牛羊拷貝數(shù)變異研究進(jìn)展

黃永震, 徐天揚(yáng),李麗娟,鄭 立,王俊永,陳 宏,雷初朝*

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院, 陜西楊凌, 712100;2.貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)研究院, 貴州畢節(jié), 55170;3.河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院動(dòng)物科技學(xué)院, 河南鄭州, 45004)

隨著分子生物學(xué)研究的深入，DNA測(cè)序技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，人們的對(duì)于遺傳變異的研究逐漸向分子水平發(fā)展，拷貝數(shù)變異便是其中的一種?？截悢?shù)變異(copy number variation)是由基因組發(fā)生重排而導(dǎo)致的異常，異常片段從50bp 到1mb不等，主要表現(xiàn)為基因組的缺失，插入，重組以及多位點(diǎn)的復(fù)雜變異等。拷貝數(shù)在種內(nèi)和種間的分布是通過(guò)基因的變異，突變，自然選擇，種群數(shù)量的演變歷史來(lái)構(gòu)建的。在一些對(duì)于家養(yǎng)動(dòng)物，如牛，羊，豬，雞，狗等的研究中發(fā)現(xiàn)，拷貝數(shù)變異與一些性狀的表達(dá)息息相關(guān)?？截悢?shù)變異相對(duì)于單核苷酸多態(tài)性(SNP)來(lái)說(shuō)，其變異的位點(diǎn)更少，序列更長(zhǎng)，更容易檢測(cè)以及研究，因此在動(dòng)物的遺傳育種中，有著廣闊的前景。然而，不同于單核苷酸多態(tài)性和微衛(wèi)星，拷貝數(shù)變異的群體遺傳還存在著諸多的未解之謎。

1 拷貝數(shù)變異的檢測(cè)方法

拷貝數(shù)變異的檢測(cè)方法可以粗略的分為兩種，一種是芯片技術(shù)，另一種是測(cè)序技術(shù)。其中芯片技術(shù)主要有微陣列比較基因雜交芯片(array-based comparative genomic hybridization)和單核苷酸多態(tài)性芯片(SNP Array)。aCGH是在全基因組范圍內(nèi)掃描拷貝數(shù)變異區(qū)的高分辨率分子核型技術(shù)。SNP Array 是利用芯片探針的平均信號(hào)強(qiáng)度和最小等位基因頻率，并結(jié)合統(tǒng)計(jì)模型進(jìn)行拷貝數(shù)的推斷。然而利用SNP芯片推斷拷貝數(shù)變異的準(zhǔn)確性并不比aCGH芯片高，而且不同算法檢測(cè)的結(jié)果差異較大。

隨著測(cè)序技術(shù)的不斷發(fā)展，直接通過(guò)重測(cè)序檢測(cè)基因組結(jié)構(gòu)變異成為了目前最為有效的檢測(cè)方法。二代測(cè)序便是近年來(lái)在拷貝數(shù)變異檢測(cè)中最為常用的方法。二代測(cè)序技術(shù)(Next-generation sequencing)又稱高通量測(cè)序技術(shù)(High-throughput sequencing), 或深度測(cè)序(deep sequencing)。作為新一代的測(cè)序技術(shù)，二代測(cè)序技術(shù)為更精確的評(píng)估拷貝數(shù)變異提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。相較于aCGH芯片和SNP芯片，二代測(cè)序技術(shù)可用于確定拷貝數(shù)變異的邊界并且能有效地檢測(cè)小片段的拷貝數(shù)變異，同時(shí)，它在基因組斷點(diǎn)的檢測(cè)上也有很大的優(yōu)勢(shì)?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，測(cè)序技術(shù)仍然有非常大的進(jìn)步空間，隨著測(cè)序精度的不斷增加以及測(cè)序成本的不斷降低，科學(xué)家們可以以相對(duì)更低的成本對(duì)基因組進(jìn)行更深入的研究。

