使用基于同步辐射的傅里叶变换红外光谱和测序基因分型对老挝人民民主共和国（老挝）和泰国本地鸡的品种分类

《Poultry Science》：Breed classification of Lao People's Democratic Republic (Lao PDR) and Thai native chickens using synchrotron radiation-based Fourier transform infrared spectroscopy and genotyping by sequencing

　　

老挝人民民主共和国（老挝）在本地鸡群体中拥有大量的遗传多样性，代表了可持续生产和长期粮食安全的重要资源。本研究旨在利用整合的基于基因型的方法，对五种老挝本地鸡品种——Ou、Black Bone、Horn Chou、Yolk和Chae——进行分类，并将其与泰国本地品种Leung Hang Khao（LK）区分开来。研究人员从50只LK和老挝本地鸡（32只Ou、10只Black Bone、9只Horn Chou、121只Yolk和41只Chae）中采集了血样。提取基因组DNA，并使用基于同步辐射的傅里叶变换红外光谱（SR-FTIR）分析其生化组成，同时采用测序基因分型（GBS）鉴定全基因组单核苷酸多态性（SNPs）。SR-FTIR分析显示，各品种在核苷酸相关功能基团（包括胸腺嘧啶、腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶，以及DNA骨架和脱氧核糖组分）上存在高度显著差异（P < 0.001）。多变量分析表明，SR-FTIR光谱的主成分分析（PCA）有效区分了鸡品种，而层次聚类分析（HCA）进一步将其分为两个主要聚类和不同的子聚类，反映了DNA生化组成的变异。相比之下，GBS分析鉴定了1,484个共有SNPs；然而，基于SNP数据的PCA在清晰分离品种方面分辨率有限，尽管揭示了类似的聚类趋势。总体而言，结果强调了SR-FTIR光谱在分子水平上快速有效分类本地鸡品种的强大区分能力，在当前的标记密度下优于基于SNP的区分。本研究为基于同步辐射的光谱技术在禽类遗传学中的应用提供了新的见解，并为老挝本地鸡遗传资源的保护与利用贡献了有价值的基线信息。

本地鸡（native chickens）在东南亚农业和文化遗产中具有重要地位，是农村居民的重要蛋白质来源和遗传资源。然而，由于商业品种的普及、疾病暴发和不可持续的家禽养殖实践，本地鸡群体数量正在下降。老挝人民民主共和国拥有丰富的本地鸡遗传多样性，但此前仅基于表型（如肤色、冠型和羽色）进行分类，缺乏遗传信息支撑，阻碍了可持续保护策略的制定。因此，本研究旨在利用同步辐射傅里叶变换红外光谱（SR-FTIR）和测序基因分型（GBS）两种分子技术，对五种老挝本地鸡品种（Ou、Black Bone、Horn Chou、Yolk、Chae）和一种泰国本地鸡品种（Leung Hang Khao，LK）进行品种分类，检测DNA生化组成和遗传变异的差异，为遗传资源保护提供基线数据。该论文发表在《Poultry Science》。

研究人员开展了以下研究：采集263份血样（老挝本地鸡213只，来自Phongsaly、Loungprabang和Savannakhet三个省份；LK 50只，来自泰国Suranaree University of Technology），提取基因组DNA后，分别采用SR-FTIR光谱分析DNA的生化组成，以及GBS技术鉴定全基因组单核苷酸多态性（SNPs）。通过主成分分析（PCA）和层次聚类分析（HCA）对两类数据进行多变量分析。结果表明，SR-FTIR能有效区分不同品种，而GBS在标记密度有限的情况下分辨力较弱。这一发现揭示了SR-FTIR在分子层面快速分类本地鸡的潜力，为老挝本地鸡的遗传资源保护提供了新工具。

主要关键技术方法包括：（1）SR-FTIR光谱测量：在泰国同步辐射光源（SLRI）BL4.1光束线进行，使用Bruker Vertex70光谱仪配备Hyperion 2000显微镜和MCT检测器，测量范围4000–800 cm^-1，分辨率4 cm^-1，指纹区取1800–900 cm^-1，分析核苷酸碱基、DNA骨架和脱氧核糖的积分面积；样本来源为老挝三个省份的213只本地鸡和泰国Suranaree University of Technology提供的50只LK。（2）GBS文库制备与测序：选取54个样本（每品种9个），经EcoRI和MseI酶切，连接条形码接头，构建文库后于Illumina Novaseq 6000平台进行双端150 bp测序，比对至鸡参考基因组（GCA_000002315.5），检测SNPs并过滤保留1,484个位点。

