利用全基因组连锁不平衡估计中国荷斯坦牛有效群体大小

逢付ＨＥＲＥＤＩＴＡｓ（ＢｅｉｊＩｎｇ）

ＩＳＳＮ０２５３—９７７２

２０１２年１月，３４（１）：５０一５８

ｗｗｗ．ｃｈｉｎａｇｅｎｅ．ｃｎ

研究报告

ＤｏＩ：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１００５．２０１２．０００５０

利用全基因组连锁不平衡估计中国荷斯坦牛有效群体大小。

尼桂琰，张哲，姜力，马裴裴，张勤，丁向东

中国农业大学动物科技学院，农业部动物遗传育种与繁殖重点实验室，北京ｌｏｏｌ９３

摘要：有效群体大小是群体遗传学研究的一个重要内容，有助于我们更清楚地了解群体的遗传变异、进化和复

杂性状的遗传机制等。随着高密度ｓＮＰ标记的出现，越来越多的研究利用ｓＮＰ标记伺连锁不平衡估计有效群体大小。文章采集北京地区中国荷斯坦牛２０９３个样本，并利用牛ｓＮＰ芯片（１１ｌｕｍｉｎａＢｏｖｉｎｅｓＮＰ５０，含５

４００ｌ

ｓＮＰｓ）进行基因型测定，估计不同世代中国荷斯坦牛的有效群体大小。质量控制标准设定为ｓＮＰ检出率ｏ．９５，最小等位基因频率＞ｏ．０５，样本检出率ｏ．９５，哈代温伯格平衡检验显著性水平尸＜ｏ．０００ｌ。经过质量控制，共１

９６８

个样本和３８７９６个ｓＮＰｓ用于连锁不平衡分析。文章选取ｓＮＰ间距ｏ．１、ｏ．２、ｏ．５、１、２、５、１０、１５（Ｍｂｌ，估计中国荷斯坦牛在４世代之前有效群体大小。结果表明，中国荷斯坦牛的有效群体呈逐代下降趋势，至４世代前，中国荷斯坦牛平均有效群体为４５头左右。

关键词：中国荷斯坦牛；有效群体；连锁不平衡

Ｃｈｉｎｅｓｅ

ＨｏｌｓｔｅｉｎＣａｔｔｌｅｅｆｋｃｔｉＶｅｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ

ｓｉｚｅｅｓｔｉｍａｔｅｄｆｒｏｍ

ｗｈｏｌｅｇｅｎｏｍｅｌｉｎｋａｇｅｄｉｓｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ

ＮＩＧｕｉ—Ｙａｎ，ＺＨＡＮＧＺｈｅ，ＪＩＡＮＧ

Ｌｉ，ＭＡ

Ｐｅｉ—Ｐｅｉ，ＺＨＡＮＧ

Ｑｉｎ，ＤＩＮＧ

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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｆ亿ｃｔｉｖｅｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓｓｉｚｅ（Ⅳｅ）ｉｓａｎ

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ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｅＶｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｔｈｅｇｅｎｅｔｉｃａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇｃｏｍｐｌｅｘｔｒａｉｔｓ．Ｗｉｔｈ

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ｈｉｇｈ—ｄｅｎｓｅＳＮＰｐａｎｅｌｇ，ｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｆｏｃｕｓ

ｏｎ

ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇｏｆⅣＰｕｓｉｎｇｌｉｎｋａｇｅｄｉｓｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ（ＬＤ）ｂｅｔｗｅｅｎ

ＳＮＰｓ．Ｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ，ｗｅｅｓｔｉｍａｔｅｄｔｈｅｅｆｆ．ｅｃｔｉＶｅｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓｉｚｅ仃ｏｍ２０９３ＣｈｉｎｅｓｅＨｏｌｓｔｅｉｎＣａｔｔｌｅｇｅｎｏｔｙｐｅｄｗｉ也１１１ｕｍｉｎａＢｏＶｉｎｅＳＮＰ５０ＢｅａｄＣｈｉｐ．ＡｆｔｅｒｒｅｍｏｖａｌｏｆｉｎｄｉＶｉｄｕａｌｗｉｔｈｃａｌｌｒａｔｅ＜９５％，ＳＮＰｓｗｉｍｃａｌｌｒａｔｅ＜９５％，ｍｉｎｏｒａｌｌｅｌｅ行ｅ—ｑｕｅｎｃｙ＜５％ａｎｄ