2 拷貝數(shù)變異的驗(yàn)證方法

當(dāng)前主要通過(guò)一些以分子雜交和PCR為基礎(chǔ)的技術(shù)對(duì)基因組已知拷貝數(shù)變異進(jìn)行驗(yàn)證。這些技術(shù)包括熒光原位雜交(FISH)、高通量基因拷貝數(shù)檢測(cè)技術(shù)(CNVPLEX)、微滴數(shù)字PCR(ddPCR)和實(shí)時(shí)定量PCR(qPCR)。熒光原位雜交技術(shù)(FISH)是通過(guò)非放射性的方法，通過(guò)熒光檢測(cè)體系對(duì)所要研究的DNA分子進(jìn)行定性以及定量的分析。高通量基因拷貝數(shù)檢測(cè)技術(shù)(CNVPLEX)是在多重連接探針擴(kuò)增技術(shù)(MLPA)的基礎(chǔ)上改進(jìn)的一個(gè)新技術(shù)，它的優(yōu)勢(shì)在于探針?lè)植紡V，結(jié)果更精準(zhǔn)，操作更簡(jiǎn)便，快捷，且通量高。[1]微滴數(shù)字PCR(droplet digital PCR，ddPCR)是一種基于泊松分布原理的核酸分子絕對(duì)定量技術(shù)， 在核酸分子的絕對(duì)計(jì)數(shù)和定量領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力。[2]實(shí)時(shí)定量PCR(Quantitative Real Time PCR, qPCR)是一種在DNA擴(kuò)增反應(yīng)過(guò)程中，以熒光化學(xué)物質(zhì)檢測(cè)每次聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)循環(huán)后產(chǎn)物總量的方法，它可以在一天內(nèi)對(duì)成百上千的拷貝數(shù)變異進(jìn)行檢測(cè)。由于其種種優(yōu)勢(shì)，qPCR是當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室中普遍采用的驗(yàn)證方法。

3 牛羊拷貝數(shù)變異研究進(jìn)展

近些年來(lái)，隨著人們對(duì)于拷貝數(shù)變異研究的不斷深入，其在牛羊等家畜的基因組中所產(chǎn)生的影響逐漸被科學(xué)家們所重視。一些研究表明，拷貝數(shù)變異可以作為一種分子遺傳標(biāo)記應(yīng)用于家畜的某些重要性狀的研究，從而為家畜的育種和疾病預(yù)防提供幫助。

3 .1 牛拷貝數(shù)變異的研究進(jìn)展

2010年Bea等[3]利用 牛SNP50 芯片對(duì)265頭奶牛進(jìn)行了分析，檢測(cè)到了855個(gè)拷貝數(shù)變異。在考慮到一些重疊的區(qū)域后，他們確定了368個(gè)獨(dú)特的拷貝數(shù)變異區(qū)，涉及538個(gè)基因，并最終繪制出了牛CNVs圖譜。

2012年，Jiang等[4]通過(guò)牛SNP50芯片檢測(cè)了2047頭荷斯坦奶牛的基因組序列。最終檢測(cè)到了?；蚪M上的99個(gè)拷貝數(shù)變異區(qū)，總長(zhǎng)為23.24Mb，其中51個(gè)CNV在138頭牛的基因組中完全或者部分重疊，它們對(duì)于一些生物學(xué)功能如信號(hào)通路的傳導(dǎo)，感覺(jué)知覺(jué)的反應(yīng)和細(xì)胞進(jìn)程有著重要的影響。Bickhart等[5]通過(guò)aCGH，qPCR和FISH等方法對(duì)5頭黃牛和1頭瘤牛進(jìn)行了全基因組檢測(cè)，他們一共檢測(cè)了1265個(gè)拷貝數(shù)變異區(qū)，發(fā)現(xiàn)一些與病菌和抗病菌相關(guān)的基因在Nelore牛中大量的復(fù)制，與脂肪運(yùn)輸和新陳代謝相關(guān)的基因在肉牛中大量的復(fù)制。在這些CNVR中還發(fā)現(xiàn)了一些可能與繁殖、適應(yīng)性和生產(chǎn)性狀相關(guān)聯(lián)的基因如BPAFA2A和WC1等。

