基于单核苷酸多态性芯片的巴美猪群体遗传多样性与遗传结构分析

《Animals》：Analysis of the Genetic Diversity and Genetic Structure of Bamei Pig Population Based on Single-Nucleotide Polymorphism Chip

　　

本研究利用50K单核苷酸多态性（SNP）芯片对64头巴美猪个体进行基因分型，评估了该群体的遗传多样性、结构和近交水平。结果表明，巴美猪保种群体的平均遗传距离为0.2707，多态性标记比例为88.28%，观测杂合度（Ho）为0.351，期望杂合度（He）为0.340，二者非常接近，表明群体维持了相对丰富的遗传多样性。基于纯合片段（ROH）计算的近交系数处于中等水平，平均近交系数为0.1302，但个体间变异较大，部分个体近交系数较高。亲缘关系分析进一步证实群体内存在近亲关系及潜在近交风险。家族结构分析将公猪分为6个家系，公猪和母猪在各家系内部分布不均。为确保该品种的持续保护，研究人员建议优化配种方案，在留种时尽可能选择与公母猪遗传距离较远的个体，逐步降低群体近交系数，并关注家系数目及各家族比例结构的平衡。

**论文解读：基于SNP芯片的巴美猪群体遗传多样性与遗传结构分析**

**1. 研究背景与存在问题**

巴美猪是中国西北地区（甘肃、宁夏、青海）特有的古老肉脂兼用型地方猪种，属于华北型，具有适应性强、耐粗饲、肉质鲜美等特点，是生产特色猪肉和杂交利用的重要母本资源。然而，由于生长周期较长，难以满足养殖经济效益需求，农户逐渐转向引进商业品种，导致巴美猪群体数量持续下降、遗传多样性丧失、珍贵遗传资源面临侵蚀。为保护该品种，建立了巴美猪保种场，并通过引入青海、陕西等地保种场的种猪逐步扩大保种群体，丰富遗传多样性。此前研究利用线粒体DNA D-loop区序列揭示了巴美猪的遗传多样性及商业猪种的渗入程度，但线粒体标记仅反映母系遗传信息，难以全面评估基因组水平的遗传变异和群体结构。当前保种群体的遗传变异状态和种群组成尚不明确，阻碍了科学保种策略的推进。因此，有必要在分子水平上评估保种效果。近年来，全基因组基因分型成本下降，为研究家畜（包括牛、猪、山羊、绵羊和鸡）的遗传特征、准确分析基因组水平的遗传结构、亲缘关系和近交水平提供了有价值的手段。单核苷酸多态性（SNP）芯片已被用于评估多个中国地方猪种（如凉山猪、民猪、通城猪、里岔黑猪）的遗传多样性，为科学制定保种策略提供了理论支持。本研究旨在利用50K SNP芯片评估巴美猪保种群体的遗传多样性、亲缘关系、群体组成和近交系数，为科学管理和保种提供依据。论文发表在《Animals》。

**2. 主要关键技术方法**

研究人员从甘肃省灵台县王福鑫巴美猪养殖场采集了64头个体（34头公猪、30头母猪）的耳组织样本，提取基因组DNA。使用“中芯一号”50K SNP芯片（北京中科基因技术有限公司）进行基因分型，并通过PLINK（v1.90）进行质量控制，保留常染色体SNP、检出率≥90%、最小等位基因频率（MAF）≥0.01、哈代-温伯格平衡p≥0.000001的位点。利用SNeP（v1.1）基于连锁不平衡估计有效群体大小（Ne），用PLINK计算多态性标记比例（PN）、观测杂合度（Ho）、期望杂合度（He）和多态信息含量（PIC）。基于纯合片段（ROH）计算近交系数（F_ROH），使用GCTA（v1.94）进行基因组亲缘关系（G矩阵）分析，用PLINK生成状态同源（IBS）距离矩阵，采用邻接法（NJ）构建系统发育树，并结合基因组亲缘关系系数（≥0.1）对公猪进行家族聚类，再根据母猪与各家族公猪的亲缘关系将其归入相应家系。

**3. 研究结果**

**3.1 SNP分型与质量控制分析**
研究人员对巴美猪基因组DNA进行“中芯一号”芯片分型，质量控制后未发现重复样本，所有样本检出率均≥90%，最终保留34头公猪和30头母猪。质量控制前成功检测到50904个SNP，质量控制后保留45348个SNP，占总SNP的89.09%。各染色体SNP质量控制通过率均高于84%，其中9号染色体最高（91.52%），6号染色体最低（84.67%），质量控制后标记密度为18.52个SNP/Mb。