Ｈａｒｄｙ—ＷｅｉｎｂｅｒｇＥｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｔｅｓｔｗｉｔｈ尸＜０．０００１，１９６８ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｓｗｉｔｈ３８７９６ＳＮＰｓｗｅｒｅｒｅｍａｉｎｅｄ．

ＥｉｇｈｔｋｉｎｄｓｏｆＳＮＰｐａｉｒｓｗｉｔｈｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｓ０．１，０．２，０．５，１，２，５，１０，ａｎｄ１５Ⅳ【ｂｗｅｒｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｃｈｏｓｅｎｔｏｅｓｔｉｍａｔｅｔｈｅｅｆｆ色ｃｔｉｖｅｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓｉｚｅｏｆＣｈｉｎｅｓｅＨ０１ｓｔｅｉｎｃａｔｔｌｅ厅ｏｍ４ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓａｇｏ．Ｉｔｉｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｉｓｓｔｕｄｙ

收稿日期：２０１１一０３—２３；修回日期：２０１１—０４—２７

基金项目：国家自然科学基金项目（编号：３０８００７７６）和国家高技术研究发展计划（８６３计划）项目（编号：２００８ＡＡｌ０１００２）资助作者简介：尼桂琰，硕士研究生，专业方向：动物分子数量遗传学。Ｔｅｌ：０１０．６２７３４４０８；Ｅ—ｍａｉｌ：ｎｉｇｙｌｌｌｌ＠１６３．ｃｏｍ通讯作者：丁向东，博士，副教授，研究方向：动物分子数量遗传学。Ｔｅｌ：０１０．６２７３４２７７；Ｅ．ｍａｉｌ：ｘｄｉｎｇ＠ｃａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ

网络出版时间：２０１１—１０一１８

８：５０：２９

ＵＲＬ：ｈｔｔＤ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉｍｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．１９１３Ｒ．２０１１１０１８．０８５０．００１．ｈｔｍｌ

第１期尼桂琰等：利用全基因组连锁不平衡估计中国荷斯坦牛有效群体大小

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ｔｈａｔｔｈｅｅｆ诧ｃｔｉＶｅｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓｉｚｅｏｆＣｈｉｎｅｓｅＨ０１ｓｔｅｉｎｉｓｄｅｃｒｅａｓｅｄｉｎｔｈｅｐａｓｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓ，ａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｅｆ诧ｃｔｉＶｅｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓｉｚｅａｔ～４ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓａｇｏｉｓｏｎｌｙａｒｏｕｎｄ４５．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣｈｉｎｅｓｅＨ０１ｓｔｅｉｎＣａｔｔｌｅ；ｅｆ话ｃｔｉｖｅｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ；１ｉｎｋａｇｅｄｉｓｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ

有效群体大小（Ｅｆｋｃｔｉｖｅ

ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ

ｓｉｚｅ，Ｎ。）指与实际群体有相同基因频率方差或相同杂合度衰减

率的理想群体含量，通常小于绝对的群体大小。它决定了群体平均近交系数增量的大小，反映了群体遗传结构中基因的平均纯合速度，是群体遗传学研究的一个重要内容。有效群体大小的研究有利于我们更清楚地了解群体进化历史，了解复杂性状的遗传机制…，也在畜禽育种中有重要的指示作用［２］，有效群体太小意味着群体遗传变异很小，进而影响到遗传进展，同时有效群体规模过小难以避免过早和过高的近亲交配，进而影响品种内的异质性和广泛的使用价值。

有效群体大小估计方法最早由ｗ“ｇｈｔ提出［３１，后来根据群体结构、群体类型的不同也相应发展了诸多方法［２］。传统的有效群体大小估计方法是建立在个体问相互独立的随机交配群体基础上的，这点在商业畜禽群体中很难达到，畜禽中普遍采用的利用系谱信息估计有效群体大小，但由于畜禽的家系结构往往都很复杂，常常由于系谱错误会对有效群体的估计产生很大影响【４】。随着分子标记的出现，利用ＤＮＡ序列的多态信息也可以估计有效群体大小，该方法原理比较简单，但有其局限性。因为在进化和育种过程中，有效群体规模不是一成不变的，而利用ＤＮＡ序列的多态信息只能估计出过去很长一段时间内有效群体大小的平均值［５】。近年来，随着高密度分子标记尤其是海量ｓＮＰ（ｓｉｎｇｌｅ

ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ

ｐ０１ｙｍｏｒｐｈｉｓｍ）的出现，利用标记间的连锁不平衡

（Ｌｉｎｋａｇｅｄｉｓｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ，ＬＤ）可以更准确估计有效群

体大小，长距离ＬＤ可以用来估计近世代的有效群体大小，短距离ＬＤ可以用来估计远世代的有效群体大小‘６１。

作为世界上产奶量最高的奶牛品种，荷斯坦牛的有效群体大小受到了众多关注，已相继开展了利用标记间连锁不平衡估计荷斯坦牛有效群体大小的诸多研究。Ｈａｙｅｓ等［６】利用位于牛２０号染色体上的

１６个微卫星标记估计出澳大利亚荷斯坦牛５～６个世代前有效群体规模约为１５０头。随着大规模、高通量测序技术的发展，越来越多研究利用全基因组高密度ＳＮＰ芯片来估计有效群体大小，Ｋｉｍ和

Ｋ卸ａｔｒｉｃｋ［７】利用７１１７个分布于全基因组的ｓＮＰ标

记，估计北美荷斯坦牛有效群体大小，ｓａｒｇｏｌｚａｅｉ等［８】利用更高密度的Ａｆ匆ｍｅｔｒｉｘ

１０Ｋ

ＳＮＰ芯片估计北美

荷斯坦牛有效群体大小，Ｑａｎｂａｒｉ等【９Ｊ利用１１１ｕｍｉｎａ公司出品的５０Ｋ高密度ＳＮＰ芯片估计德国荷斯坦牛

群体有效大小。由牙基于高密度标记估计有效群体

大小受标记问连锁不平衡程度影响很大，而连锁不平衡又具有群体特异性，因此针对不同荷斯坦牛群体进行有效群体大小估计十分必要。

中国荷斯坦牛由我国动物育种工作者通过纯种荷斯坦牛与中国地方黄牛的杂交改良，经过一定世代的级进杂交后，进而横交固定，在长时间的育种工作后，培育而成，与其他国家荷斯坦牛相比具有特殊性，其有效群体大小估计将对今后中国荷斯坦牛育种工作具有参考和指示作用。

１材料和方法

１．１

实验动物

本研究的实验对象为北京地区的中国荷斯坦牛，

由１４个公牛半同胞家系组成，母牛头数为２０９３头，分别出生于２００１～２００６年期间，来自北京地区２５个牛场。每个公牛家系规模从８３头到３５８头不等，家系平均大小为１５０头。母牛血样由各个牛场提供，公牛的精液由北京市奶牛中心提供。１．２基因型测定

提取ＤＮＡ后，用含有５４００１个ＳＮＰ标记的牛高密度芯片（１１１ｕｍｉｎａＢｏｖｉｎｅｓＮＰ５０）进行基因型测定，并利用Ｂｅａｄｓｔｕｄｉｏ软件（由Ｉｌｌｕｍｉｎａ公司提供）读取芯片数据及进行数据处理。根据以下标准对基因型测定进行质量控制：ＳＮＰ检出率（ｃａＵｒａｔｅ）大于０．９５；

