中國農業(yè)大學動科學院李孟華教授課題組通過山羊T2T基因組組裝揭示與絨用性狀相關的變異

　　中國農大新聞網訊 近日，中國農業(yè)大學動物科學技術學院李孟華團隊在國際知名期刊《自然·通訊》（Nature Communications）上在線發(fā)表題為《山羊T2T基因組組裝揭示與絨用性狀相關的變異》（Telomere-to-telomere genome assembly of a male goat reveals variants associated with cashmere traits）原創(chuàng)性研究成果。該研究從T2T基因組的組裝、著絲粒特征、Y染色體結構、三代測序檢測結構變異（SV）、二代重測序研究群體馴化及絨用性狀相關基因等方面，系統而全面地揭示了山羊T2T基因組在反芻動物基因組研究的重要價值及廣泛應用前景。

 

　　本研究利用PacBio HiFi（141.03 Gb，49.3×）、Ultra-long ONT（328.44 Gb，114.8×）、Bionano（1188.9 Gb）和Hi-C（435.76 Gb，152.2×）測序技術，組裝了山羊首個完整基因組（T2T-goat1.0），其大小為2.86 Gb，包括20.96Mb的Y染色體。T2T-goat1.0的QV值達到了54.18，且全基因組的覆蓋度均勻。

 

　　T2T-goat1.0與山羊參考基因組ARS1具有高度共線性，進一步驗證了T2T-goat1.0的高質量和準確性。T2T-goat1.0成功填補了ARS1中的649個gap，并完整解析了著絲粒和端粒區(qū)域。T2T-goat1.0共鑒定到288.5Mb的之前NCBI參考基因組ARS1未解析區(qū)域（PURs），這些區(qū)域被認為是錯誤組裝的修正或新組裝，其中超過30 Mb位于X染色體上。這些 PURs 主要由著絲粒衛(wèi)星序列和片段重復（SDs）組成，占 PURs 總長度的 81.92%（236.33 Mb）。此外，T2T-goat1.0修正了ARS1中大量的組裝結構錯誤，例如，18號染色體19 Mb–26 Mb區(qū)域的倒位，該倒位通過原始reads比對被確認是 ARS1的組裝錯誤。T2T-goat1.0 中鑒定到286.70 Mb 的非冗余片段重復，其中73.28%（210.12 Mb）位于著絲粒區(qū)域，而在ARS1中僅發(fā)現了55.25 Mb。

 

　　為了評估T2T-goat1.0作為參考基因組在reads比對和變異檢測的改進，研究收集了516個山羊樣本的全基因組重測序數據進行SNP調用。與之前的參考基因組ARS1相比，使用T2T-goat1.0作為參考基因組在reads比對、變異檢測方面的表現也有顯著改進，T2T-goat1.0作為參考基因組時，reads 比對率有所增加、比對錯誤率降低。通過質控和過濾，在T2T-goat1.0上鑒定了25,397,794個SNP，其中545,026個位于PURs，而在 ARS1上獲得了24,238,138個SNP。

 

　　此外，在家養(yǎng)山羊馴化的選擇特征分析中，T2T-goat1.0的完整性為識別馴化過程中的選擇信號提供了顯著優(yōu)勢。基于 T2T-goat1.0 檢測的SNP 和SV，研究鑒定了位于PURs的與馴化相關的基因，如NKG2D和ABCC4。

 

　　對于羊絨性狀的基因組選擇特征分析，除了先前已報道的與羊絨相關的基因（如FGF5和EDA2R）外，在 PURs還發(fā)現了274個選擇信號，覆蓋了72個基因。在Chr12的PURs（CHI12: 14.88 Mb–16.58 Mb）中，鑒定到了ABCC4基因的選擇信號。共線性分析表明，ARS1中該區(qū)域的組裝不完整，而在T2T-goat1.0中，該區(qū)域包含了14個串聯重復的ABCC4基因。

 

　　總之，山羊T2T基因組全面解析了復雜的基因組區(qū)域，如著絲粒、端粒、重復序列和Y染色體，為研究基因組結構與功能提供了更完整、更準確的信息。該基因組改進了短讀長和長讀長的比對能力，提高了變異檢測的準確度，并鑒定出多個此前未報道的受選擇信號，為深入理解山羊的遺傳多樣性、馴化過程及性狀選擇提供了可靠的依據。山羊完整基因組的破譯不但為山羊研究提供了重要的遺傳資源，還將促進其在生物技術領域的廣泛應用。

 

　　中國農業(yè)大學為論文第一單位，動物科學技術學院博士生吳慧、羅凌云、張雅慧和內蒙古農業(yè)大學動物科學學院張崇妍為共同第一作者，中國農業(yè)大學動物科學技術學院李孟華教授、草業(yè)科學與技術學院賈善剛副教授和內蒙古農業(yè)大學動物科學學院劉志紅教授為共同通訊作者。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家生物育種重大科技項目、國家自然科學基金、中國農業(yè)科學院北方農牧業(yè)技術創(chuàng)新中心項目、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項和第二次青藏高原科學考察研究項目的資助。