2013年，Choi等[6]在對(duì)黑安格斯牛，韓牛，荷斯坦牛的研究中發(fā)現(xiàn)與CNVS相關(guān)的某些影響刺激應(yīng)答，細(xì)胞分化和免疫系統(tǒng)進(jìn)程的基因發(fā)生了重疊。2014年，他們[7]運(yùn)用illumina Hiseq 2000測(cè)序平臺(tái)對(duì)三種韓國(guó)本地牛，即韓牛，Heugu牛，和韓國(guó)荷斯坦牛進(jìn)行了全基因組分析，檢測(cè)出1040萬(wàn)個(gè)SNPs位點(diǎn) ，其中54.12%是首次發(fā)現(xiàn)。他們還檢測(cè)了1 063 267個(gè)基因組間的插入與缺失。在韓牛，濟(jì)州島Heugu牛，韓國(guó)荷斯坦牛和先前檢測(cè)的chikso牛中分別得到了53，65，82和45個(gè)可能的純合區(qū)。

PLA2G2D是先天的免疫基因，并且會(huì)對(duì)促性腺激素釋放激素和MARK信號(hào)起作用。有研究證實(shí)PLA2G2D基因的拷貝數(shù)變異與荷斯坦牛的總優(yōu)劣指數(shù)相關(guān)[8]。2014年，Zhang等[9]在24頭中國(guó)黃牛中檢測(cè)到486個(gè)拷貝數(shù)變異區(qū)(占基因組2.45%)；在2頭牦牛中檢測(cè)到161個(gè)拷貝數(shù)變異區(qū)，在3頭水牛基因組中檢測(cè)到163個(gè)拷貝數(shù)變異區(qū)。通過(guò)qPCR，發(fā)現(xiàn) CNVR22對(duì)于PLA2G2D基因的表達(dá)有著顯著的負(fù)調(diào)控作用，并且CNVR22和CNVR310與中國(guó)地方黃牛的身體尺寸顯著相關(guān)，這一結(jié)果表明拷貝數(shù)變異對(duì)基因表達(dá)具有一定的調(diào)控作用。

Shin等[10]運(yùn)用二代測(cè)序技術(shù)對(duì)10頭荷斯坦奶牛和22頭韓牛進(jìn)行了分析。32頭牛的測(cè)序深度為13～20乘。通過(guò)檢測(cè)所分析個(gè)體中的6811個(gè)缺失的CNVs(平均長(zhǎng)度為2 732 bp，占了?；蚪M的0.74%)，發(fā)現(xiàn)了10個(gè)和神經(jīng)傳遞有關(guān)的基因(NCAM2, PIK3C2G, EFNA5, RASGRF2, UNC13C, GUCY1A2, ACCN1, GRM7, DCDC2和PCDH15)，其中有5個(gè)基因在之前的研究中被發(fā)現(xiàn)與神經(jīng)信號(hào)傳遞有關(guān)，有6個(gè)基因與神經(jīng)元運(yùn)動(dòng)有關(guān)。另外，他們還發(fā)現(xiàn)了8個(gè)與神經(jīng)形成有關(guān)的基因(NCAM2, EFNA5, MDGA2, KLHL1, SLIT3, PRKG1, PCDH15和FAT3)。