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瞧锘ＨＥＲＥＤｌｌｉＡｓ（Ｂｅｉｊｉｎｇ）

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第３４卷

最小等位基因频率（ＭＡＦ）大于等于０．０５，样本检出率大于等于０．９５，哈代．温伯格平衡检验显著性水平

０．０００１；同时剔除染色体位置未知的ｓＮＰ。１．３有效群体大小估计

ｓｖｅｄ［１０】提出了连锁不平衡程度和有效群体大小之间关系的近似公式，

Ｅ（一）≈１／（０【＋ｋＮ。ｃ）

（１）

其中产为不同分子标记间的连锁不平衡程度：Ｎ。为

有效群体大小，ｃ为标记问的遗传距离，以摩尔根（Ｍ）为单位，０【取值表示模型中是否考虑突变，１表示不考虑突变［１０】，

２则考虑突变‘１１＿３１；ｋ的取值与染色

体有关，常染色体为４，ｘ染色体为２。

目前大多数研究采用无突变模型利用高密度ｓＮＰ标记估计有效群体大小‘６，８，９１，本研究同样利用此模型估计中国荷斯坦牛有效群体大小。

根据公式（１），有效群体大小的估计需要已知标记间连锁不平衡程度和遗传距离。

１．４

ＬＤ度量

连锁不平衡程度有多种度量指标，其中Ｄ，［１４】和

一５】最常用，但Ｄ’受群体大小影响很大，尤其在小

群体和中等大小群体中Ｄ’估计值偏高，户则对基因频率和有效群体大小的变化不敏感【１６１。本研究因此采用，作为ＬＤ的度量指标，对于两个ｓＮＰ标记，其等位基因分别为４，口和Ｂ，６及相应的等位基因频率为劭、ｍ、船、ｍ，等位基因间形成的４种单倍型频率

分别为肌孙ｐ小船６、ｐ幽则两个标记间的，度量

公式为：

，．ｚ：业丝正卫趟

（２）

ｐＡ・ｐａ－ｐＢ・ｐｂ

本研究运用Ｈ印ｌｏｖｉｅｗ软件［１７１计算各ＳＮＰ间的，值。

１．５标记间遗传距离

对于高密度ＳＮＰ标记，目前还无法通过连锁图谱获得ｓＮＰ间的遗传距离，通常根据物理距离近似换算遗传距离【叭。

标记问遗传距离ｃｃＭ，＝姜莲舞溪糍×，３、

标记间物理距离（胁）

染色体的物理距离和标记间的物理距离可由牛

的基因组参考序列Ｂｔａｕ４．２（邱：／／ｆｃｐ．ｈｇｓｃ．ｂｃｍ．ｔｍｃ．

ｅｄｕ／ｐｕｂ／ｄａｔａ／Ｂｔａｕｌｌｌｓ／ｆｈｓｔａ／Ｂｔａｕ２００８０８１５／ＬｌｎｅａｎｚｅｄＣ

ｈｒｏｍｏｓｏｍｅｓ／）获得。以牛６号染色体（ＢＴＡ６）为例，从ＮＣＢＩ

（ｈｔ印＝／／、ｖｗｗｎｃｂｉ．ｎｌｍ．ｎｉｈ．ｇｏＶ／ｐｒｏｊｅｃｔｓ／ｍ印Ｖｉｅ们上获得该染色体的遗传长度为１２５．６ｃＭ，本研究采

用的５０ＫＳＮＰ芯片中该染色体的物理长度为１２２．６３Ｍｂ，则根据公式（３），两个物理距离为１００ｋｂ的ｓＮＰ问的遗传距离为０．１０１９ｃＭ。据此可以计算ＢＴＡ６上所有ＳＮＰ标记间的遗传距离，其他染色体也如此操作。１．６不同世代下有效群体大小

标记间的连锁不平衡程度会随着世代增加而衰减，不同长度染色体片段的连锁不平衡程度可以反映不同世代的有效群体大小。长染色体片段通常连

锁不平衡较低，可以用来估计近世代的有效群体大

小，而短染色体片段连锁不平衡较高，则可以估计远世代的有效群体大小，遗传距离为ｃ的染色体片段可以近似反映出前１／（２ｃ）世代的有效群体大小【６】。因此，根据公式（１）、（２）、（３），可以通过对具有不同物理距离的ｓＮＰ标记问的连锁不平衡分析，估计不同世代下的有效群体大小。如物理距离为１００

ｋｂ

的两个ｓＮＰ，其遗传距离为ｏ．００１Ｍｏｒｇａｎ。根据其连锁不平衡程度可以得到前５００世代时有效群体大小的一个估计值，而将所有间距１００ｋｂ的ｓＮＰ估计出的有效群体大小加以平均，则可得到前５００世代时有效群体大小较为可靠的估计。参照利用牛５０ＫｓＮＰ芯片估计有效群体大小的其他研究［７１，本研究选取了０．１、０．２、０．５、ｌ、２、５、１０和１５Ｍｂ等不同ｓＮＰ间距，通过对这些不同间距ｓＮＰ间的连锁不平衡程度分析，估计中国荷斯坦牛在相应前４５２、２２６、９１、４６、２３、１０、５、４世代时的有效群体大小。

