貴州地方豬種與其它豬種功能缺失相關(guān)基因的比較與分析

胡江 王嘉福 牛熙 李升 冉雪琴

摘要：地方豬種在長期的馴化和進(jìn)化過程中，由于遺傳變異導(dǎo)致其一些功能基因缺失，從而形成了地方豬種的差異性。本研究對(duì)重測序的54頭地方豬種進(jìn)行結(jié)構(gòu)變異的檢測，發(fā)現(xiàn)貴州地方豬種特有的結(jié)構(gòu)變異基因有36個(gè)，這些基因?qū)F州地方豬種的生長、繁殖、消化、能量代謝等功能造成了一定的缺失;歐洲豬種特有的結(jié)構(gòu)變異基因有10個(gè)，這些基因?qū)W洲豬種的能量代謝、免疫能力、肉質(zhì)的嫩度等方面的功能造成缺失;中國地方豬種特有功能缺失的結(jié)構(gòu)變異基因有14個(gè)，這些基因?qū)χ袊胤截i種的味覺、免疫、生長發(fā)育等方面的功能造成缺失。通過上述研究為地方豬種的差異性基因挖掘與探討提供了一定的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：地方豬種;結(jié)構(gòu)變異;功能缺失;重測序

中圖分類號(hào)：S828

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-0457（2019）06-00064-07國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2019.06.012

Comparison of Releated Genes to Funtional Loss between Guizhou Local Pig Breeds and Other Pig Breeds

HU Jiang1，WANG Jia-fu1，3*，NIU Xi1，LI Sheng1，RAN Xue-qin2

（1College of Life Sciences and Institute of Agro-Bioengineering/ The Key Laboratory of Plant Resources Conservation and Germplasm Innovation in Mountainous Region （ Ministry of Education），Guizhou University，Guiyang，Guizhou 550025，China;2College of Animal Science，Guizhou University，Guiyang Guizhou 550025，China;3Tongren University，Tongren Guizhou 554300，China）

Abstract：：In the process of long-term training and evolution of local pig breeds，because of genetic variation some functions lost were resulted in certain genes，thus forming local difference in pig breedsIn this study，54 species of re-sequencing were tested for structural variationThe results showed that 36 unique structural variant genes in Guizhou local pig breeds were found，which cause the function loss of growth，reproduction，digestion and energy metabolismWhile in European pig breeds，10 unique structural variant genes were identified，which lack the functions of energy metabolism，immunity，and tenderness; However，there are 14 variant genes，which are deficient in the functions of taste，immunity，growth and development of Chinese local pig breedsIn short，the results provides a certain theoretical basis for excavating and discussing the differential genes of local pig breeds

Key words：local pig breeds; structural variation; loss of function; resequencing

豬是大約10000年前在近東和中國地區(qū)被人類最早馴化的動(dòng)物之一[1]，豬是一種十分重要的經(jīng)濟(jì)動(dòng)物，在消化系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、心臟、腎臟、等組織結(jié)構(gòu)上與人都非常相似[2]，我國在豬的生產(chǎn)養(yǎng)殖和豬肉消耗量上占據(jù)了全世界的一半[3]，我國在養(yǎng)殖豬這一產(chǎn)業(yè)上占據(jù)了舉足輕重的地位[4]，豬養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展與人類的生活質(zhì)量密切相關(guān)[5]，因此，豬種的品質(zhì)、肉質(zhì)、繁殖、疾病等方面的特質(zhì)表型成為了研究迫切解決的問題。到目前為止，不僅豬的參考基因組已被更新至111版本（Sscrofa111），而且豬基因組測序的質(zhì)量和豬種注釋的數(shù)據(jù)庫都有很大的改進(jìn)，這有利于從功能基因組學(xué)的層面對(duì)豬種進(jìn)行研究，同時(shí)也為豬的分子育種奠定了基礎(chǔ)[6]。

對(duì)物種來講，結(jié)構(gòu)變異（Structural variation，SV）會(huì)帶來巨大的影響，例如：結(jié)構(gòu)變異導(dǎo)致細(xì)胞癌變[7]，神經(jīng)表達(dá)基因的變異導(dǎo)致精神分裂[8];但某些結(jié)構(gòu)變異也會(huì)對(duì)物種適應(yīng)新的環(huán)境產(chǎn)生有利影響[9]，結(jié)構(gòu)變異的基因也可能是豬種進(jìn)化產(chǎn)生的一個(gè)分支點(diǎn)，與豬的進(jìn)化密切相關(guān)[10]。隨著高通量測序技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前已經(jīng)在動(dòng)物、植物上取得了重大進(jìn)展。