2014年，Xu 等[11]通過(guò)牛SNP50芯片對(duì)26362頭荷斯坦牛的產(chǎn)奶性狀進(jìn)行了拷貝數(shù)變異分析，結(jié)果表明，在22條常染色體上發(fā)現(xiàn)了34個(gè)拷貝數(shù)變異，且這些變異至少與一個(gè)影響產(chǎn)奶量的基因密切相關(guān)。隨后，他們又進(jìn)一步的調(diào)查了CNV與鄰近的SNP的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)17個(gè)CNVs與tag SNPs重疊，40個(gè)CNVs與tag SNP臨近，從而得出了由CNV和SNP共同影響的與產(chǎn)奶量相關(guān)的基因比單獨(dú)由SNP或CNV所影響的基因變異頻率高這一結(jié)論。他們還利用SNP芯片檢測(cè)了8種牛的拷貝數(shù)變異，通過(guò)對(duì)種內(nèi)與種間地理特征的差異分析[12]，揭示了種群結(jié)構(gòu)與地理位置的強(qiáng)相關(guān)性。通過(guò)對(duì)歐洲黃牛，非洲黃牛和瘤牛這三個(gè)品種進(jìn)行兩兩比較，他們得到了78個(gè)高度區(qū)分的獨(dú)特拷貝數(shù)變異區(qū)，其中有一些變異是由自然選擇造成的。同時(shí)，他們檢測(cè)到了10個(gè)存在拷貝數(shù)變異區(qū)重疊的基因(CDH18, GDAP1l1, HIATL1, IGLL1, ITGB8, KCNIP3, LCT, NETO1和SHISA9)。前期的研究表明，這些基因與抗寄生蟲(chóng)，免疫應(yīng)答，體型，受精和產(chǎn)奶等生產(chǎn)性能相關(guān)。

2015 Gurgul等[13]通過(guò)牛SNP50芯片對(duì)859頭荷斯坦牛和301頭波蘭紅牛(Polish Red)的CNV進(jìn)行了檢測(cè)。在荷斯坦牛中，共發(fā)現(xiàn)了648個(gè)拷貝數(shù)變異，長(zhǎng)度為168.6Mb，這些拷貝數(shù)變異可以產(chǎn)生91個(gè)不重復(fù)的變異區(qū)。在波蘭紅牛中，共檢測(cè)到62個(gè)CNV，長(zhǎng)度為22.3Mb，占牛常染色體基因組0.89%，在這些變異區(qū)中，共涉及1192個(gè)基因。Ben等[14]通過(guò)牛SNP芯片研究了與荷斯坦奶牛的拷貝數(shù)變異區(qū)相關(guān)的7個(gè)重要的經(jīng)濟(jì)性狀：乳脂肪，乳蛋白，體細(xì)胞數(shù)，空懷期天數(shù)，體型，蹄角度和乳房深度。一些拷貝數(shù)變異區(qū)被證實(shí)存在于荷斯坦奶牛的種群中，通過(guò)對(duì)其中的部分拷貝數(shù)變異區(qū)進(jìn)行獨(dú)立驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)一些相對(duì)有利的等位基因的頻率在增加。Mekki Boussaha等[15]對(duì)牛基因的結(jié)構(gòu)變異做了大規(guī)模的調(diào)查，共檢測(cè)到547個(gè)缺失和410個(gè)串聯(lián)重復(fù)片段，這些區(qū)域都有可能產(chǎn)生拷貝數(shù)變異。通過(guò)一種新型的高通量基因分型技術(shù)，他們檢測(cè)到了331個(gè)結(jié)構(gòu)變異，其中255個(gè)(77%)產(chǎn)生了有利的基因型，191個(gè)(75%)被證實(shí)。

