Fan, Bin;Du, Zhi-Qiang;Gorbach, Danielle M.;Rothschild, Max F.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제23권7호
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pp.833-847
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2010
In the past decade, there have been many advances in whole-genome sequencing in domestic animals, as well as the development of "next-generation" sequencing technologies and high-throughput genotyping platforms. Consequently, these advances have led to the creation of the high-density SNP array as a state-of-the-art tool for genetics and genomics analyses of domestic animals. The emergence and utilization of SNP arrays will have significant impacts not only on the scale, speed, and expense of SNP genotyping, but also on theoretical and applied studies of quantitative genetics, population genetics and molecular evolution. The most promising applications in agriculture could be genome-wide association studies (GWAS) and genomic selection for the improvement of economically important traits. However, some challenges still face these applications, such as incorporating linkage disequilibrium (LD) information from HapMap projects, data storage, and especially appropriate statistical analyses on the high-dimensional, structured genomics data. More efforts are still needed to make better use of the high-density SNP arrays in both academic studies and industrial applications.
개(Canis lupus familiaris)는 인간의 소외 현상을 개선하고, 공동체 생활 의식 향상에 기여하는 반 려동물이다. 반려견 품종을 명확히 관리하는 것은 유전병을 감소시키거나, 형질 개량, 종 다양성 유지 등을 위해 중요하다. 본 연구에서는 고밀도 SNP 칩 유전자형 데이터와 기계학습 기술을 이용하여, 유 전자형 데이터에 기반한 품종 식별이 가능한지, 가능하다면 최소 몇 개의 유전마커로 품종 식별을 유 의하게 수행할 수 있는지 확인하기 위하여, 반려견 11 품종 226두의 23K SNP 칩 데이터를 분석하였 다. 9종의 기계학습 다중범주 분류 알고리즘과 2종의 특징 선택 방법의 성능을 비교하여, 선형 서포트 벡터 머신 분류기와 주성분 분석 특징 기여도를 이용한 특징 선택 방법을 이용했을 때, 11종의 반려견 품종을 90% 이상 정확도로 식별하였으며, 이 때 40개의 유전마커가 필요함을 확인하였다. 최종 선발 된 40개의 반려견 품종 식별 유전마커는 타 질병 예측 마커와 결합하여 유전자 검사 키트로 제작될 수 있으며, 반려견 품종 관리 및 질병 관리 기술로 유용하게 활용될 수 있을 것이다.
Genetic analysis has great potential as a tool to differentiate between different species and breeds of livestock. In this study, the optimal combinations of single nucleotide polymorphism (SNP) markers for discriminating the Yeonsan Ogye chicken (Gallus gallus domesticus) breed were identified using high-density 600K SNP array data. In 3,904 individuals from 198 chicken breeds, SNP markers specific to the target population were discovered through a case-control genome-wide association study (GWAS) and filtered out based on the linkage disequilibrium blocks. Significant SNP markers were selected by feature selection applying two machine learning algorithms: Random Forest (RF) and AdaBoost (AB). Using a machine learning approach, the 38 (RF) and 43 (AB) optimal SNP marker combinations for the Yeonsan Ogye chicken population demonstrated 100% accuracy. Hence, the GWAS and machine learning models used in this study can be efficiently utilized to identify the optimal combination of markers for discriminating target populations using multiple SNP markers.
Background: As the number of households raising companion dogs increases, the pet genetic analysis market also continues to grow. However, most studies have focused on specific purposes or native breeds. This study aimed to collect genomic data through single nucleotide polymorphism (SNP) chip analysis of companion dogs in South Korea and perform genetic diversity analysis and SNP annotation. Methods: We collected samples from 95 dogs belonging to 26 breeds, including mixed breeds, in South Korea. The SNP genotypes were obtained for each sample using an AxiomTM Canine HD Array. Quality control (QC) was performed to enhance the accuracy of the analysis. A genetic diversity analysis was performed for each SNP. Results: QC initially selected SNPs, and after excluding non-diverse ones, 621,672 SNPs were identified. Genetic diversity analysis revealed minor allele frequencies, polymorphism information content, expected heterozygosity, and observed heterozygosity values of 0.220, 0.244, 0.301, and 0.261, respectively. The SNP annotation indicated that most variations had an uncertain or minimal impact on gene function. However, approximately 16,000 non-synonymous SNPs (nsSNPs) have been found to significantly alter gene function or affect exons by changing translated amino acids. Conclusions: This study obtained data on SNP genetic diversity and functional SNPs in companion dogs raised in South Korea. The results suggest that establishing an SNP set for individual identification could enable a gene-based registration system. Furthermore, identifying and researching nsSNPs related to behavior and diseases could improve dog care and prevent abandonment.
