繁殖力是绵羊的重要经济性状,直接影响绵羊产业中肉羊养殖效益。随着我国肉羊产业逐步向规模化、集约化方向发展,对适合舍饲的高繁殖力绵羊品种的需求日益迫切。母羊的繁殖力受胎产羔数和季节性发情的影响,为此,挖掘影响多羔和常年发情性状的候选基因和分子标记对建立现代肉羊生产体系和育种体系具有重要作用。因此,本研究收集了公共数据库中的全球2409只绵羊全基因组重测序数据和15只绵羊的Pac Bio Hi Fi长读长测序数据,并结合本研究新测序的120只澳洲白绵羊全基因组重测序及其产羔数据,针对影响繁殖的3个已知主效基因,包括骨形态发生蛋白受体1B(Bone Morphogenetic Protein Receptor 1B,BMPR1B)Ceralasertib molecular weight、骨形态发生蛋白15(Bone Morphogenetic Protein 15,BMP15)、生长分化因子9(Growth Differentiation Factor,GDF9)和2个潜在重要候选基因黑素皮质素受体-1(Melanocortin 1 Receptor,MC1R)、黑素皮质素受体-4(Melanocortin 4 Receptor,MC4R),全面挖掘其单核苷酸多态性(SNP)、插入/缺失(In Del)和结构变异(SV)等不同类型遗传变异,研究其频率分布规律,并通过选择信号检测等方法挖掘与产羔等性状有关的候选突变,最后结合新采集的澳洲白绵羊基因组数据和产羔数据,开展候选突变与绵羊产羔数的关联分析,挖掘新的影响绵羊产羔数的变异位点。同时,为挖掘影响绵羊产羔的新基因,本研究另采集了罗曼诺夫羊(欧洲高繁品种)样品进行全基因组重测序,结合已发表数据开展选择信号分析,并对鉴定到的MC1R基因候选突变进行了功能研究;最后,为挖掘影响绵羊常年发情的新基因,选取6个常年发情和10个季节性发情品种的基因组数据,开展选择信号检测和GWAS分析,并对鉴定到的MC4R基因候选突变进行了功能研究,以期为现代肉羊生产与育种发展提供科学资料。本研究获得了如下重要结果:1.国际主要绵羊品种BMPR1B、BMP15、GDF9基因遗传变异挖掘及验证基于整理收集的75个全球绵羊品种(或群体)共2409只绵羊的全基因组重测序数据以及15只绵羊的Pac Bio Hi Fi测序数据,系统挖掘了3个绵羊繁殖主效基因BMPR1B、GDF9、BMP15的SNP、In Del和SV变异,鉴定到大量已知和新的变异位点,并全面报道了各位点在全球75个绵羊群体中的分布规律。为验证重要突变与产羔数的相关性,本研究另采集了澳洲白绵羊样本并收集其产羔数据,并结合120只全基因组测序(10×)数据,开展候选突变与产羔数的关联分析。(1)绵羊BMPR1B基因:共挖掘到11297个SNPs,包括7个编码区突变,其中1个为首次发现;鉴定到508个In Dels,其中3个位于编码区或非翻译区;鉴定到19个SVs,长度在51-5144 bp之间。利用选择信号检测方法在多浪羊筛选到BMPR1B基因的一个同义突变g.30050773C>T,并确定该突变在多浪羊受到选择,形成了一个长单倍型,提示该突变可能对产羔数有影响。同时,利用竞争性等位基因特异性PCR技术(Kompetitive Allele Specific PCR,KASP),发现该位点在澳洲白绵羊群体中存在多态性,并且与澳洲白绵羊产羔数显著相关(P<0.05)。表明BMPR1B基因g.30050773C>T突变可作为产羔数早期选择的有效分子标记。(2)绵羊BMP15基因:共挖掘到139个SNPs,包括10个编码区突变,其中9个为首次发现;鉴定到7个In Dels;没有发现SV变异。本研究选择其中一个在不同绵羊群体中频率较高的错义突变位点g.54284258A>G(L251P),利用KASP技术检测其在澳洲白绵羊群体中的频率并分析其与产羔数的相关性。结果发现该位点在澳洲白绵羊群体中存在多态性,并与澳洲白绵羊产羔数显著相关(P<0.05)。表明BMP15基因g.54284258A>G突变可作为产羔数早期选择的有效分子标记。(3)绵羊GDF9基因:共挖掘到49个SNPs,包括22个编码区突变,其中15个为本研究首次发现;鉴定到20个In Dels和2个SVs。