2016年，Zhou等[14]比較了1 682頭內(nèi)洛爾牛(Nellore)中的拷貝數(shù)變異。該研究比較了拷貝數(shù)區(qū)段在不同性別、種群中出現(xiàn)的頻率，發(fā)現(xiàn)了9個(gè)由于基因組組裝錯(cuò)誤引起的長(zhǎng)度為0.8Mbp拷貝數(shù)區(qū)段。在內(nèi)洛爾牛的基因組中檢測(cè)到了大量存在于chr5基因上長(zhǎng)度為54kb的缺失。在這些CNVs相關(guān)基因中，大多數(shù)與嗅覺(jué)和嗅覺(jué)受體活性，ATP結(jié)合盒和主要的組織相容性復(fù)合物相關(guān)。他們的研究表明，由于錯(cuò)誤判斷和血緣差異等因素的影響，可能存在拷貝數(shù)變異區(qū)的誤判，這對(duì)于提高未來(lái)對(duì)瘤牛和黃牛拷貝數(shù)研究的精確性有著很大的幫助。他們還利用?；蚪M的70000個(gè)SNP探針去檢測(cè)2230頭洛內(nèi)爾牛(Nellore)的基因組中共有的拷貝數(shù)變異區(qū)[15]，并且將檢測(cè)的拷貝數(shù)變異區(qū)間于9個(gè)生長(zhǎng)性狀進(jìn)行GWAS分析，發(fā)現(xiàn)在17個(gè)拷貝數(shù)變異區(qū)中，有3個(gè)對(duì)于所有的生長(zhǎng)性狀都非常重要，其中，KCNJ12基因?qū)ε５募∪獍l(fā)育起重要作用。

Bickhart等[16]對(duì)54頭黃牛和21頭瘤牛的的基因組進(jìn)行了測(cè)序，共發(fā)現(xiàn)1 853個(gè)CNVR變異區(qū)，共87.5Mb，占牛基因組總長(zhǎng)度的3.1%，其中121個(gè)CNV基因區(qū)既存在品種的特異性也存在種間的微小差異，例如奶牛品種中的RICTOR基因(與老年性骨質(zhì)疏松疾病有關(guān))和肉牛品種中的PNPLA3基因(與肝硬化疾病有關(guān))。相反的是PRP(prolactin-related protein)和PAG(pregnancy-associated glycoprotein)在所有被測(cè)序的黃牛和瘤牛中都發(fā)生了復(fù)制，以上結(jié)果證明了拷貝數(shù)變異的亞功能化，新功能化和超顯性等在一些與生殖相關(guān)的基因中起到了多元化的功能和作用。

2017年，Yang等[17]通過(guò)對(duì)6個(gè)種群的牛的拷貝數(shù)檢測(cè)，研究了CYP4A11基因?qū)τ谠鲩L(zhǎng)和基因表達(dá)的生物學(xué)效應(yīng)的影響。經(jīng)過(guò)關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)CYP4A11 CNV對(duì)于增長(zhǎng)性狀具有正向的影響，并且CYP4A11基因在體外的的過(guò)表達(dá)對(duì)于脂質(zhì)沉積有影響。此外，Sun[18]等通過(guò)全基因組重測(cè)序技術(shù)對(duì)8頭荷斯坦奶牛進(jìn)行了研究，其中有4頭來(lái)自全同胞家系，另外4頭來(lái)自半同胞家系。家系中乳蛋白和乳脂肪的估計(jì)育種值都極高或者極低，測(cè)序深度為8.2到11.9乘。他們共檢測(cè)到了14,821個(gè)CNVs,包括5025個(gè)重復(fù)和9796個(gè)缺失。在拷貝數(shù)變異區(qū)中，他們共發(fā)現(xiàn)了235個(gè)功能基因。這些基因大多數(shù)與蛋白質(zhì)，脂質(zhì)的代謝，胰島素的合成，催乳素信號(hào)通路，胰島素信號(hào)通路和AMPK信號(hào)通路有關(guān)。2017年，keel等[19]對(duì)154頭純種的公牛的拷貝數(shù)變異進(jìn)行了研究，這些公牛來(lái)源于美國(guó)最常見(jiàn)的7個(gè)肉牛品種：海福特牛，夏洛萊牛，安格斯牛，紅安格斯牛，西門塔爾牛，蓋普威牛和利木贊牛。他們測(cè)定了1 341個(gè)拷貝數(shù)變異區(qū)，占牛基因組的6.7%，共包含2 465個(gè)編碼蛋白的基因。Letaief等[20]利用全基因組測(cè)序?qū)?個(gè)法國(guó)肉牛和奶牛品種的200頭牛進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了4 178個(gè)可能的變異，其中，有1100個(gè)缺失和重復(fù)包含了1 803個(gè)對(duì)于分子功能有顯著影響的基因。GBP2基因具有調(diào)控細(xì)胞增殖的作用。2018年，Zhang等[21]對(duì)于?；蚪M中的GBP2基因的拷貝數(shù)變異做了進(jìn)一步的研究，他們發(fā)現(xiàn)GBP2基因的拷貝數(shù)變異與生長(zhǎng)性狀關(guān)系顯著。

