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1、College Animal Science&Technology基于高密度基于高密度SNPSNP芯片进行芯片进行中国荷斯坦牛中国荷斯坦牛CNVCNV检测检测刘剑锋张勤刘剑锋张勤中国农业大学动物科技学院中国农业大学动物科技学院2010.8.172010.8.172021/9/211College Animal Science&Technology一、研究背景一、研究背景拷贝数变异是指与参照基因组比较，拷贝数变异是指与参照基因组比较，DNADNA片段缺失、复制、插入或复杂基因组重排片段缺失、复制、插入或复杂基因组重排区域大于区域大于1Kb1Kb至至MbMb的结构变异。的结构变异。2021/9/2
2、12College Animal Science&Technology2021/9/213College Animal Science&TechnologyCNVCNV在人类基因组上的研究在人类基因组上的研究 CNVsCNVs大约占有大约占有12%12%的区域的区域 几千个基因存在拷贝数变异几千个基因存在拷贝数变异 SNPSNP研究任何两个随机人类基因组都至少研究任何两个随机人类基因组都至少有有0.1%0.1%的差异的差异 ，CNVsCNVs研究为至少研究为至少1%1%2021/9/214College Animal Science&TechnologyCNV在人类基因组上的研究在人类基因组上
3、的研究20042004年，年，lafratelafrate等在等在5 5个人群个人群3939名没有亲缘名没有亲缘关系的健康个体中发现关系的健康个体中发现255255个位点包含个位点包含CNVsCNVs ,平均长度平均长度150kb-425kb150kb-425kb20042004年，年，SebatSebat等在等在2020个没有血缘关系的个没有血缘关系的个体中发现个体中发现221221个拷贝数变异，平均跨越个拷贝数变异，平均跨越465kb465kb 2021/9/215College Animal Science&TechnologyCNV在人类基因组上的研究在人类基因组上的研究2005200
4、5年，年，TuzunTuzun等比较两组不同种族的人等比较两组不同种族的人类基因组序列，共发现类基因组序列，共发现241241个个CNVs,CNVs,片断片断大小在大小在8 840kb40kb。20082008年，年，HasinHasin等通过等通过3 3个不同祖先的个不同祖先的2525个个个体检测嗅觉受体（个体检测嗅觉受体（OROR）基因位点的）基因位点的CNVsCNVs。发现。发现9393个个OROR基因位点受到基因位点受到CNVsCNVs影响。影响。2021/9/216College Animal Science&Technology2021/9/217College Animal Sc
5、ience&TechnologyCNV在小鼠中的研究在小鼠中的研究20072007年，年，Chris Chris 等比较等比较C57BL/6C57BL/6品系的品系的1414个高度近交个高度近交967967代的亚群鉴别出代的亚群鉴别出3838个个CNVsCNVs。u1818个个CNVsCNVs影响影响4343个与繁殖、免疫和认知个与繁殖、免疫和认知相关的基因。相关的基因。uCNVsCNVs的范围在的范围在4Kb-4Mb4Kb-4Mb。2021/9/218College Animal Science&TechnologyCNV在大鼠中的研究在大鼠中的研究20082008年，年，GuryeyGur
6、yey等研究发现等研究发现643643个个CNVsCNVs约约占基因组的占基因组的1.4%1.4%，65%65%的的CNVCNV片段长度小片段长度小于于10kb10kb 。uCNVsCNVs在基因组上分布不均匀，最易集中在基因组上分布不均匀，最易集中在中心粒和端粒部位。在中心粒和端粒部位。u发现发现1818号染色体（号染色体（RNO18RNO18）没有）没有CNV CNV。2021/9/219College Animal Science&TechnologyCNV在猪中的研究在猪中的研究1212头没有亲缘关系头没有亲缘关系的杜洛克猪与的杜洛克猪与一头一头没有亲缘关系的汉没有亲缘关系的汉普夏公猪
7、比较普夏公猪比较 共发现共发现3737个拷贝数个拷贝数变异区域，变异区域，5 5个位个位于染色体重复区域于染色体重复区域2021/9/2110College Animal Science&TechnologyCNV在牛中的研究在牛中的研究14 Holsteins 3 Simmental2 Red danish1 Hereford基于技术2021/9/2111College Animal Science&Technology来自个公牛家系的个半同胞个体基于SNP 50 K芯片技术2021/9/2112College Animal Science&Technology的研究价值的研究价值2021/
8、9/2113College Animal Science&TechnologyCNVs 除了具有覆盖范围广、组成形式多样的特除了具有覆盖范围广、组成形式多样的特点以外，还具有其作为遗传标记的三个重要特点点以外，还具有其作为遗传标记的三个重要特点 可遗传性可遗传性相对稳定性相对稳定性高度异质性高度异质性的研究价值的研究价值2021/9/2114College Animal Science&TechnologyCNV作用机制与疾病作用机制与疾病通过剂量效应直接改变基因表达量，引通过剂量效应直接改变基因表达量，引起功能紊乱。起功能紊乱。通过影响基因转录调控因子，间接影响通过影响基因转录调控因子，间接