本研究选择其中一个错义突变位点g.42114493C>T(V332I),利用KASP技术检测其在澳洲白绵羊群体中的频率并分析其与产羔数的相关性,发现该位点在澳洲白绵羊群体中存在多态性,但是与澳洲白绵羊产羔数等繁殖性状均无显著相关(P>0.05),但不排除该突变位点与其他生产性状之间的相关性。2.高繁品种罗曼诺夫羊多羔候选基因挖掘及MC1R基因突变功能研究罗曼诺夫羊是世界著名的多羔代表性品种,本研究利用17只罗曼诺夫羊(其中本研究新测序8只)和11个欧洲品种的全基因组数据评估了罗曼诺夫羊的群体结构,挖掘了罗曼诺夫羊高繁候选基因并进行功能研究。利用群体分化指数(F_(ST))和群体间扩展单倍型纯合度(XP-EHH)等方法鉴定了罗曼诺夫羊基因组受选择区域,在14号染色体(Chr14:14.2 Mb-14.3 Mb)鉴定到1个受到强选择的长单倍型,包Lapatinib抑制剂含MC1R、SPIRE2、TCF25和DEF8等基因,提示该单倍型与其繁殖、抗寒等性状有关。根据已有文献报道Medicine quality,考虑到MC1R属于G蛋白偶联受体(GPCR)家族,在功能突变研究方面具有相对成熟的手段和方法,同时结合本研究中MC1R基因的潜在“一因多效”现象,本研究接下来重点分析了MC1R基因突变在全球绵羊品种中的分布及其对该基因功能的影响。基于上述全球75个绵羊群体的全基因组数据,通过生物信息学分析和DNA测序实验,发现MC1R基因中有139个SNPs,包括22个错义突变和11个同义突变,鉴定到2个In Dels。针对错义突变g.14251947T>A(M73K),利用双荧光素酶报告系统进行组成型活性检测;研究发现绵羊MC1R基因错义突变g.14251947T>A(M73K)位点的突变型组成型活性显著提高(P<0.05)。用α-MSH作为激动剂刺激表达野生型和突变型重组载体的细胞,发现MC1R的K73突变受体结合α-MSH配体刺激c AMP后半最大效应浓度(Concentration for 50%of maximal effect,EC50)提高3倍,表明该突变可以显著提高受体配体结合水平,提示该错义突变可能影响MC1R基因功能,为未来深入研究该突变对繁殖性状的影响奠定了基础。3.绵羊常年发情候选基因挖掘及MC4R突变功能研究选取比较公认的6个常年发情和10个季节性发情绵羊品种共392只羊的全基因组重测序数据,利用选择信号检测方法和全基因组关联分析(GWAS)挖掘与绵羊常年发情有关的重要基因,鉴定到MC4R基因区域在常年发情品种受到强选择,GWAS研究发现该基因与常年发情相关。MC4R也属于G蛋白偶联受体(GPCRs)家族,本研究重点分析了MC4R突变在全球绵羊品种中的分布及其对该基因功能的影响。基于上述全球75个绵羊群体的全基因组数据,发现MC4R基因中有48个SNPs,包括4个错义突变和4个同义突变,鉴定到2个In Dels和13个SVs,长度在54-594 bp。深入的大数据研究发现在MC4R基因上最显著的位点为一个错义突变g.59480440G>C(I173M),该突变在常年发情品种中显著富集。为此,针对该突变开展功能研究,发现突变型不影响蛋白表达水平,但双荧光素酶报告试验表明突变后的受体组成型活性显著提高,并且突变型受体结合α-MSH配体刺激c AMP后EC50提高20倍,表明该突变体c AMP信号转导激活能力大幅增强,是影响绵羊发情的重要功能突变。综上,本研究利用大样本全基因组重测序数据和三代测序数据,系统挖掘了3个绵羊繁殖主效基因BMPR1B、GDF9、BMP15的SNP、In Del和SV变异,鉴定到一系列新的变异位点,并发掘到2个新的绵羊产羔数有效分子标记;在世界著名多羔品种罗曼诺夫羊品种中挖掘到新的多羔候选基因MC1R,并在细胞水平上发现该基因错义突变M73K影响该基因的功能。利用常年发情和季节性发情绵羊品种重测序数据,首次挖掘到与绵羊常年发情相关的候选基因MC4R,并在细胞水平上发现该基因错义突变I173M影响该基因的功能。这些结果将为挖掘调控绵羊繁殖力的重要基因,解析其调控机制,开展绵羊繁殖性状的标记辅助选择提供参考依据,为提高我国绵羊繁殖力提供理论基础。