结果如下：

**Biochemical composition of DNA in Lao and Thai native chickens by SR-FTIR spectra**：通过SR-FTIR光谱分析，发现六种本地鸡在胸腺嘧啶（1700–1664 cm^-1）、腺嘌呤（1640–1575 cm^-1）、鸟嘌呤（1540–1520 cm^-1）、胞嘧啶（1492–1300 cm^-1）、DNA骨架（1232–1060 cm^-1）和脱氧核糖（1053–900 cm^-1）区域的积分面积存在高度显著差异（P < 0.001），表明不同品种的DNA生化组成不同。

**Principal component analysis (PCA) of DNA chemical composition in Lao and Thai native chickens based on SR-FTIR spectra**：PCA得分图显示，六种品种在PC-1（74%方差）和PC-2（14%方差）上被有效分离，总方差解释率为88%。载荷图表明，Chae、Black Bone和Yolk与PC-1正载荷（胸腺嘧啶和腺嘌呤）相关，而LK与负载荷（鸟嘌呤、胞嘧啶、DNA骨架）相关，反映了各品种独特的生化特征。

**Hierarchical cluster analysis (HCA) dendrograms of Lao and Thai native chickens based on SR-FTIR spectra**：HCA将六种品种分为两个主要聚类：聚类1为LK，但支持度较低（60%）；聚类2包含所有老挝本地鸡，进一步分为两个子聚类，其中Ou和Horn Chou紧密聚类（支持度99%），Chae和Black Bone聚类支持度87%，Yolk与后者的关联支持度67%。

**DNA Sequencing data and Principal Component Analysis (PCA) of Genotyping by Sequencing (GBS) in Lao and Thai native chickens**：GBS测序获得52.164 Gb clean data，平均99.5% reads比对到参考基因组，过滤后获得1,484个共有SNPs。PCA显示LK与老挝本地鸡分离，但Yolk、Ou、Horn Chou、Chae和Black Bone五种老挝品种之间无明显分离，表明SNP标记密度不足以区分这些品种。

**Hierarchical cluster analysis (HCA) dendrograms of Lao and Thai native chickens based on Genotyping by Sequencing (GBS)**：HCA同样显示两个主聚类：聚类1为LK（支持度60%），聚类2为老挝本地鸡。在聚类2中，Chae和Black Bone聚类支持度88%，Ou和Horn Chou聚类支持度99%，Yolk形成独立分支支持度67%，与SR-FTIR结果一致。

讨论部分总结：SR-FTIR和GBS结果的不一致反映了两种方法捕捉的生物学信息不同。SR-FTIR检测整体DNA生化组成，能反映累积的分子差异，而GBS仅覆盖部分基因组区域，标记密度不足导致分辨力有限。老挝本地鸡品种间的遗传分化可能受分散的基因组变异和更高阶分子特征影响，SR-FTIR对整合的分子差异更敏感，而GBS需更高标记密度才能达到相当的分辨力。未来研究应结合全基因组测序或高密度SNP芯片，并扩大样本量。

研究结论部分翻译如下：本研究揭示了老挝本地鸡品种（Yolk、Chae、Black Bone、Ou和Horn Chou）与泰国本地鸡Leung Hang Khao相比存在显著多样性。SR-FTIR光谱能够将老挝本地鸡分为与外部特征基本一致的不同组，尽管并非所有情况下都完全分离。相比之下，基于GBS的SNP分析在老挝本地鸡中分辨率有限，尽管清晰区分了Leung Hang Khao与老挝群体。重要的是，本研究首次将来自基因组DNA的生化化合物数据与GBS的SNP数据整合用于老挝本地鸡的分类。这些发现突出了基于分子化合物的方法作为品种辨别补充工具的潜力，并为在国际研究背景下应用分子水平数据表征老挝本地鸡迈出了重要一步。