**3.2 遗传多样性分析**
巴美猪群体的平均Ne为3.2，PN为0.8390；平均He为0.3400，平均Ho为0.3512，Ho略高于He，表明可能有极少量其他猪种渗入；平均PIC为0.2476，其中45.63%的位点PIC在0.30~0.45之间；平均MAF为0.2293；平均有效等位基因数为1.5576。这些结果说明巴美猪群体维持了中等水平的遗传多样性，但存在近交风险。

**3.3 分子亲缘关系分析**
IBS遗传距离范围为0.0723~0.3609，平均为0.2707，表明个体间遗传距离较远，但少数个体遗传距离较近，存在近交风险。G矩阵分析显示，亲缘关系系数范围为-0.3302~0.7975，平均为-0.0158，大多数个体间亲缘关系较远，少数个体间亲缘关系较近，与IBS矩阵分析结果一致。

**3.4 基于ROH的近交系数分析**
共检测到2129个ROH，1号染色体上ROH数量最多（233个，占10.94%），18号染色体最少（52个，占2.44%）。个体ROH总长度最大值为1067.41 Mb（个体2-1），最小值为32.1551 Mb（个体6-4）。平均近交系数F_ROH为0.1302，其中F_{ROH > 10 Mb} = 0.2359（20个个体），F_{ROH 5-10 Mb} = 0.10884（30个个体），F_{ROH 0-5 Mb} = 0.0249（14个个体）。近交系数小于0.05的个体占28.13%，0.05~0.1占20.31%，0.1~0.2占31.25%，0.2~0.3占14.06%，大于0.3占6.25%。这表明群体内存在近交压力，但多数个体近交程度中等。

**3.5 家族群体的构建**
基于分子亲缘关系系数≥0.1的标准，利用邻接法将34头公猪聚类为6个家系，其中家系1和家系6各仅含1头公猪，家系5含17头公猪，分布极不均匀。根据母猪与不同家系公猪的亲缘关系，将母猪归入相应家系，部分母猪同时出现在多个家系中（如母猪5-2同时属于家系1、3、4；母猪6-9同时属于家系1、2、4、5）。这提示需要谨慎制定配种策略以维持血统和家族结构平衡。

**4. 讨论与结论**

讨论部分指出，巴美猪作为中国畜禽遗传资源的重要组成部分，面临种群持续下降的挑战。本研究通过SNP芯片系统评估了群体结构、遗传多样性、ROH、连锁不平衡和Ne。与其它地方猪种相比，巴美猪的Ne（3.2）较低，PN（0.839）处于中等水平，Ho（0.351）略高于He（0.340），提示可能存在少量外源渗入，需剔除杂合个体、净化血统。PIC平均值为0.248，表明群体具有一定遗传多样性。IBS距离和G矩阵分析显示群体内多数个体亲缘关系较远，但存在近交风险。家族结构分析发现公猪分布不均，两个家系仅含一头公猪，与凉山猪、里岔黑猪等地方猪种情况类似，部分母猪存在跨家系现象。基于ROH的近交系数分析表明，平均F_ROH为0.1302，低于北京黑猪（0.1906）、皖南黑猪（0.5234）和枫泾猪（0.3180），但高于凉山猪（0.026）、里岔黑猪（0.110）和江山黑猪（0.2530），说明当前保种策略在一定程度上缓解了近交，但个体间差异大，需对高近交个体（如个体2-1，F_ROH=0.4358）采取针对性配种。研究局限性在于样本仅来自甘肃省保种场，未覆盖陕西和青海群体，也未包括所有巴美猪种群，后续计划扩大采样。

**研究结论**：基于50K SNP芯片数据，本研究从群体遗传学角度系统评估了巴美猪的保种效果。研究表明，保种巴美猪群体维持了中等遗传多样性，但面临较高的近交风险。与其他地方品种相比，其有效群体大小（Ne=3.2）和PIC（0.248）较低，而近交系数（F=0.1302）较高，表明存在近交衰退和潜在种群退化的风险。各家族公猪数量有限（家系6仅1头），需加强这些家族的配种和选择性留种，优先选择遗传距离较远的个体交配以逐步降低近交系数。此外，建议跨家系均衡留种、引入新血统、保存配子和体细胞，并进行定期遗传监测以保护遗传多样性。