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基于混合样本（pooling）的群体遗传分析，其本质是利用重测序方式获得某物种各个亚种（或品系）群体混合样本的 SNP 变异信息，通过 SNP 可以分析各个亚种（品系）间的遗传进化关系。更重要的是，还可以搜索各个群体中受选择压力影响区域，定位潜在的受选择基因，从而在分子水平解释群体的适应性问题。在样本数量很大的情况下，混合样本策略会有更高性价比。 |
应用领域
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（1）物种在不同生存条件下的自然选择机制研究；
（2）野生种、 驯化种以及改良种的人工选择机制研究；
（3）其他关心的物种在不同环境下的选择压力情况。
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分析内容
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样品要求/项目周期
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参考文献
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[1] Witt K E, Huertasanchez E. Convergent evolution in human and domesticate adaptation to high-altitude environments.[J]. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 2019, 374(1777).
[2] Hu X, Yang J, Xie X, et al. The Genome Landscape of Tibetan Sheep Reveals Adaptive Introgression from Argali and the History of Early Human Settlements on the Qinghai-Tibetan Plateau.[J]. Molecular Biology and Evolution, 2019, 36(2): 283-303.
[3] Henkel J, Saif R, Jagannathan V, et al. Selection signatures in goats reveal copy number variants underlying breed-defining coat color phenotypes[J]. PLOS Genetics, 2019, 15(12).
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Q1: 群体进化分析，需要选择简化基因组测序还是全基因组重测序？ A：考虑到自然群体极快的LD衰减距离， 简化基因组的覆盖度显得有所不足，全基因组重测序是趋势。推荐样本的全基因组重测序深度要大于基因组的10x。
Q2: 群体遗传进化中群体选择的原则是什么？是不是性状间存在差异的群体就可以做选择压力分析？ A：需选择生存环境和性状均存在差异的群体进行分析，同一亚群内的个体需要选择有一定代表性的。如研究驯化机制，则需要选取野生种、驯化种材料；如研究适应性进化，则需要选取不同地理环境，例如不同海拔高度的样本或者选择南方品种、北方品种；如研究种群历史，需要在物种的可能起源地以及各个分布区域选择材料。
Q3: 作图群体构建图谱时，子代该如何选择？ A：群体较大时，选取部分材料作图： a) 个体编号，随机选择，不考虑表型，群体大小建议150以上； b) 所有个体考察表型，统计性状分布情况，根据数据段按比例选择。 c) 当有多个性状要定位时，只能考虑最关心的性状，其他性状随机。 群体越大、捕获的重组事件越多，定位越好。
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八个不同群体山羊的生产和适应性选择压力研究
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合作单位：西北农林科技大学 发表期刊：Scientific Reports 影响因子IF：5.228 |
研究背景
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山羊作为其中一个最好被驯化的物种，因为长期受人类和自然环境的影响，有着高度的性状多样性。据记载，全球共有557个山羊品种，它们为人类提供重要的农副产品（羊奶、羊毛和肉类等），因此利用基因组重测序方法全面了解山羊的人工和自然受选择情况，对山羊的畜牧业生产与发展有着重要的经济意义。 样本处理： 取不同地区的8个山羊（Capra hircus）群体（图1），每个群体至少20个个体。DNA混池后进行重测序，平均测序深度为9-13X。 |
图1 样本研究中的8个山羊品种 |
研究结果
变异数据挖掘
| 测序总共获得203Gb数据，平均每个群体检测到800-900万个SNP，其中74%-88%的SNP都是杂合体。在各群体中，陕北绒山羊（Shaanbei Cashmere）和贵州小山羊（Guizhou Small）的SNP杂合度最高，表示它们正处于高度选择当中。在所有SNP中，只有约0.5%位于编码区域，其中同义突变比非同义突变的比例高。 |
受选择压力区域分析
| 联合Hp（Pooled Heterozygozity）和di两种选择压力分析方法，对山羊的相关受选择压力位点（ZHp≤ − 4 & di > top 1%）进行筛选和分析。 |
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图2 太行黑山羊的毛色受选择情况 |
1.毛色分析 太行黑山羊（Taihang Black）的基因组杂合率分析发现22个潜在受选择区域，其中包括常见的与毛色相关的基因ASIP，MC1R，MITF以及KITLG。同时，利用di分析太行黑山羊与其他群体的群体间分化程度，发现54个受选择区域和多个潜在受选择基因。两种分析共有6个重叠潜在区域，区域中ASIP，KITLG，MSANTD1，HTT，GNA11和DST等与毛色相关基因都受到高度选择（图2）。 |
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2.体型分析 贵州小山羊（Guizhou Small）体型较小，利用此群体进行ZHp分析，发现49个受选择区域，其中包括FOSL2，DGCR8，MTOR和TBX15等常见基因。同时利用di分析，发现56个受选择区域，但只有TBX15，DGCR8，CDC25A和RDH16等功能基因与Hp分析有重叠（图3）。 |
图3 贵州小山羊的体型受选择情况 |
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图4 内蒙古绒山羊的绒毛受选择情况 |
3.羊绒性状 內蒙古绒山羊（Inner Mongolian Cashmere）是重要的羊绒生产品种，如何培养出质量好的产羊绒品种一直都是育种的重点。利用ZHp和di分析分别在内蒙古绒山羊中发现40和37个与绒毛产生相关的基因。其中两种分析共有的区域有5个，包括LHX2，FGF9，WNT2，MC1R和FGF5等基因。
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4.高原适应性 藏山羊（Tibetan goat）是西藏的重要山羊品种。在受选择压力分析中，共有49个受选择区域被ZHp分析发现，53个区域被di分析发现。两种分析都发现的共有区域有7个，包括CDK2，SOCS2，NOXA1，ENPEP，KITLG和FGF5等与高原生活相关的重要基因（图5）。 |
图5 藏山羊的高原受选择情况 |
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小结：平常我们所遇到的大多数混池选择压力分析都是两个群体的比较，因此在分析手段上多用Hp和Fst两种方法的结合。本文的精彩之处在于，在多群体比较的基础上，打破习惯的分析思维，利用全新的di分析方法，能够更准确地分析多群体之间的遗传分化距离。 |
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参考文献 Wang, Xiaolong, et al. "Whole-genome sequencing of eight goat populations for the detection of selection signatures underlying production and adaptive traits." Scientific Reports 6 (2016): 38932. |