２结果与分析

２．１

质量控制前后ＳＮＰ分布

根据牛基因组参考序列Ｂｔａｕ４．２，图１反映了质

量控制前后ＳＮＰ分布变化。样本由２０９３减少为１６９８头，ＳＮＰ则由５４００１个减少为３８７９６个，平均间距为７０ｋｂ，平均ＭＡＦ为０．２８，用于后期分析。

２．２

ＬＤ变化规律

图２反映了中国荷斯坦牛整个基因组不同间距

的ｓＮＰ间的ＬＤ分布情况，总体而言，随着物理距离的增加，ＬＤ呈衰减趋势，但是某些距离较远的ＳＮＰ

第１期

尼桂璇等：利用全基冈组连锁不平街估计中国荷斯坦牛有效群体大小

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图ｌ质量控制前、后．中国荷瓢坦牛２９条常染色体和ｘ染色体上ｓＮＰ毂量分布｛圄中３０表示ｘ染色体）

问也存在强ＬＤ，这表明牛基因组不仅存在近距离的连锁不平衡，而且远距离的标记间也以一定的模式存在连锁不平衡，这与其他研究报道一致ｆ”“”。图２同时表明距离较近的ｓＮＰ间ＬＤ的变异程度要高于距离较远的ＳＮＰ问ＬＤ的变异程度。

也有差异，因此有效群体大小估计也有所差异。如前４世代时，间距为１５Ｍｂ的不同ｓＮＰ对估计的中

国荷斯坦牛有效群体大小为３９￣５ｌ。

连锁不平衡程度的差异也反映在不同染色体上，表２和图３显示ｒ根据不同染色体上的ｓＮＰ估计的巾国荷斯坦牛有效群体大小。表２反映出根据所有

染色体和单条染色体估计有效群体大小的差异，如前４世代时，中国荷斯坦牛有效群体大小范围为

３９～５Ｉ＋而如果根据每条常染色估计有效群体大小，

则中国荷斯坦牛前４世代时有效群体大小范围扩大为３６—６２，这是由于不同染色体相同染色体片段大小连锁不平衡程度差异较大，有较高连锁不平衡程度的染色体估计的有效群体偏小，反之，则较大。如Ｂ１．Ａ６、１４估计出的有效群体较小，其对应的，２值

也较高（表３）。相同世代下用不同染色体估计出的有效群体大小经方差分析表明．染色体间差异极显著

图２

中国荷斯坦牛全基因组连锁不平衡（，２）分布

（Ｐ＜０．００１）。表２也反映出每条染色体上ＬＤ随ｓＮＰ

２．３有效群体大小估计

如表ｌ和图３所示，中国荷斯坦牛有效群体大小从４５２世代前的ｌ０８８头减少至４世代前的４５头，反映了由于人ｒ选择中国荷斯坦牛有效群体大小下

间距增加而减小的趋势，与图２表现的整体衰减趋

势一致。每条染色体估计的有效群体大小也随着世代增加而减少，相同世代下，ｘ染色体估计出的有效

群体大小显著大于其他常染色体（表２，图３），这可

能与根据ｘ染色体估计特殊性和与常染色体不同的

降的趋势，这与其他国家荷斯坦牛有效群体大小研究比较一致‘７・８・２”。同时从图２可以看出，即使相同的ＳＮＰ间距。不同的ＳＮＰ标记间的连锁不平衡程度

估计方法有关，因此本研究在表ｌ中仅根据所有常染色体连锁不平衡信息估计中国荷斯坦牛有效群体

大小。

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表２由不同染色体估计中国荷斯坦牛各世代有效群体大小

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３讨论

作为世界上产奶量最高的奶牛品种，荷斯坦牛经历了长期的较强的人工选择历程，尤其是人工授精技术的推广使目前商业奶牛的有效群体相对较小，大概在５０头左右［８１。根据系谱和近交系数，ｓｏｒｅｎｓｅ等【４］对出生于１９９９～２００３年的丹麦荷斯坦牛群体共