3.2 綿羊拷貝數(shù)變異的研究進(jìn)展

2013年，Liu等[22]通過(guò)綿羊SNP50芯片分析了三個(gè)不同品種綿羊的基因組，檢測(cè)到了238個(gè)拷貝數(shù)變異區(qū)(長(zhǎng)度為60.35 Mb)，其中有219個(gè)缺失，13個(gè)插入，6個(gè)既有缺失又有插入。有75個(gè)拷貝數(shù)變異區(qū)出現(xiàn)的頻率大于3%。通過(guò)功能性研究發(fā)現(xiàn)，在拷貝數(shù)變異區(qū)內(nèi)的基因大多數(shù)都與環(huán)境應(yīng)答有關(guān)。2016年，Jenkins等[23]首次利用三種方法(SNP,aCGH,全基因組測(cè)序)對(duì)綿羊基因組的拷貝數(shù)變異進(jìn)行了綜合性的檢測(cè)，他們檢測(cè)到了3488個(gè)拷貝數(shù)變異區(qū)，約占綿羊基因組常染色體的2.7%。

中國(guó)綿羊根據(jù)尾巴的形態(tài)可分為三種類型，肥尾羊，肥臀羊和瘦尾羊。2016年，Zhu等[24]通過(guò)綿羊的高密度600kSNP微陣列檢測(cè)了三種中國(guó)本地羊(肥尾寒羊，阿爾泰羊和藏羊)的全基因組拷貝數(shù)變異，檢測(cè)到了490個(gè)拷貝數(shù)變異區(qū)，其中10個(gè)拷貝數(shù)變異區(qū)被隨機(jī)的選擇出來(lái)，8個(gè)被證明有效。7個(gè)與脂肪沉積相關(guān)的基因(PPRAR, RXRA, KLF11, ADD1, PDGFA, FASN, PPP1CA和PEX6)在肥尾寒羊的拷貝數(shù)變異區(qū)中被發(fā)現(xiàn)。5個(gè)與脂肪沉積有關(guān)的基因(PEX6,RXRA,FASN,PPP1CA和PDGFA)在阿爾泰羊的拷貝數(shù)變異區(qū)中被發(fā)現(xiàn)。在藏羊中，RXRA基因被發(fā)現(xiàn)與脂肪沉積有關(guān)，ALKBH5和NARFL基因被發(fā)現(xiàn)與適應(yīng)高海拔地區(qū)的環(huán)境相關(guān)。被檢測(cè)的拷貝數(shù)變異區(qū)中有3160個(gè)基因，通過(guò)多水平生物信息學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)它們可能參與了脂肪的沉積，GTP酶的調(diào)節(jié)以及多肽受體的合成。這是第一張對(duì)于這三種類型的中國(guó)本地羊的高分辨率CNV圖譜，為研究隱藏在羊基因組結(jié)構(gòu)變化中的經(jīng)濟(jì)效益提供了有價(jià)值的信息。