9、影响基因的表达量。基因的表达量。2021/9/2115College Animal Science&Technology研究研究CNV的相关试验技术的相关试验技术Array-CGHArray-CGHROMAROMAFosmidFosmid末端比较末端比较FISHFISHSNPSNP芯片技术芯片技术分辨率范围从分辨率范围从1Mb1Mb到几到几Kb Kb 准确程度依靠芯片准确程度依靠芯片上片段的数量和距上片段的数量和距离离 2021/9/2116College Animal Science&Technology二、试验群体二、试验群体2047荷斯坦奶牛，来自个公牛家系荷斯坦奶牛，来自个公牛家系基于
10、基于Illumina高密度高密度SNP50K芯片检测平台芯片检测平台2021/9/2117College Animal Science&Technology三、三、CNVCNV检测检测利用利用BEADSTUDIO产生每个个体的所有产生每个个体的所有SNP位点探针杂交信号强度数据；位点探针杂交信号强度数据；基于隐马尔科夫链算法，采用基于隐马尔科夫链算法，采用PennCNV软软件，检测个体件，检测个体CNV。2021/9/2118College Animal Science&TechnologyPennCNV简介简介从从SNP芯片数据检测芯片数据检测CNVs隐马尔科夫模型（隐马尔科夫模型（hidd
11、en Markov model）可处理可处理 Illumina、Affymetrix及其他芯片及其他芯片数据数据 集成多方面信息：集成多方面信息：total signal intensity、每个每个SNP标记的标记的allelic intensity ratio、相、相邻邻SNPs的距离、的距离、SNP等位点的群体频率、等位点的群体频率、系谱信息。系谱信息。2021/9/2119College Animal Science&Technology共检测出共检测出8010个个CNV，存在于，存在于1746 samples内。内。其中大多数含其中大多数含SNP数不超过数不超过10个，检测出个，检测
12、出CNV数超过数超过100个的有个的有7 samples（low quality）。）。需进行质量控制，以减少假阳性结果。需进行质量控制，以减少假阳性结果。四、检测结果四、检测结果2021/9/2120College Animal Science&Technology对牛对牛SNP50芯片数据的分析芯片数据的分析质量控制质量控制sample-level：No.CNV：50LRR_SD:0.24BAF_DRIFT:0.01WF：0.052021/9/2121College Animal Science&Technology2047 samples-1246 samples8010 CNVs-24
13、48 CNVs2021/9/2122College Animal Science&Technology质量控制质量控制call-level质控水平：质控水平：7 SNPs,100 Kb2448 CNVs-242 CNVs2021/9/2123College Animal Science&Technology质量控制：质量控制：去除特定染色体区域的去除特定染色体区域的CNV：如染色体端、：如染色体端、着丝粒附近等区域。着丝粒附近等区域。2021/9/2124College Animal Science&Technology对牛对牛SNP50芯片数据的分析芯片数据的分析最终结果最终结果2021/9
14、/2125College Animal Science&Technology对牛对牛SNP50芯片数据的分析芯片数据的分析2021/9/2126College Animal Science&Technology五、下一步工作五、下一步工作对检出的对检出的CNV进行进一步验证：进行进一步验证：1、CGH芯片芯片 2、RT-PCR 3、测序验证、测序验证进行进行CNV与奶牛生产性能的与奶牛生产性能的GWAS分析分析CNV区域的生物信息学分析区域的生物信息学分析2021/9/2127College Animal Science&Technology随着高通量全基因组随着高通量全基因组CNVs 扫描平
15、台和新的扫描平台和新的统计推算方法的不断发展，基于统计推算方法的不断发展，基于CNVs 这一这一新的遗传标志的新的遗传标志的GWAS 将和基于将和基于SNPs 的的传统传统GWAS 一样，成为研究复杂性状遗传一样，成为研究复杂性状遗传机理的有力工具。机理的有力工具。六、展望六、展望2021/9/2128College Animal Science&Technology联合使用联合使用SNPs 和和CNVs 这两个具有互补性这两个具有互补性的遗传标志，将为深入理解复杂性状的分的遗传标志，将为深入理解复杂性状的分子机制和鉴定易感基因，对遗传变异和复子机制和鉴定易感基因，对遗传变异和复杂性状表型关系
16、的认识具有重要意义。杂性状表型关系的认识具有重要意义。六、展望六、展望2021/9/2129College Animal Science&Technology感谢课题组姜力博士生在基因型分析、信号感谢课题组姜力博士生在基因型分析、信号强度分析给予的付出和帮助强度分析给予的付出和帮助感谢课题组蒋纪才硕士生在感谢课题组蒋纪才硕士生在PENNCNV软件软件调试中付出的努力调试中付出的努力感谢张勤教授对总体研究方案给予的支持、感谢张勤教授对总体研究方案给予的支持、教导和帮助！教导和帮助！致谢致谢2021/9/2130College Animal Science&Technology衷心感谢各位老师！衷心感谢各位老师！2021/9/2131