２２３８

个分布于全基因组的ＳＮＰ标记，根据２００头公牛估计北美荷斯坦牛当前世代的有效群体规模小于１００头；Ｓａｒｇｏｌｚａｅｉ等［８］利用Ａｆｊｆｙｍｅｔｒｉｘ公司出品的１０ＫＳＮＰ芯片根据８２１头公牛进一步证明了Ｋｉｍ和

Ｋｉｒｐａｔｒｉｃｋ的研究结果。Ｑａｎｂａｒｉ掣９】利用牛５０Ｋ

ＳＮＰ芯片数据和８１０头牛ｆ４６９头公牛和３４１头公牛母亲）估计出德国荷斯坦牛４个世代前的有效群体规模约为１０３头。本研究利用牛全基因组高密度５０ＫｓＮＰ芯片估计出４世代前中国荷斯坦牛的有效群体为３９～５１头。由于群体的差异，各国的有效群体大小有所区别，但都反映出在近代各国荷斯坦牛有效

３４９头进行有效群体大小估计，结果表明丹麦

荷斯坦牛的有效群体大小约为５０头。随着高密度ｓＮＰ芯片的出现，其越来越被普遍作为估计有效群

体大小的有力工具。Ｋｉｍ和Ｋ邱ａｔｒｉｃｋ【７］利用７

１１７

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图３

中国荷斯坦牛历史（前４５２～前４世代）有效群体大小

群体下降至很小的规模。

有效群体大小的估计方法很多，根据不同的算法和不同的信息来源，群体有效规模的估计值可能存在较大的差异‘２３１。Ｈｉｌｌ等［１５１认为，利用ＬＤ’信息估计有效群体时，样本大小与估计的准确度关联显著。本研究利用的北京地区荷斯坦牛群体有一定的局限性，不能充分代表全国荷斯坦牛群体情况，有效群体大小估计中使用的１６９８头母牛来自１４头公牛家系，相比其他研究【７叫的数百头公牛，本研究使用的实际有效样本数目偏小，导致本研究估计的有效群体大小与其他报道相比偏小。目前有效群体大小的估计是基于理想的数学模型进行的，物种或者品种在进化、育种过程中的实际情况往往要复杂的多，所以本研究的估计值只是一个尽可能准确的参考值，要更准确的估计有赖于数学模型的优化和更好的试验群体。

相比其他国家荷斯坦牛群体，中国荷斯坦牛育成历史并不长，正式成为一个品种仅几十年的时间，但为与其他研究进行比较，本研究根据选取了８种不同长度的染色体片段０．１、０．２、０．５、ｌ、２、５、１０

和１５Ｍｂ，估计前４５２世代到前４世代的中国荷斯坦

牛有效群体大小，反映中国荷斯坦牛有效群体的变化趋势。染色体片段的选择基于以下考虑：本研究所采用的芯片的密度约为５０ｋｂ，但是标记并不是均匀分布于整个基因组上，为了保证计算的准确性，选取０．１Ｍｂ作为最小片段：对距离较远的ｓＮＰ标记估计的ＬＤ偏差较大，考虑到估计的准确性，选取

１５

Ｍｂ作为最大片段。

本研究为与其他研究进行比较，选取了上述的８种不同长度的染色体片段长度。实际上，其他世代的有效群体大小也可以根据标记间的连锁不平衡进行估计，如根据间距更小的ＳＮＰ标记间的连锁不平衡，可以估计２０００世代前的有效群体大小。由于遗传距离为ｃ的染色体片段可以近似反映出前１／（２ｃ）世代的有效群体大小，因此给定所要估计的世代，即可近似计算出相应的遗传距离，进而根据公式（３）得到需要的染色体片段物理长度，然后根据ｈａｐｌｏｖｉｅｗ计算所得的该物理长度下所有ＳＮＰ标记对的ｒ２，由于ＳＮＰ标记并不是均匀分布，本研究选取物理长度