2017年，Yang等[25]人以分散在中國(guó)各地的綿羊作為主體，通過(guò)SNP微陣列檢測(cè)到了619個(gè)CNVR，約占綿羊基因組的6.9%。通過(guò)進(jìn)一步的研究，他們?cè)谝恍┲丿B的拷貝數(shù)變異區(qū)發(fā)現(xiàn)了一些影響胎兒肌肉生長(zhǎng)，前列腺素形成以及骨色的基因。Ma等[26]利用SNP微陣列對(duì)48頭中國(guó)灘羊進(jìn)行了研究，測(cè)定出1 296個(gè)拷貝數(shù)變異區(qū)，占綿羊基因組的4.7%。這些拷貝數(shù)變異區(qū)中包含了大量與脂肪代謝和GTP酶活性相關(guān)的基因。

3.3 山羊拷貝數(shù)變異的研究進(jìn)展

2010年，為了研究NR3C2基因的拷貝對(duì)于具體的適應(yīng)惡劣干燥的環(huán)境的性狀的影響，F(xiàn)ontanesi等[27]檢測(cè)了161個(gè)拷貝數(shù)變異，其中多數(shù)來(lái)自薩能奶山羊，少數(shù)來(lái)自三個(gè)當(dāng)?shù)氐纳窖蚱贩N。該研究發(fā)現(xiàn)了127個(gè)拷貝數(shù)變異區(qū)，其中包括86個(gè)缺失和41個(gè)插入，大小從24kb到1.07Mb不等，且這些變異區(qū)也存在于牛基因組中。這表明，有一些常染色體區(qū)有可能包含著在不同物種間重復(fù)出現(xiàn)的拷貝數(shù)變異區(qū)。同時(shí)他們發(fā)現(xiàn)山羊的拷貝數(shù)變異區(qū)可以導(dǎo)致特殊的環(huán)境適應(yīng)性功能，這對(duì)于理解變異和選擇進(jìn)程有著重要的作用。2011年，他們[28]通過(guò)aCGH芯片研究了意大利山羊的拷貝數(shù)變異。檢測(cè)了到127個(gè)拷貝數(shù)變異區(qū)，大小為11.47 Mb。通過(guò)對(duì)羊和?；蚪M拷貝數(shù)變異區(qū)的比較分析，發(fā)現(xiàn)有些染色體區(qū)域包含一些種間特異的拷貝數(shù)變異區(qū)，同時(shí)在山羊中過(guò)表達(dá)的一些與環(huán)境適應(yīng)相關(guān)的基因在其他的哺乳動(dòng)物中也被發(fā)現(xiàn)。

Dong等[29]通過(guò)對(duì)比野山羊(Capra aegagrus)和家山羊的基因組，在家養(yǎng)山羊中檢測(cè)到13個(gè)與皮毛顏色有關(guān)的發(fā)生了拷貝數(shù)變異的基因，其中AISP基因的拷貝數(shù)重復(fù)是導(dǎo)致了家養(yǎng)山羊的被毛顏色變淺的主要原因。鹽皮質(zhì)激素受體可以參與水鹽平衡的調(diào)節(jié)，這對(duì)于血壓和鉀穩(wěn)態(tài)有著重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)NR3C2基因可以編碼鹽皮質(zhì)激素受體。在人類中，這個(gè)基因的突變會(huì)導(dǎo)致常染色體顯性假性甲狀旁腺功能衰退癥。該基因還與早期的高血壓有關(guān)，但其過(guò)表達(dá)可以減少前腦的焦慮行為。

