《Mammalian Genome》：Candidate genes related to growth and milk production in three Anatolian goats revealed by GWAS
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本研究通过ddRADseq技术对481只土耳其本地山羊（Hair、Honaml?和Kabakulak）进行全基因组关联分析，鉴定出138个与初生重、90日龄活重及泌乳期产奶量显著相关的SNP，并注释到113个蛋白编码基因。研究发现不同品种间候选基因存在显著差异，其中Kabakulak山羊在90日龄活重性状中呈现最丰富的遗传信号。该研究为安纳托利亚山羊的分子选育提供了首个全基因组层面的理论依据。
在土耳其绵延的托罗斯山脉地区，山羊养殖是当地农牧民的重要生计来源。Hair（HAI）、Honaml?（HNM）和Kabakulak（KBK）作为安纳托利亚半岛的三种本土山羊品种，在适应恶劣环境和利用低质量牧场方面表现出独特优势。然而，与全球范围内经过系统选育的肉用、乳用或兼用型山羊品种相比，这些本土品种在生长速度和产奶性能方面仍有较大提升空间。更关键的是，由于缺乏全面的基因组学研究，这些品种的重要经济性状遗传基础至今尚未明确，制约了高效育种策略的制定。
传统育种方法依赖表型记录和系谱信息进行遗传评估，但对于低遗传力的数量性状，其进展往往缓慢且成本高昂。随着基因组学技术的发展，全基因组关联研究（GWAS）已成为解析复杂性状遗传架构的强大工具。尽管已有研究利用PCR为基础的分子标记技术监测了这些山羊品种的多态性，但基于高通量测序技术的全基因组水平研究仍然缺乏。
为填补这一空白，研究人员开展了首项针对三种安纳托利亚山羊生长和产乳性状的全基因组关联分析。该研究团队从土耳其农业部“农户条件下育种”项目的羊群中，精心选择了481只无亲缘关系且表型特征明显的动物作为研究对象，包括HAI（200只）、HNM（184只）和KBK（192只）。所有样本均采集自安塔利亚省的埃尔马勒、科尔库特利和卡什地区，这些地区是托罗斯山脉山羊养殖的核心区域。
表型数据收集涵盖了初生重（BW）、90日龄活重（90-LW）和泌乳期产奶量（LMY）。值得注意的是，为减少年龄相关效应并获得更准确的LMY估计值，研究只纳入了处于第三次泌乳期的动物，因为此前研究表明基利斯山羊在第三次泌乳期产奶量最高，此时乳房形态已达到功能稳定期。产奶量记录在泌乳期五个不同时间点进行，并采用国际动物记录委员会推荐的梯形II法计算每只动物的LMY。
基因分型方面，研究采用双酶切限制性位点关联DNA测序（ddRADseq）技术，制备了12个基因组文库（每个包含48个样本），通过Illumina HiSeq X Ten平台进行双端测序（2×150 bp）。经过严格质控，最终获得309,342个高质量双等位基因单核苷酸多态性（SNP）用于后续分析。
技术方法上，研究人员主要运用了ddRADseq进行基因组简化表征测序，利用BCFTools进行SNP检测，并采用PLINK进行标准过滤（次要等位基因频率>0.05、基因型缺失率<0.1、个体缺失率<0.1、哈迪-温伯格平衡P值>1×10-6）。GWAS分析使用GEMMA软件拟合线性混合模型，以品种、出生年份、母亲年龄和性别为固定效应，基于基因组关系矩阵控制个体间亲缘关系。显著性SNP通过错误发现率（FDR）校正进行筛选，并对显著SNP进行基因注释（基于山羊参考基因组ARS1.2），定义基因为SNP位置±500 kb范围内的蛋白编码基因。
GWAS分析揭示品种特异性遗传结构
曼哈顿图和Q-Q图显示，三种山羊品种在生长和产乳性状上存在显著遗传差异。全基因组范围内，共检测到138个超过建议显著性阈值的异常SNP（HNM 20个、HAI 47个、KBK 71个），其中12个SNP满足Benjamini-Hochberg的FDR标准，表明这些重叠的蛋白编码基因直接影响目标表型性状。
