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绿头野鸭与北京鸭杂交后代等位基因差异表达分析

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摘要

第一章 文献综述

1.1 北京鸭和绿头野鸭简介

1.1.1 绿头野鸭简介

1.1.2 北京鸭简介

1.1.3 绿头野鸭与北京鸭的联系

1.2 鸭基因组研究进展

1.3 等位基因差异表达研究进展

1.3.1 基因表达的调控

1.3.2 等位基因概述

1.3.3 动植物中等位基因差异表达研究

1.4 顺式调控作用的重要性

1.5 本研究目的及意义

第二章 材料与方法

2.1 北京鸭和野鸭资源群体构建

2.2 实验材料

2.2.1 血液样品

2.2.2 组织样品

2.2.3 仪器与设备

2.2.4 主要试剂和溶液配制

2.3 实验设计

2.4 生物信息学软件

2.4.2 Samtools

2.4.4 STAR(Spiliced Transcripts Aligmnent to a Reference)

2.4.5 Hisat(Hierarchical Indexing for Spliced Alignment of Transcripts)

2.4.6 Htseq

2.5 基因组数据分析方法

2.5.1 鸭血基因组总DNA提取与检测

2.5.2 建库测序

2.5.3 测序原始数据质控和过滤

2.5.4 序列比对和变异检测

2.6 转录组数据分析方法

2.6.1 组织总RNA提取与检测

2.6.2 建库测序

2.6.5 基因表达量计算

2.6.6 等位基因表达量计算

2.6.7 差异表达等位基因筛选

2.6.8 GO和KEGG分析

第三章 结果与分析

3.1 亲本重测序数据分析

3.1.1 血液DNA样本检测结果

3.1.2 重测序原始数据

3.1.3 序列比对结果和全基因组变异数据

3.2.1 组织RNA样本检测结果

3.2.2 转录组测序数据

3.2.3 序列比对结果

3.2.4 基因表达模式分析

3.2.5 差异表达等位基因

第四章 讨论

4.1 关于试验设计

4.1.1 关于重测序样本选择

4.1.2 关于正反交试验

4.1.3 关于不同组织混合测序

4.2 关于差异表达等位基因筛选

第五章 结论

5.1 本研究的结果

5.2 本研究的创新点

参考文献

附录

致谢

作者简介

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摘要

从野鸭到北京鸭的驯化过程中其基因组发生了海量的变异,包括单核苷酸变异(Single nucleotide polymorphism,SNP)、短片段插入缺失(indels)和拷贝数变异(Copy number variation,CNV)等。这些交异可能会导致基因表达量的改变和蛋白编码的变化。其中,基因表达量的改变由顺式调控元件、反式作用因子和环境等因素共同影响,这些因素均可能造成北京鸭和野鸭之间基因表达的差异。而杂交后代中,来自双亲的等位基因处于相同的反式作用和环境下,两个等位基因的差异表达则主要由受顺式调控造成。因此,杂交后代两个等位基因之间的表达差异可以反映北京鸭和野鸭顺式调控元件的不同,为快速定位顺式调控的变异奠定了基础。
  本研究选取远缘群体绿头野鸭和北京鸭构建了F2资源群体,研究中所需血液样本和组织样本均来源于该F2资源群体。本研究共对杂交后代F1的32个组织样本(来自3个家系,分3个时间点采集)进行了转录组测序,并通过生物信息学软件和Perl语言编程完成了杂交后代等位基因差异表达的分析。分析结果如下:
  (1)32个样本聚类分析表明不同组织的基因表达模式差异显著;相同组织内不同时期的样本表达模式虽然比较相近,但1日龄的样本单独聚在一支,19日龄和35日龄的样本之间没有明显的区分;不同性别的样本基因表达模式相近,雌性和雄性个体的基因表达数据并没有明显的区分。
  (2)腹脂、肝脏、皮肤、脾、法氏囊、脑、肺、胸腺、心共9个组织的混合样品中有624个基因为差异表达的等位基因,占基因总数的3.8%,其中部分基因和脂代谢、细胞连接有关。
  (3)在16个杂交后代胸肌样本中鉴定出577个,占基因总数的3.5%,其中2号染色体上的OBSCN、MYL3基因,7号染色体上的NEB基因,19号染色体上的MYH3,27号染色体上MYBPH等基因的产物都是肌肉组织的重要组成部分。
  综上,等位基因差异表达现象在鸭子中是广泛存在的,杂交后代中差异表达等位基因的顺式调控元件在驯化过程中可能发生了改变。顺式调控序列改变对基因表达的影响,可能最终导致了驯化过程中丰富的表型变异。另外,本研究揭示了顺式调控可能在鸭子的驯化过程中发挥重要作用,为鸭子驯化过程中受选择基因的鉴定和鸭子基因组的进一步解析奠定了基础。

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