功能缺失是指在染色體上的基因由于發(fā)生突變而導(dǎo)致堿基序列的改變，發(fā)生了功能的改變或者喪失，β-肌動(dòng)蛋白基因（ACTB）的突變會(huì)導(dǎo)致人的智力障礙、皮質(zhì)畸形、神經(jīng)性耳聾[11]。骨髓免疫受體（TREM2）基因的變異會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)性疾病的產(chǎn)生，骨髓免疫受體如果缺失，導(dǎo)致其配體無法與之結(jié)合，從而導(dǎo)致阿茨海默癥疾病的發(fā)生[12]。胰島素樣生長因子2（IGF2）基因發(fā)生突變之后對(duì)IGF2的剪接受體有較大的影響，導(dǎo)致其功能發(fā)生了喪失[13]。

Keywords： Valeriana officinalis varlatifolia; soil water content; volatile oil

寬葉纈草Valeriana officinalis varlatifolia為敗醬科寬葉纈草屬下的一個(gè)變種，以根莖入藥，是貴州省民間常用藥材，也是貴州苗藥之一，具有清熱止瀉、寧心安神、理氣止痛、祛風(fēng)除濕的作用[1-2]。寬葉纈草有效成分主要是揮發(fā)油，從其根莖中提取的寬葉纈草揮發(fā)油含有萜烯類化合物，其中乙酸龍腦酯為主要成分，這些成分是寬葉纈草用于鎮(zhèn)靜安神、改善睡眠的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是寬葉纈草具有特殊香氣的特征性成分[3-5]。

水是生命之源，影響著植物的生長發(fā)育，對(duì)藥材的產(chǎn)量和品質(zhì)也起著至關(guān)重要的作用，特別是根莖類藥材，土壤含水量密切影響根莖類藥材生長和有效成分形成。寬葉纈草以根莖入藥，土壤含水量會(huì)影響寬葉纈草的產(chǎn)量和揮發(fā)油含量，也會(huì)影響其主要成分的積累。但目前國內(nèi)外對(duì)寬葉纈草的研究主要集中在化學(xué)成分及藥理方向[6-8]，在栽培上的研究較少，僅有一些對(duì)纈草栽培技術(shù)的介紹[9-10]，特別是土壤含水量對(duì)寬葉纈草生長的研究，幾乎沒有文獻(xiàn)報(bào)道。因此，本試驗(yàn)通過對(duì)寬葉纈草生長期不同含水量的控制，研究土壤含水量對(duì)寬葉纈草生長和揮發(fā)油含量的影響，旨在為寬葉纈草的栽培和管理提供理論依據(jù)。

1材料與方法

11試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)材料為寬葉纈草幼苗（由貴州苗藥生物技術(shù)有限公司提供），試驗(yàn)土壤為機(jī)質(zhì)土，土壤基本理化性質(zhì)見表1。試驗(yàn)在貴州大學(xué)試驗(yàn)地透明大棚內(nèi)進(jìn)行。

采用盆栽試驗(yàn)，盆高176 cm，外口直徑265 cm，內(nèi)口直徑23 cm，底部直徑157 cm，裝土深度14 cm。2019年1月27日，將同一等級(jí)（大小重量基本一致）的寬葉纈草種苗移栽至花盆，每個(gè)花盆種一株。2019年3月19日，寬葉纈草苗長齊時(shí)將花盆移至透明大棚開始控水，并開始不同水分供給，6月19日停止供水，處理90 d。試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)水分梯度：T1低含水量，土壤含水量為10%～15%，平均含水量125%;T2中含水量，土壤含水量為25%～30%，平均含水量275%;T3高含水量，土壤含水量50%～55%，平均含水量525%。每個(gè)處理8盆，重復(fù)5次，共計(jì)120盆。利用土壤水分測定儀測定土壤含水量，當(dāng)盆土含水量達(dá)到每個(gè)處理的最低值時(shí)即澆水，使水分穩(wěn)定在平均值水平。

