ROH和iHS方法检测选择性清除信号。

研究内容与结论

研究人员对19只来自意大利阿布鲁佐地区四个农场的ATRI鸡（雌雄均有）采集血样并提取DNA，使用Affymetrix Axiom 600K鸡基因分型芯片进行基因分型，标记位置比对至家鸡GRCg6a参考基因组。随后将ATRI数据集与494只来自24个地中海地方品种的基因分型数据合并，经质量控制后保留505只个体和495,454个常染色体SNP。研究评估了遗传多样性参数、群体结构和混合模式、迁移事件、历史有效群体大小（N_e），并利用ROH和iHS两种方法检测选择信号。结果显示ATRI品种具有可区分的基因组特征，与多个地中海品种存在亲缘关系，并鉴定出多个与生长、生产、免疫等性状相关的候选基因区域。

主要技术方法

研究人员使用了以下关键技术方法：利用PLINK v1.9软件进行数据合并和质量控制，排除33号染色体、线粒体染色体和性染色体，保留28条常染色体；采用主成分分析（PCA）、基于Nei遗传距离的NeighborNet网络和ADMIXTURE软件评估群体结构和混合；使用TreeMix软件分析迁移事件并以Gallus gallus gallus（GGg）作为外群；利用GONE2软件估计历史和当代有效群体大小；采用PLINK检测纯合片段（ROH），使用Beagle v5.0进行单倍型定相和缺失基因型填补，基于rehh R包计算整合单倍型评分（iHS）；利用bedtools与Ensembl数据库进行基因注释，并查询鸡QTLdb数据库评估与已知数量性状位点（QTL）的重叠。

研究结果

遗传多样性指数：ATRI品种的平均观测杂合度（H_O）为0.345±0.158，期望杂合度（H_E）为0.358±0.128，最小等位基因频率（MAF）为0.270±0.134。基于观测与期望纯合度差异的近交系数（F_HOM）为0.037±0.135，基于ROH的近交系数（F_ROH）为0.222±0.094。H_E与H_O的轻微差异可能反映群体亚结构和受限的基因流。

遗传关系与混合：PCA分析中PC1和PC2分别解释11.31%和10.18%的总基因型方差，ATRI与MRschk部分重叠，位于ALxx、CAN和MLL附近，与LEC分离。NeighborNet网络中，ATRI与MRschk、ALxx、CAN、MLL和PTxx位于同一大分支，而LEC、BUxx、ITrh和ITsch占据不同分支，表明意大利品种并非单一同质群体。ADMIXTURE分析在K=25时交叉验证误差最低，较低K值时ATRI与MRschk和ALxx共享祖先成分，K=14时出现更明显的ATRI特有成分。

迁移事件：TreeMix分析支持m=1的迁移模型，ATRI与MRschk和CAN聚类，与BUxx、ACA、GZxx及GGg外群分离。单一推断迁移边不直接涉及ATRI，未发现ATRI近期主要迁移事件的证据。

有效群体大小：ATRI和LEC的近期有效群体大小估计均较低，并向更远世代增加。ATRI的N_e值从最近估计急剧上升，约100代前超过1,500。LEC在约50代后历史估计值更高，远古时期接近3,000。ATRI和LEC的轨迹大致相似，无突然的历史不连续。

ATRI品种选择清除：ROH分析在ATRI基因组中鉴定出6个岛屿，包含185个候选基因。1号染色体（91.05-101.38 Mb）的ROH岛屿含最多SNP（3,233个）和43个候选基因；1号染色体另有两个区域（73.17-75.63 Mb和191.28-192.44 Mb）分别含23和9个基因；2号染色体（146.25-147.85 Mb）、14号染色体（13.67-14.69 Mb）和15号染色体（2.16-6.51 Mb）分别含4、29和77个基因。iHS分析鉴定出6个区域，含44个注释基因。最大区域位于14号染色体（0.40-1.97 Mb），含24个基因；其余区域位于1号（38.26-38.97和40.76-40.94 Mb）、2号（147.03-147.39 Mb）、3号（44.98-45.26 Mb）和14号（14.39-14.98 Mb）染色体。ROH和iHS分析有两个重叠区域：2号染色体重叠区（147.03-147.39 Mb）包含TSNARE1基因，位于含PTP4A3的更大ROH岛屿内；14号染色体重叠区（14.39-14.70 Mb）包含NOG2、CCNF、ACSM5、ROGDI、MAPK8IP3、GPR139、GLYR1、MCHR2基因。

讨论与结论

讨论部分指出，ATRI品种的遗传多样性参数与近期意大利地方鸡研究结果相似，低于Collo Nudo Italiana和Millefiori Piemontese品种，处于全球地方鸡品种范围内。F_HOM和F_ROH近交系数与意大利Cornuta di Caltanissetta、Valplatani和Leccese品种一致，低于多数意大利地方鸡品种（0.40-0.60）。ATRI在PCA、NeighborNet和混合分析中形成包含MRschk、ALxx、CAN、MLL、PTxx和RVxx的独特遗传簇，位于较长外围分支，表明与群体其他部分有明显分化。这种分化可能由小繁殖群体和瓶颈或奠基者效应放大。ATRI的历史N_e值虽低于LEC，但始终高于临界阈值（N_e=50），表明品种目前不面临近交导致的遗传退化重大风险。ROH和iHS方法共鉴定12个基因组区域，其中2号染色体区域包含PTP4A3和TSNARE1基因，与肉垂重量、胫骨直径、平均日增重、脂肪分布、皮肤颜色和胫骨周长等QTL重叠；14号染色体区域包含NDUFB6、WFIKKN1、IFT140等基因，与肉质性状、生长和胴体性状、产蛋和繁殖力相关。研究局限性包括ATRI样本量小（19只）、缺乏个体表型和系谱信息，因此鉴定区域和候选基因应视为探索性结果，需在更大规模独立群体中验证。

结论部分：分析支持ATRI在地中海参考群体中是可区分的遗传资源，同时显示与多个地方品种的亲缘关系。中等程度的F_ROH估计和近期世代N_e的下降支持持续基因组监测和选择亲缘关系最小的繁殖个体。ROH和iHS分析鉴定出包含与生长、胴体、产蛋和环境应答性状相关基因的推定区域。尽管ATRI样本量相对较小，鉴定区域为优先考虑与经济性和适应性相关性状的候选基因提供了有价值的基础。在更大群体中的验证将有助于评估这些信号的稳健性及其在未来育种和保护计划中的潜在应用。