Background: Scanning of the genome for selection signatures between breeds may play important role in understanding the underlie causes for observable phenotypic variations. The discovery of high density single nucleotide polymorphisms (SNPs) provide a useful starting point to perform genome-wide scan in pig populations in order to identify loci/candidate genes underlie phenotypic variation in pig breeds and facilitate genetic improvement programs. However, prior to this study genomic region under selection in commercially selected Berkshire and Korean native pig breeds has never been detected using high density SNP markers. To this end, we have genotyped 45 animals using Porcine SNP60 chip to detect selection signatures in the genome of the two breeds by using the $F_{ST}$ approach. Results: In the comparison of Berkshire and KNP breeds using the FDIST approach, a total of 1108 outlier loci (3.48%) were significantly different from zero at 99% confidence level with 870 of the outlier SNPs displaying high level of genetic differentiation ($F_{ST}{\geq}0.490$). The identified candidate genes were involved in a wide array of biological processes and molecular functions. Results revealed that 19 candidate genes were enriched in phosphate metabolism (GO: 0006796; ADCK1, ACYP1, CAMK2D, CDK13, CDK13, ERN1, GALK2, INPP1; MAK, MAP2K5, MAP3K1, MAPK14, P14KB, PIK3C3, PRKC1, PTPRK, RNASEL, THBS1, BRAF, VRK1). We have identified a set of candidate genes under selection and have known to be involved in growth, size and pork quality (CART, AGL, CF7L2, MAP2K5, DLK1, GLI3, CA3 and MC3R), ear morphology and size (HMGA2 and SOX5) stress response (ATF2, MSRB3, TMTC3 and SCAF8) and immune response (HCST and RYR1). Conclusions: Some of the genes may be used to facilitate genetic improvement programs. Our results also provide insights for better understanding of the process and influence of breed development on the pattern of genetic variations.
Objective: Internal organs indirectly affect economic performance and well-being of animals. Study of internal organs during later layer period will allow full utilization of layer hens. Hence, we conducted a genome-wide association study (GWAS) to identify potential quantitative trait loci or genes that potentially contribute to internal organ weight. Methods: A total of 1,512 chickens originating from White Leghorn and Dongxiang Blue-Shelled chickens were genotyped using high-density Affymetrix 600 K single nucleotide polymorphism (SNP) array. We conducted a GWAS, linkage disequilibrium analysis, and heritability estimated based on SNP information by using GEMMA, Haploview and GCTA software. Results: Our results displayed that internal organ weights show moderate to high (0.283 to 0.640) heritability. Variance partitioned across chromosomes and chromosome lengths had a linear relationship for liver weight and gizzard weight ($R^2=0.493$, 0.753). A total of 23 highly significant SNPs that associated with all internal organ weights were mainly located on Gallus gallus autosome (GGA) 1 and GGA4. Six SNPs on GGA2 affected heart weight. After the final analysis, five top SNPs were in or near genes 5-Hydroxytryptamine receptor 2A, general transcription factor IIF polypeptide 2, WD repeat and FYVE domain containing 2, non-SMC condensin I complex subunit G, and sonic hedgehog, which were considered as candidate genes having a pervasive role in internal organ weights. Conclusion: Our findings provide an understanding of the underlying genetic architecture of internal organs and are beneficial in the selection of chickens.
Kim, Seungchang;Cheong, Hyun Sub;Shin, Hyoung Doo;Lee, Sung-Soo;Roh, Hee-Jong;Jeon, Da-Yeon;Cho, Chang-Yeon
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제31권11호
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pp.1691-1699
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2018
Objective: In Korea, there are three main cattle breeds, which are distinguished by coat color: Brown Hanwoo (BH), Brindle Hanwoo (BRH), and Jeju Black (JB). In this study, we sought to compare the genetic diversity and divergence among there Korean cattle breeds using a BovineHD chip genotyping array. Methods: Sample data were collected from 168 cattle in three populations of BH (48 cattle), BRH (96 cattle), and JB (24 cattle). The single-nucleotide polymorphism (SNP) genotyping was performed using the Illumina BovineHD SNP 777K Bead chip. Results: Heterozygosity, used as a measure of within-breed genetic diversity, was higher in BH (0.293) and BRH (0.296) than in JB (0.266). Linkage disequilibrium decay was more rapid in BH and BRH than in JB, reaching an average $r^2$ value of 0.2 before 26 kb in BH and BRH, whereas the corresponding value was reached before 32 kb in JB. Intra-population, interpopulation, and Fst analyses were used to identify candidate signatures of positive selection in the genome of a domestic Korean cattle population and 48, 11, and 11 loci were detected in the genomic region of the BRH breed, respectively. A Neighbor-Joining phylogenetic tree showed two main groups: a group comprising BH and BRH on one side and a group containing JB on the other. The runs of homozygosity analysis between Korean breeds indicated that the BRH and JB breeds have high inbreeding within breeds compared with BH. An analysis of differentiation based on a high-density SNP chip showed differences between Korean cattle breeds and the closeness of breeds corresponding to the geographic regions where they are evolving. Conclusion: Our results indicate that although the Korean cattle breeds have common features, they also show reliable breed diversity.