12測定指標(biāo)

株高：每處理隨機(jī)各選10株，用直尺測定根頸部到植株頂部的長度。

葉長、葉寬：每處理隨機(jī)各選10片位置相同的葉片，用直尺測定其長度（從葉基到葉尖，不含葉柄）與寬度（葉片上與主脈垂直方向的最寬處）。

葉數(shù)、莖數(shù)：每處理隨機(jī)各選10株人工計(jì)數(shù)每株寬葉纈草的葉片數(shù)、莖數(shù)。

葉綠素：用SPAD葉綠素儀測定，每處理隨機(jī)各選10株，每株測3個(gè)點(diǎn)，取平均值。

揮發(fā)油含量：參照《中國藥典》2015版（Ⅰ部）揮發(fā)油測定方法測定。

13數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016、DPS 705和SPSS 190等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2結(jié)果與分析

21土壤含水量對(duì)寬葉纈草存活率的影響

通過觀測發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過控水90 d后，各處理的寬葉纈草存活率為T1 30%，T2、T3 均為100%。當(dāng)土壤含水量達(dá)到25%時(shí)，植株沒有出現(xiàn)死亡現(xiàn)象;但土壤含水量為10%～15%時(shí)，植株出現(xiàn)了不同程度的死亡，在控水10 d的時(shí)候就出現(xiàn)了輕度葉片萎蔫，控水30 d出現(xiàn)了葉片發(fā)黃，控水60 d出現(xiàn)地上部枯死，控水90 d土壤低含水量寬葉纈草基本死亡，且地下部也出現(xiàn)了干枯。這表明，當(dāng)土壤含水量低于15%時(shí)，對(duì)寬葉纈草的生長已經(jīng)造成了干旱脅迫，導(dǎo)致部分植株干枯死亡，且隨著干旱時(shí)間的增加，死亡率也隨之增加。

22土壤含水量對(duì)寬葉纈草株高的影響

從圖1可知，寬葉纈草的株高為T3>T2>T1，T1處理與其他兩個(gè)處理差異較大，在控水30 d后，株高基本不再增加，平均株高5586 cm;T2、T3兩個(gè)處理株高變化相似，在控水40 d時(shí)株高基本不再增加，T2平均株高9383 cm，T3平均株高10292 cm。

23土壤含水量對(duì)寬葉纈草葉長和葉寬的影響

從圖2、圖3可知，葉長、葉寬變化趨勢相似，均為T3>T2>T1?？厮?0 d，3個(gè)處理差異不大;控水30 d后，T1處理葉長、葉寬有略微下降的趨勢（由于水分虧缺，葉片出現(xiàn)萎蔫干枯所致）。T2、T3處理，控水30 d后葉長和葉寬繼續(xù)增加，控水60 d后葉長、葉寬基本保持不變。當(dāng)土壤含水量處于T1水平時(shí)，葉長、葉寬明顯低于T2、T3水平，說明葉長、葉寬隨著土壤含水量的降低而降低，進(jìn)而影響植物光合作用，限制了植株生長。

24土壤含水量對(duì)寬葉纈草葉片數(shù)和莖數(shù)的影響

從圖4、圖5可知，葉片數(shù)、莖數(shù)變化基本一致，均為T2≥T3>T1?？厮?0 d，3個(gè)處理差異不大;控水30 d后，T1處理基本保持不變，葉片數(shù)和莖數(shù)都不再增加;T2、T3處理，葉片數(shù)和莖數(shù)繼續(xù)增加，變化趨勢相似，沒有明顯的差異。

25土壤含水量對(duì)寬葉纈草葉綠素的影響

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，通過葉綠素含量的測定，可以了解水分脅迫對(duì)葉綠素含量的影響規(guī)律[12]。從圖6可知，3個(gè)處理葉綠素含量變化趨勢相似，都呈先升后降再升最后逐漸降低的趨勢?？厮?0 d，植株處于營養(yǎng)生長較快速階段，葉綠素含量不斷增加;控水40 d時(shí)，植株正處于盛花期，葉片生長緩慢，導(dǎo)致葉綠素含量下降，盛花期結(jié)束，葉片繼續(xù)生長，葉綠素含量升高，最后植物不斷衰老，葉綠素含量不斷降低;控水90 d時(shí)，3個(gè)處理表現(xiàn)出含量差異，T2>T3>T1，說明土壤低含水量會(huì)加快植株衰老，水分虧缺會(huì)導(dǎo)致葉綠素含量減少。