南非的波爾山羊有白色斑點(diǎn)的表形，其色素僅僅聚集頭上。2016年，為了探究波爾山羊種內(nèi)的毛色表型的變異，F(xiàn)iona等[30]通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析，在17號(hào)常染色體上找到了導(dǎo)致白色斑點(diǎn)表形的位點(diǎn)，并通過(guò)全基因組測(cè)序檢測(cè)出長(zhǎng)度為1Mb的拷貝數(shù)變異區(qū)域，該區(qū)域含有內(nèi)皮素1受體(Endothelin A receptor, EDNRA)等5個(gè)基因。通過(guò)對(duì)358頭波爾山羊的序列進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)EDNRA基因的c.385位置發(fā)生了一個(gè)A 到 G的錯(cuò)義突變，而且，這個(gè)突變所在的區(qū)域伴隨著1～3個(gè)拷貝數(shù)重復(fù)的變化。這項(xiàng)研究證明山羊的白色斑點(diǎn)與該區(qū)域的SNP和CNV重復(fù)次數(shù)有著一定的關(guān)系(棕色是野生型，沒(méi)有發(fā)生CNV和SNP的變化)。他們提出了一個(gè)假設(shè)：EDNRA的一個(gè)突變引起的異位超表達(dá)，清除了EDN3對(duì) EDNRB信號(hào)和正常的黑素細(xì)胞的發(fā)展的需要，引起波爾山羊由于身體的皮膚缺乏素黑素細(xì)胞，導(dǎo)致白色波爾山羊表型的出現(xiàn)。

4 應(yīng)用與展望

隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，分子育種近年來(lái)成為了研究者們研究的熱點(diǎn)。要尋找全基因組范圍內(nèi)的遺傳變異，分子遺傳標(biāo)記便顯得格外的重要。近些年來(lái)，SNP已成為了最被人們所重視的分子遺傳標(biāo)記?？茖W(xué)家們對(duì)于家畜基因組的SNP位點(diǎn)進(jìn)行了大量的研究，并發(fā)現(xiàn)了許多的位點(diǎn)，這些位點(diǎn)中有一些已經(jīng)被用于家畜育種的研究中。但是，SNP其本身的局限性限制了其作為分子遺傳標(biāo)記的進(jìn)一步發(fā)展。由于SNP是單一位點(diǎn)的變異，對(duì)于基因表達(dá)調(diào)控的影響并不是十分的顯著，科學(xué)家們所檢測(cè)到的數(shù)量眾多的SNPs中，也只有很少的一些屬于關(guān)鍵的基因變異，這便成為了 SNP作為分子遺傳標(biāo)記的瓶頸。

在這期間，主要表現(xiàn)為基因組大片段的缺失，插入，重組以及多位點(diǎn)的復(fù)雜變異的拷貝數(shù)變異逐漸走入了研究者們的視野。因其相對(duì)于SNP變異片段長(zhǎng)度更長(zhǎng) (50bp 到數(shù)Mb不等)，對(duì)于基因的調(diào)控和表達(dá)所造成的影響更為顯著，故可以作為新一代的分子遺傳標(biāo)記應(yīng)用于家養(yǎng)動(dòng)物的育種工作中。許多科學(xué)家的研究都表明了拷貝數(shù)變異可以引起家養(yǎng)動(dòng)物性狀的改變以及疾病的調(diào)控，對(duì)拷貝數(shù)變異的研究可以為深入研究基因變異與表型性狀的關(guān)系打下基礎(chǔ)，并揭示數(shù)量性狀如產(chǎn)奶量，乳脂肪，乳蛋白等與基因和分子機(jī)制的關(guān)系。利用與重要經(jīng)濟(jì)性狀相關(guān)的功能基因的拷貝數(shù)變異，通過(guò)構(gòu)建統(tǒng)計(jì)模型，把拷貝數(shù)變異整合到基因組的選擇中，可估計(jì)遺傳進(jìn)展，同時(shí)可以得到基因組結(jié)構(gòu)變異所隱藏的經(jīng)濟(jì)性狀的改變，從而為畜禽的育種提供有用的基因標(biāo)記資源。雖然目前對(duì)于拷貝數(shù)變異的檢測(cè)與研究仍處于起步階段，但隨著測(cè)序技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及拷貝數(shù)自身所具有的優(yōu)勢(shì)，CNV可以作為一種新的分子遺傳標(biāo)記應(yīng)用于家畜的重要經(jīng)濟(jì)性狀，動(dòng)物的遺傳育種以及疾病致病機(jī)理的研究。我們有理由相信，在未來(lái)拷貝數(shù)變異可以被更廣泛的應(yīng)用于畜禽遺傳育種工作中。