品种特异性候选基因鉴定
在HAI山羊中，16个与BW相关的SNP重叠或邻近15个蛋白编码基因，包括PLCXD2、OSBPL11、LLP等。19个与90-LW相关的SNP中，4个位于NAMPT、RNFT2、ACACA和AIFM2基因内，其余位于12个基因附近。4个与LMY相关的SNP涉及MAP7、KCNK10等基因。
HNM山羊中，12个SNP与BW相关，其中5个直接重叠DIAPH3、REN、GUCY1A3等基因。4个与90-LW相关的SNP中，1个位于APBA1基因内。4个与LMY相关的SNP中，2个重叠GTSE1和SPATA17基因。
KBK山羊显示出最丰富的遗传信号，23个与BW相关的SNP重叠12个基因（如ADGRG7、STRA8、FOXN3等）。44个与90-LW相关的SNP重叠18个基因（如IGSF21、DPYD、KCND3等）。4个与LMY相关的SNP中，2个重叠COL6A3和WDR1基因。
基因组显著性与功能验证
经FDR校正后，12个SNP达到全基因组显著性水平。在HNM山羊中，染色体23上12,380,234位置的SNP（重叠ID4基因）和染色体2上75,366,873位置的SNP（重叠CXCR4基因）分别与BW和LMY显著相关。在HAI和KBK山羊中，8个基因与90-LW相关：HAI中的MFSD1、CHMP4C和MAP1B；KBK中的IGSF21、RALY、ZNF507、SLC38A10和PGBD5。
候选基因的功能意义
这些候选基因在生长和泌乳生物学中扮演关键角色。例如，在HNM山羊中鉴定的ID4基因编码一种多功能ID蛋白，在胚胎发育期间几乎所有细胞中广泛表达，调节细胞增殖和分化。而CXCR4基因在乳腺组织中表达，通过调节先天免疫反应影响乳汁品质。在KBK山羊中发现的COL6A3基因编码VI型胶原α3链，对维持乳腺结构完整性至关重要，间接影响上皮细胞分化和泌乳能力。
研究还发现，一些基因如PRKG1（编码cGMP依赖性蛋白激酶）虽未直接与研究性状相关，但已报道与奶牛泌乳性状、猪肌内脂肪酸组成和牛抗蜱能力等多种经济性状相关，表明其多效性作用。
讨论与结论
本研究首次在基因组水平揭示了安纳托利亚山羊生长和产乳性状的遗传基础。结果表明，尽管KBK被归类为HAI的一个亚种，但在遗传上已呈现显著分化，特别是在90-LW性状上拥有更丰富的候选基因。这种分化可能源于长期地理隔离和适应局部环境的选择压力。
表型数据分析进一步支持了这一发现：KBK山羊虽然初生重（3.6 kg）略低于HNM山羊（3.7 kg），但90日龄时体重（18.7 kg）反超HNM（17.5 kg），表现出更优异的生长潜力。这种生长模式差异可能与鉴定的候选基因密切相关。
研究还发现，不同品种间缺乏共享的显著基因，表明针对每个品种制定特异性选育方案的必要性。例如，HNM山羊中鉴定出的ID4和CXCR4基因分别与BW和LMY直接相关，而KBK山羊在90-LW性状上拥有最丰富的遗传信号。
这些发现对安纳托利亚山羊的遗传改良具有重要实践意义。育种者可利用这些信息设计标记辅助选择策略，加速遗传进展。例如，针对KBK山羊90-LW性状的候选基因（如IGSF21、RALY等）可开发特异性标记，用于早期选种。
然而，研究也存在一定局限性，如每品种样本量相对较小、群体内性别比例不平衡、缺乏其他表型记录（如繁殖力和抗病性）以及未能验证显著基因的表达变化。特别是HNM品种中鉴定出的ID4和CXCR4基因，需进一步研究其表达水平与表型间的关系。
未来研究应扩大样本规模，整合多组学数据，并验证已识别候选基因的功能。此外，探索这些基因与抗逆性、繁殖效率等性状的潜在关联，将有助于制定更全面的育种策略。
综上所述，本研究通过GWAS分析揭示了三种安纳托利亚山羊生长和产乳性状的遗传基础，为这些珍贵遗传资源的可持续利用和科学保护提供了重要基因组学依据。研究成果发表于《哺乳动物基因组》杂志，为本土山羊品种的基因组选择育种奠定了坚实基础。