26土壤含水量對(duì)寬葉纈草生物量及揮發(fā)油含量的影響

從表2可知，土壤含水量對(duì)寬葉纈草生物量影響的差異達(dá)顯著（P>005）或極顯著水平（P<001）。隨著土壤含水量的增加，寬葉纈草的單株重、根重、根數(shù)都呈逐漸上升的狀態(tài)，且各處理間的單株重及根重差異都達(dá)到了極顯著水平，T3>T2>T1。T1處理的單株根重僅為8250 g，原因有兩點(diǎn)：一是控水前期水分虧缺限制了根系生長;二是控水后期水分過度虧缺，致使根系開始干枯。T1與T2、T3處理間的根冠比、根長、根粗差異達(dá)極顯著水平，但T2和T3處理無顯著差異，且出現(xiàn)根冠比T2>T3，根粗T2>T3的現(xiàn)象，但兩者數(shù)值比較接近，說明土壤含水量達(dá)到25%以后，含水量增加對(duì)寬葉纈草根冠比、根長、根粗影響不大。土壤含水量對(duì)寬葉纈草揮發(fā)油含量的影響為T3>T2>T1，與對(duì)生物量的影響一致，但各處理間差異不大，只有T1與T3 處理間的差異達(dá)顯著水平，說明干旱會(huì)導(dǎo)致寬葉纈草揮發(fā)油含量減少。

3結(jié)論與討論

本試驗(yàn)中，寬葉纈草在農(nóng)藝性狀、生物量上受土壤含水量的影響變化基本上一致，均為土壤高含水量優(yōu)于低含水量。當(dāng)土壤含水量處于T1（10%～15%）水平時(shí)，嚴(yán)重影響寬葉纈草生長，導(dǎo)致其產(chǎn)量降低甚至是死亡;但當(dāng)土壤含水量達(dá)到T2 （25%～30%）、T3（50%～55%）水平時(shí)，對(duì)農(nóng)藝性狀影響不大，說明寬葉纈草是喜水植物，高含水量不會(huì)影響其營養(yǎng)生長，這與大多數(shù)人的研究結(jié)果相似;土壤低含水量時(shí)，寬葉纈草株高生長提前結(jié)束，且高度比含水量充足時(shí)低1倍，說明土壤水分虧缺，影響了寬葉纈草的正常生長，且土壤水分越少抑制作用越明顯。

土壤含水量與植物有效成分的形成積累密切相關(guān)，土壤含水量較少或過多時(shí)，藥材品質(zhì)和藥效成分都會(huì)降低，而在土壤含水量適宜的情況下能生產(chǎn)出藥材品質(zhì)和藥效成分都較優(yōu)的藥材[11]。顧永華[12]研究發(fā)現(xiàn)，不同時(shí)期土壤含水量對(duì)茅蒼術(shù)有效成分的影響不同：營養(yǎng)生長期，干旱導(dǎo)致?lián)]發(fā)油含量下降，而澇漬使揮發(fā)油含量提高;生殖生長期，輕度干旱及澇漬均導(dǎo)致根莖揮發(fā)油含量下降;果后期，重度干旱導(dǎo)致根莖揮發(fā)油含量下降，但澇漬促進(jìn)了揮發(fā)油的積累。這與本研究的結(jié)果是一致的：不同土壤含水量下，在采收期時(shí)寬葉纈草揮發(fā)油提取率的變化和生物量的變化相同，均是T3>T2>T1，說明高含水量有利于寬葉纈草揮發(fā)油的積累，干旱條件會(huì)使揮發(fā)油含量降低。

本試驗(yàn)通過土壤不同含水量對(duì)寬葉纈草生長的影響研究，篩選出利于寬葉纈草生長的較適土壤含水量是50%～55%。在種植寬葉纈草時(shí)，應(yīng)多澆水，但不能造成田間積水。由于寬葉纈草是根莖類藥材，淹水會(huì)導(dǎo)致根系積累有害物質(zhì)甚至根系腐爛，所以本試驗(yàn)沒有設(shè)置淹水處理，淹水條件對(duì)纈草生長的影響有待進(jìn)一步探究。

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