Objective: The Shanghai Holstein cattle breed is susceptible to severe mastitis and other diseases due to the hot weather and long-term humidity in Shanghai, which is the main distribution centre for providing Holstein semen to various farms throughout China. Our objective was to determine the genetic mechanisms influencing economically important traits, especially diseases that have huge impact on the yield and quality of milk as well as reproduction. Methods: In our study, we detected the structural variations of 1,092 Shanghai Holstein cows by using next-generation sequencing. We used the DELLY software to identify deletions and insertions, cn.MOPS to identify copy-number variants (CNVs). Furthermore, we annotated these structural variations using different bioinformatics tools, such as gene ontology, cattle quantitative trait locus (QTL) database and ingenuity pathway analysis (IPA). Results: The average number of high-quality reads was 3,046,279. After filtering, a total of 16,831 deletions, 12,735 insertions and 490 CNVs were identified. The annotation results showed that these mapped genes were significantly enriched for specific biological functions, such as disease and reproduction. In addition, the enrichment results based on the cattle QTL database showed that the number of variants related to milk and reproduction was higher than the number of variants related to other traits. IPA core analysis found that the structural variations were related to reproduction, lipid metabolism, and inflammation. According to the functional analysis, structural variations were important factors affecting the variation of different traits in Shanghai Holstein cattle. Our results provide meaningful information about structural variations, which may be useful in future assessments of the associations between variations and important phenotypes in Shanghai Holstein cattle. Conclusion: Structural variations identified in this study were extremely different from those of previous studies. Many structural variations were found to be associated with mastitis and reproductive system diseases; these results are in accordance with the characteristics of the environment that Shanghai Holstein cattle experience.
Lee, Ji Yun;Seo, Mi-Suk;Won, So Youn;Lim, Kyoung Ah;Shin, Il Sheob;Choi, Dongsu;Kim, Jung Sun
Korean Journal of Breeding Science
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v.50
no.4
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pp.434-441
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2018
High-density genetic linkage mapping is critical for undertaking marker-assisted selection and confirming quantitative trait loci, as well as helping to build pseudomolecules of genomes. We constructed a genetic map using 94 $F_1$ populations generated from the interspecific cross between Korean cultivar "Wonwhang" (Pyrus pyrifolia, NCBI BioSample SAMN05196235) and European cultivar "Bartlett" (Pyrus communis). We designed a total of 24,267 SSR markers based on the genome sequences of "Wonwhang" for this. To select the markers that are linked to the traits important in pear breeding programs, SSR-containing genomic sequences were subjected to nucleotide sequence homology searches, which resulted in 510 SSR markers with high similarity to genes encoding proteins with putative functions such as transcription factors, resistance proteins, flowering time, and regulatory genes. Of these, 70 markers showed polymorphisms in parents and segregating populations and were used to construct a genetic linkage map, together with the unpublished 579 SNPs obtained from genotyping by sequencing analysis. The genetic linkage map covered 3,784.2 cM and the average distance between adjacent markers was 5.8 cM. Seventy SSR markers were distributed across 17 chromosomes with more than one locus.
Objective: The growth of pigs involves multiple regulatory mechanisms, and modern molecular breeding techniques can be used to understand the skeletal muscle growth and development to promote the selection process of pigs. This study aims to explore candidate lncRNAs and mRNAs related to skeletal muscle growth and development among Duroc pigs with different average daily gain (ADG). Methods: A total of 8 pigs were selected and divided into two groups: H group (high-ADG) and L group (low-ADG). And followed by whole transcriptome sequencing to identify differentially expressed (DE) lncRNAs and mRNAs. Results: In RNA-seq, 703 DE mRNAs (263 up-regulated and 440 down-regulated) and 74 DE lncRNAs (45 up-regulated and 29 down-regulated) were identified. In addition, 1,418 Transcription factors (TFs) were found. Compared with mRNAs, lncRNAs had fewer exons, shorter transcript length and open reading frame length. DE mRNAs and DE lncRNAs can form 417 lncRNA-mRNA pairs (antisense, cis and trans). DE mRNAs and target genes of lncRNAs were enriched in cellular processes, biological regulation, and regulation of biological processes. In addition, quantitative trait locus (QTL) analysis was used to detect the functions of DE mRNAs and lncRNAs, the most of DE mRNAs and target genes of lncRNAs were enriched in QTLs related to growth traits and skeletal muscle development. In single-nucleotide polymorphism/insertion-deletion (SNP/INDEL) analysis, 1,081,182 SNP and 131,721 INDEL were found, and transition was more than transversion. Over 60% of percentage were skipped exon events among alternative splicing events. Conclusion: The results showed that different ADG among Duroc pigs with the same diet maybe due to the DE mRNAs and DE lncRNAs related to skeletal muscle growth and development.