ｔ（１士５％）作为ＳＮＰ标记对选取标准，结合公式（１）即可估计出该世代下有效群体大小。

．・

本研究仅估计了４世代前的有效群体大小，对于更有现实的意义的当前世代有效群体大小估计没有涉及。主要是当前世代下根据标记连锁不平衡估计有效群体大小准确性较差，比如１世代下标记间遗传距离为０．５摩尔根，标记间几乎为自由重组（重组率近似为ｏ．５０），处于连锁平衡状态，连锁不平衡程度几乎为０，而利用高密度标记估计有效群体大小主要依赖于标记间的连锁不平衡，因此极弱的连锁不平衡程度将严重影响到有效群体大小估计的准确性。而０世代（当前世代）所要求的标记间距更大，这时估计的有效群体大小准确性更低。因，此考虑到估计的准确性，本研究选取１５Ｍｂ作为最大片段长度，此时中国荷斯坦牛群体平均，．２为０．０３，反映出前４世代时中国荷斯坦牛的有效群体大小，对当前世代有效群体大小也有一定的指示作用。

用不同染色体上的ｓＮＰ估计出的有效群体大小差异显著，从有效群体大小的计算公式可以看出，ＳＮＰ标记间的ＬＤ程度和遗传距离均会对有效群体大小的估计产生影响，而ＳＮＰ的遗传距离是一定的，因此染色体间有效群体估计的显著差异主要是由染色体间不同的ＬＤ程度造成。由此可以推测出，影响ＬＤ的因素也能影响有效群体大小，例如人工选择、迁移、突变、漂变等。以人工选择为例，人们在对牛群进行选择时，不管是按照表型选择还是育种值选择，会提高群体中优势基因型的比例，导致人为高强度的ＬＤ，从而影响有效群体大小。本研究结果显示，根据６和１４号染色体的连锁不平衡信息估计出的中国荷斯坦牛有效群体较其他染色体小（表２），

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而这两条染色体是目前报道携带数量性状基因座位（ＱＴＬ）数目最多的染色体；畜禽ＱＴＬｄｂ数据库（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｅｎｏｍｅ．ｉａｓｔａｔｅ．ｅｄｕ／ｃｇｉ－ｂｉｎ／ＱＴＬｄｂ／ＢＴ／ｂｒｏｗｓｅ）显示，到目前为止，分别有４２４和３６１个ＱＴＬ定位在６和１４号染色体上，其中在多个群体中得到

验证的与乳脂相关的Ｄ倒ｒ』基因就位于１４号染色

体。由于６和１４号染色体受到较强的选择，提高了其连锁不平衡程度，致使估计的有效群体较小。

本研究也表明根据ｘ染色体估计出的有效群体较常染色体大，这与其他报道一致［８】，一方面可能由于５０ＫＳＮＰ芯片ｘ染色体上的ＳＮＰ密度相对较低，导致估计偏差，需要更高密度的芯片来进一步验证；另一方面可能与目前ｘ染色体估计有效群体大小方法有关，虽然目前的估计方法已经考虑了ｘ染色体与常染色体的差异，但基于ｘ染色体的特殊性，其估计方法还需要进一步研究【８Ｊ。

估计有效群体大小的方法很多，传统的有效含量估计方法是建立在个体间相互独立的随机交配群体基础上的，且需要找到本群体中所有独立的公畜和母畜，这在实际操作中很难做到。而畜禽基于系谱信息的有效群体大小估计方法常常由于普遍存在的系谱错误导致估计的准确性下降。通过ＤＮＡ序列检测等分子手段往往不适合大规模的检测，其该方法估计出的有效群体大小很大程度上依赖于染色体区段的选择。相对而言，利用连锁不平衡信息估计有效群体大小作为一种新方法，可以不考虑系谱，仅通过全基因组的高密度标记信息，即能够更准确估计有效群体大小，且根据不同的染色体片段长度可以估计出不同世代下有效群体大小，直观地反映出整个育种过程中有效群体大小的变化趋势。但该方法对连锁不平衡程度依赖较大，连锁不平衡度量准确性、标记间的连锁不平衡程度及标记密度对该方法估计准确性都有影响，同时本研究发现的远距离存在较强连锁不平衡是否对有效群体大小估计准确性产生影响，以及这些标记是否应该在有效群体大小估计中加以考虑都需要在进一步研究中探讨。由于无法获知真实的有效群体大小，通过数据模拟进行此类研究不失为一种有效研究手段。

