猪（Sus scrofa）是目前分布最广泛的家畜之一，具有重要的经济性状，从分子水平研究猪的遗传变异，对猪的分子育种和遗传改良具有重要价值。

2024年12月26日，西北农林科技大学动物科技学院、中国农业大学动物科学技术学院在国际期刊iMeta（IF：23.8）上发表题为“Pangenome and genome variations analysis of pigs unveil genomic facets for their adaptation and agronomic characteristics”的研究文章。该工作通过高质量的猪图形泛基因组的构建和结构变异的全面解析，为深入理解猪抗逆性和重要经济性状形成的机制提供了数据基础，为猪分子育种和遗传改良提供了新靶标。诺禾致源为本研究提供了部分二代、三代建库测序服务。

主要结论

基因组组装注释，图形泛基因组的构建

本研究利用PacBio HiFi和Hi-C技术为三个地方猪种（八眉猪（BM））、蕨麻猪（JM）、汉江黑猪（HJB））和一个外来猪种（大白猪（LW））组装了基因组。基因组的Contig N50为48.2—81.2 Mb，BUSCO完整度为97.8%—98.0%，与目前国际通用的猪参考基因组（Sscrofa11.1）质量接近。把HJB、 LW和之前组装的10个Contig水平基因组（BUSCO：95.5%—97.7%）挂载为染色体水平基因组。在14个新基因组中，BM和JM猪分别注释了25,586个和25,406个基因；BUSCO分析显示，注释完整度达到了94.49%。

利用来自亚洲（17个）、欧洲（9个）和非洲（1个）的总共27个猪基因组，构建猪图形泛基因组（Minigraph-Cactus方法），Mash分析显示，亚洲品种的遗传多样性高于欧洲品种。相比于之前发表的猪基因组泛序列，本次泛基因组泛序列长度不是最长，但是其非重复序列最长（133.11 Mb），且重复比例最低（55.03%），GO和KEGG富集分析显示，泛序列中注释到的基因在伤口愈合和免疫过程中高度富集。

结构变异与群体遗传分析

运用Pangenie流程，基于泛基因组所识别的SVs对598个个体进行基因分型。分别鉴定到了228,326个SVs（95,301个INS和133,025个DEL）。基于二代检测的Manta方法鉴定到了276,032个SVs（78,846个INS和197,186个DEL）。与Manta相比，Pangenie识别到了57,444个大于1 Kb的插入（INS）。结果表明，在大片段插入类型SVs的检测方面，Pangenie更具优势。

与选择性清除相关的编码变异的功能影响

通过将基因组测序数据与环境变量进行关联分析，分别运用LFMM和RDA两种方法进行研究，鉴定到了高海拔适应相关基因（KIT、EPAS1和EGLN1），同时，也新鉴定到了新基因HAMP（与红细胞生成和铁稳态相关）和SYK（与脂肪沉积相关）。此外，鉴定到了一个73 bp的插入（chr9：64,794,429 bp），位于ETNK2的内含子区域，与猪的环境温度适应性显著相关。

图1 猪泛基因组构建和遗传结构分析

猪体型大小的选择信号分析

通过SVs的遗传分化指数（Fst）分析发现，在体型大小性状上，小型猪和正常体型猪的选择指数平均值为0.13。在受选择值最高的基因组区域（chr5：85.6—85.65 Mb），鉴定到了基因TRNAD-GUC和MIR135-2。功能分析表明，它们可能在骨骼发育中发挥作用。在Fst值第二高（0.89）的区域，定位到了CDKAL1，该基因与体重调节关系密切。同时，还检测到了其它候选基因：PTPRT（采食量和体型相关）、PLPPR1（磷脂代谢相关）和NFIA（葡萄糖稳态和骨骼发育相关）。这些基因为解析猪体型大小发育机制提供了数据基础。核苷酸多样性（π）分析显示，正常体型猪种的多样性低于小型猪种组。其中，在两种方法中均检测到了APL2和PTPRT。PigQTL、GO富集分析和PigBiobank数据库分析发现，这些候选基因与生长和发育过程密切相关。研究共鉴定到36个共定位的受选择区域，GO富集分析表明这些基因与成骨和骨小梁形成相关。其中，OPA1在正常体型猪和小型猪间存在差异。PigBiobank分析显示OPA1与体重和采食量相关。

肌内脂肪含量（IMF）的选择信号分析与功能研究

将不同猪种分为高肌内脂肪和低肌内脂肪组进行受选择分析。在受选择区域内，定位到了KIT基因，近期有研究表明该基因与肉色和肉质相关。此外，利用SVs还定位到了其它肉质相关基因：WWOX（与脂质代谢相关）、SND1（参与胆固醇调节）和ROCK1（影响肌肉生成和肉质）。核苷酸多样性（π）分析显示，高IMF组中的π值显著高于低IMF组。通过Fst和π分析，共识别了7个共定位的选择性区域，主要与脂质代谢相关。GO富集分析、PigBiobank和PigQTL分析结果表明，这些候选基因与肉质性状相关。Real-time分析显示，这些候选基因在高低IMF猪中表达量显著差异（p < 0.05），表明它们在IMF沉积中具有潜在调控作用。

Fst分析显示，在亚洲猪和欧洲猪间候选基因BTF3（Fst=0.81）的单倍型差异显著。在CDS上游414 bp的区域，存在一个20 bp的缺失，其可能影响猪IMF的沉积。过表达（pcDNA3.1-BTF3）和干扰（si-BTF3）实验表明，BTF3促进脂肪细胞增殖。

图2 体型大小、肌内脂肪候选基因筛选和功能分析

文章亮点

1.本研究构建了迄今为止包含个体数最多的猪图形泛基因组；
2.发现BTF3是调节猪肌内脂肪沉积和肉质的关键候选基因；

3.基因组结构变异调控猪抗逆性和重要经济性状的形成。

参考文献：

[1] Dong Li, Yulong Wang, Tiantian Yuan, Minghao Cao, Yulin He, Lin Zhang, Xiang Li et al. 2024. “Pangenome and genome variations analysis of pigs unveil genomic facets for its adaptation and agronomic characteristics.” iMeta 3. e257. https://doi.org/10.1002/imt2.257