Objective: RNA epigenetic modifications play an important role in regulating immune response of mammals. Bovine mastitis induced by Staphylococcus aureus (S. aureus) is a threat to the health of dairy cattle. There are numerous RNA modifications, and how these modification-associated enzymes systematically coordinate their immunomodulatory effects during bovine mastitis is not well reported. Therefore, the role of common RNA modification-related genes (RMRGs) in bovine S. aureus mastitis was investigated in this study. Methods: In total, 80 RMRGs were selected for this study. Four public RNA-seq data sets about bovine S. aureus mastitis were collected and one additional RNA-seq data set was generated by this study. Firstly, quantitative trait locus (QTL) database, transcriptome-wide association studies (TWAS) database and differential expression analyses were employed to characterize the potential functions of selected enzyme genes in bovine S. aureus mastitis. Correlation analysis and weighted gene co-expression network analysis (WGCNA) were used to further investigate the relationships of RMRGs from different types at the mRNA expression level. Interference experiments targeting the m6 A demethylase FTO and utilizing public MeRIP-seq dataset from bovine Mac-T cells were used to investigate the potential interaction mechanisms among various RNA modifications. Results: Bovine QTL and TWAS database in cattle revealed associations between RMRGs and immune-related complex traits. S. aureus challenged and control groups were effectively distinguished by principal component analysis based on the expression of selected RMRGs. WGCNA and correlation analysis identified modules grouping different RMRGs, with highly correlated mRNA expression. The m6 A modification gene FTO showed significant effects on the expression of m6 A and other RMRGs (such as NSUN2, CPSF2, and METTLE), indicating complex co-expression relationships among different RNA modifications in the regulation of bovine S. aureus mastitis. Conclusion: RNA epigenetic modification genes play important immunoregulatory roles in bovine S. aureus mastitis, and there are extensive interactions of mRNA expression among different RMRGs. It is necessary to investigate the interactions between RNA modification genes regulating complex traits in the future.
Kim, Jeong-Soon;Song, Mi-Hee;Lee, Janf-Yong;Ahn, Sang-Nag;Ku, Ja-Hwan
KOREAN JOURNAL OF CROP SCIENCE
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v.53
no.1
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pp.85-92
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2008
An RIL population from a Shinpaldalkong2/GC83006 cross was employed to identify quantitative trait loci (QTL) associated with agronomic traits in soybean. The genetic map consisted of 127 loci which covered about 3,000cM and were assigned into 20 linkage groups. Phenotypic data were collected for the following traits; plant height, leaf area, flowering time, pubescence color, seed coat color and hilum color in 2005. Seed weight was evaluated using seeds collected in 2003 to 2005 at Suwon and in 2005 at Pyeongchang and Miryang sites. Three QTLs were associated with 100-seed weight in the combined analysis across three years. Among the three QTLs related to seed weight, all GC83006 alleles on LG O ($R^2\;=\;12.5$), LG A1 ($R^2\;=\;10.1$) and LG C2 ($R^2\;=\;11.5$) increased the seed weight. A QTL conditioning plant height was linked to markers including Satt134 (LG C2, $R^2\;=\;25.4$), and the GC83006 allele increased plant height at this QTL locus. For two QTLs related to leaf area, 1aM on LG M ($R^2\;=\;10.0$) and laL on LG L ($R^2\;=\;8.6$), the Shinpaldalkong2 alleles had positive effect to increase the leaf area. Satt134 on LG C2 ($R^2\;=\;41.0$) was associated with QTL for days to flowering. Satt134 (LG C2) showed a linkage to a gene for pubescence color. Satt363 (LG C2) and Satt354 (LG I) were linked to the hilum color gene, and Sat077 (LG D1a) was linked to the seed coat color. The QTL conditioning plant height was in the similar genomic location as the QTLs for days to flowering in this population, indicating pleiotropic effect of one gene or the tight linkage of several genes. These linked markers would be useful in marker assisted selection for these traits in a soybean breeding program.