本研究表明中国荷斯坦有效群体呈减少的趋势，在其他研究中，也发现荷斯坦牛有效群体不断减小的类似趋势【Ｊ７￣９１，而有效群体的减小意味着遗传变

异的减小，进而影响到遗传进展，因此控制合理的有效群体规模十分重要。在动物育种中，ＦＡＯ建议群体的有效群体大小最好维持在５０～１００头【４］。虽然本研究结果尚不能反映中国荷斯坦牛群体的真实情况，但对今后我国荷斯坦牛的育种提供了一个参考，奶牛育种工作者在育种规划中应该采取相应的措施避免中国荷斯坦有效群体的进一步减小，以保持中国荷斯坦牛遗传进展的持续性，这也是其他国家正在开展的工作。

参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）

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５８

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２０１２

第３４卷

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Ｍ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ

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Ｆ，Ｃｏｐｐｉｅｔｅｒｓ

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ｇｅｎｅｔｉｃｍａｒｋｅｒｓ．Ｐ矗ｆ，ｏＪ乃口胛ＪＲ５ｆＤｃ三Ｄ玎ｄＢＢｆｏ，

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・科学新闻・

干细胞研究为遗传肾病治疗带来新希望

当前，社会上对于干细胞研究既有争议又有支持，这完全见仁见智。最近，澳洲蒙纳士大学（Ｍｏｎａｓｈｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）免疫学和干细胞实验室（ＭＩｓｃＬ）的科学家证明，他们可以从健康的成年人肾脏细胞中培育出干细胞，从而规避了这个研究的伦理问题。沙龙．里卡多副教授及其研究团队将利用这一研究成果，在实验室中建立遗传性肾脏疾病的研究模型，并梳理出治疗机制，控制这些难以治疗的疾病。

“我们利用人类肾细胞进行研究，并让时光倒流，去找回前体”，里卡多说。这个在美国《肾脏病学会杂志》发

表了的独具挑战性的项目是由蒙纳士大学的研究人员通过把健康成人肾细胞重新编程回到胚胎样状态的。肾脏干细胞，然后与现成的胚胎干细胞比较。结果表明，两者都可能形成不同的胚胎组织类型，而其遗传特性不变。“这些肾脏细胞已被重新编程回到胚胎样状态，这使我们转变肾脏细胞前体为各种类型肾脏细胞成为可能。”通过与蒙纳士医学中心的彼得．克尔教授合作，该研究小组现在已从患有多囊。肾、遗传性肾炎这两个主要的遗传型肾脏疾病患者的肾脏细胞中产生了４个干细胞株。

“由于这些干细胞可以在培养皿中无限地分裂，我们可产生病人特异性干细胞的无限来源，并利用这些。肾细胞来

产生囊肿并筛选药物，”副教授里卡多说。建模。”

里卡多副教授正在与制药公司接洽，希望通过肾脏干细胞来筛选药物，她认为这种个性化的医药验证方法将在未来产生更安全的药物。但在短期，澳洲蒙纳士大学研究人员计划继续研究环境因素对肾脏干细胞性能的影响，测试不同药物在减少。肾囊肿的形成和细胞增殖的效能，并更好地了解遗传。肾病是如何发展的。

英文原稿及图片请阅：

ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｏｎａｓｈ．ｅｄｕ．ａｕ／ｎｅｗｓ／ｓｈｏｗ／ｗｉｎｄｉｎｇ＿ｂａｃｋ．ｔｈｅ—ｃｌｏｃｋ．ｗｉｔｈ．ｋｉｄｎｅｙ—ｓｔｅｍ—ｃｅｌｌｓ

“我们的最终目标是提供现成的，成熟的肾脏细胞，以进行药物检测和疾病

（吕欢）

利用全基因组连锁不平衡估计中国荷斯坦牛有效群体大小

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

尼桂琰， 张哲， 姜力， 马裴裴， 张勤， 丁向东， NI Gui-Yan， ZHANG Zhe， JIANG Li， MAPei-Pei， ZHANG Qin， DING Xing-Dong

中国农业大学动物科技学院,农业部动物遗传育种与繁殖重点实验室,北京100193遗传

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引用本文格式：尼桂琰.张哲.姜力.马裴裴.张勤.丁向东.NI Gui-Yan.ZHANG Zhe.JIANG Li.MA Pei-Pei.ZHANG Qin.DING Xing-Dong 利用全基因组连锁不平衡估计中国荷斯坦牛有效群体大小[期刊论文]-遗传 2012(1)