Objective: Copy number variations (CNVs) are a major source of genetic diversity complementary to single nucleotide polymorphism (SNP) in animals. The aim of the study was to perform a comprehensive genomic analysis of CNVs based on high density whole-genome SNP markers in Chinese Dongxiang spotted pigs. Methods: We used customized Affymetrix Axiom Pig1.4M array plates containing 1.4 million SNPs and the PennCNV algorithm to identify porcine CNVs on autosomes in Chinese Dongxiang spotted pigs. Then, the next generation sequence data was used to confirm the detected CNVs. Next, functional analysis was performed for gene contents in copy number variation regions (CNVRs). In addition, we compared the identified CNVRs with those reported ones and quantitative trait loci (QTL) in the pig QTL database. Results: We identified 871 putative CNVs belonging to 2,221 CNVRs on 17 autosomes. We further discarded CNVRs that were detected only in one individual, leaving us 166 CNVRs in total. The 166 CNVRs ranged from 2.89 kb to 617.53 kb with a mean value of 93.65 kb and a genome coverage of 15.55 Mb, corresponding to 0.58% of the pig genome. A total of 119 (71.69%) of the identified CNVRs were confirmed by next generation sequence data. Moreover, functional annotation showed that these CNVRs are involved in a variety of molecular functions. More than half (56.63%) of the CNVRs (n = 94) have been reported in previous studies, while 72 CNVRs are reported for the first time. In addition, 162 (97.59%) CNVRs were found to overlap with 2,765 previously reported QTLs affecting 378 phenotypic traits. Conclusion: The findings improve the catalog of pig CNVs and provide insights and novel molecular markers for further genetic analyses of Chinese indigenous pigs.
Kim, Nam Young;Seong, Ha-Seung;Kim, Dae Cheol;Park, Nam Geon;Yang, Byoung Chul;Son, Jun Kyu;Shin, Sang Min;Woo, Jae Hoon;Shin, Moon Cheol;Yoo, Ji Hyun;Choi, Jung-Woo
Genes and Genomics
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제40권11호
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pp.1249-1258
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2018
The Jeju horse is an indigenous Korean horse breed that is currently registered with the Food and Agriculture Organization of the United Nations. However, there is severe lack of genomic studies on Jeju horse. This study was conducted to investigate genetic characteristics of horses including Jeju horse, Thoroughbred and Jeju crossbred (Jeju${\times}$Thoroughbred) populations. We compared the genomes of three horse populations using the Equine SNP70 Beadchip array. Short-range Linkage disequilibrium was the highest in Thoroughbred, whereas $r^2$ values were lowest in Jeju horse. Expected heterozygosity was the highest in Jeju crossbred (0.351), followed by the Thoroughbred (0.337) and Jeju horse (0.311). The level of inbreeding was slightly higher in Thoroughbred (-0.009) than in Jeju crossbred (-0.035) and Jeju horse (-0.038). $F_{ST}$ value was the highest between Jeju horse and Thoroughbred (0.113), whereas Jeju crossbred and Thoroughbred showed the lowest value (0.031). The genetic relationship was further assessed by principal component analysis, suggesting that Jeju crossbred is more genetically similar to Thoroughbred than Jeju horse population. Additionally, we detected potential selection signatures, for example, in loci located on LCORL/NCAPG and PROP1 genes that are known to influence body. Genome-wide analyses of the three horse populations showed that all the breeds had somewhat a low level of inbreeding within each population. In the population structure analysis, we found that Jeju crossbred was genetically closer to Thoroughbred than Jeju horse. Furthermore, we identified several signatures of selection which might be associated with traits of interest. To our current knowledge, this study is the first genomic research, analyzing genetic relationships of Jeju horse, Thoroughbred and Jeju crossbred.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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