Kim, Suk-Man;Park, Hyun-Su;Lee, Chang-Min;Baek, Man-Kee;Cho, Young-Chan;Suh, Jung-Pil;Jeong, Oh-Young
KOREAN JOURNAL OF CROP SCIENCE
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v.65
no.4
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pp.303-313
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2020
Rice grain shape is one of the key components of grain yield and market value. An understanding of the genetic basis of the variation in grain shape could be used to improve grain shape. In this study, we developed a total of 265 F2 individuals derived from a cross between japonica cultivars (Josaeng-jado and Langi) and used this population for quantitative trait locus (QLT) analysis. Correlation analysis was performed to identify relationships between grain traits (GL: grain length, GW: grain width, L/W: ratio of length to width, TGW: 1,000 grain weight). The grain shape was positively correlated with GL and TGW, and negatively correlated with GW. In QTL analysis associated with grain shape, one QTL for GL, qGL5, detected on chromosome 5, explained 20.3% of the phenotypic variation (PV), while two QTLs, qGW5 (PV=36.1) and qGW7 (PV=26.1), for GW were identified on chromosomes 5 and 7, respectively. Evaluation of the effects of each of the QTLs on the grain shape in the population showed a significant difference in the grain size in positive lines compared with the lines without the QTLs. According to the QTL combination of the allelic-types, the grain shape of the tested lines varied from semi-round type to long spindle-shaped type. The results of this study extend our knowledge about the genetic pool governing the diversity of grain shape in japonica cultivars and could be used to improve the grain shape of this species through marker-assisted selective breeding in Korea.
Kim, Dong-Min;Ju, Hong-Guang;Yang, Paul;Han, Seong-Sook;Roh, Jae-Hwan;Ahn, Sang-Nag
Korean Journal of Breeding Science
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v.43
no.1
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pp.42-49
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2011
QTL analysis for blast resistance was carried out using 140 $BC_3F_3$ lines derived from a cross between Ilpum as a recurrent parent and Moroberekan as a donor parent. 140 $BC_3F_3$ lines with the parents were inoculated with nine blast isolates. To identify QTLs for resistance to nine blast isolates, 134 SSR markers showing polymorphisms between the parents were genotyped for the 140 $BC_3F_3$ lines. A total of 17 resistance QTLs to nine isolates were detected on chromosomes 2, 3, 4, 6, 7, 9 and 10. The phenotypic variance explained by each QTL ranged from 8.2% to 26.4%. The Moroberekan alleles contributed the positive effect at these 17 QTL loci. In a previous study, the QTL, Pi45(t) for durable resistance to blast was identified using a sequential planting method. To know the relationship between Pi45(t) and the isolate-specific resistance gene, an $F_2$ population was developed from a cross between Ilpum and an introgression line harboring Pi45(t). $F_3$ lines segregating for the Pi45(t) were inoculated to three isolates. $F_3$ lines from the $F_2$ plants with the Moroberekan segment at the target region showed resistance to two isolates. This result seems to indicate that the Pi45(t) and the isolate-specific resistance gene are tightly linked or the resistance is controlled by the same gene(s). The markers linked to genes controlling blast resistance would be useful in developing blast resistance lines in the breeding program.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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