Through their domestication and subsequent selection, sheep have been adapted to thrive in a diverse range of environments. To characterise the genetic consequence of both domestication and selection, we genotyped 49,034 SNP in 2,819 animals from a diverse collection of 74 sheep breeds. We find the majority of sheep populations contain high SNP diversity and have retained an effective population size much higher than most cattle or dog breeds, suggesting domestication occurred from a broad genetic base. Extensive haplotype sharing and generally low divergence time between breeds reveal frequent genetic exchange has occurred during the development of modern breeds. A scan of the genome for selection signals revealed 31 regions containing genes for coat pigmentation, skeletal morphology, body size, growth, and reproduction. We demonstrate the strongest selection signal has occurred in response to breeding for the absence of horns. The high density map of genetic variability provides an in-depth view of the genetic history for this important livestock species.

We introduce a new framework for the analysis of association studies, designed to allow untyped variants to be more effectively and directly tested for association with a phenotype. The idea is to combine knowledge on patterns of correlation among SNPs (e.g., from the International HapMap project or resequencing data in a candidate region of interest) with genotype data at tag SNPs collected on a phenotyped study sample, to estimate ("impute") unmeasured genotypes, and then assess association between the phenotype and these estimated genotypes. Compared with standard single-SNP tests, this approach results in increased power to detect association, even in cases in which the causal variant is typed, with the greatest gain occurring when multiple causal variants are present. It also provides more interpretable explanations for observed associations, including assessing, for each SNP, the strength of the evidence that it (rather than another correlated SNP) is causal. Although we focus on association studies with quantitative phenotype and a relatively restricted region (e.g., a candidate gene), the framework is applicable and computationally practical for whole genome association studies. Methods described here are implemented in a software package, Bim-Bam, available from the Stephens Lab website http://stephenslab.uchicago.edu/software.html.

An instrument for whole-genome optical mapping is used to assemble the genome of the domestic goat into super-long scaffolds. We report the ∼2.66-Gb genome sequence of a female Yunnan black goat. The sequence was obtained by combining short-read sequencing data and optical mapping data from a high-throughput whole-genome mapping instrument. The whole-genome mapping data facilitated the assembly of super-scaffolds >5× longer by the N50 metric than scaffolds augmented by fosmid end sequencing (scaffold N50 = 3.06 Mb, super-scaffold N50 = 16.3 Mb). Super-scaffolds are anchored on chromosomes based on conserved synteny with cattle, and the assembly is well supported by two radiation hybrid maps of chromosome 1. We annotate 22,175 protein-coding genes, most of which were recovered in the RNA-seq data of ten tissues. Comparative transcriptomic analysis of the primary and secondary follicles of a cashmere goat reveal 51 genes that are differentially expressed between the two types of hair follicles. This study, whose results will facilitate goat genomics, shows that whole-genome mapping technology can be used for the de novo assembly of large genomes.

Sheep (Ovis aries) are a major source of meat, milk, and fiber in the form of wool and represent a distinct class of animals that have a specialized digestive organ, the rumen, that carries out the initial digestion of plant material. We have developed and analyzed a high-quality reference sheep genome and transcriptomes from 40 different tissues. We identified highly expressed genes encoding keratin cross-linking proteins associated with rumen evolution. We also identified genes involved in lipid metabolism that had been amplified and/or had altered tissue expression patterns. This may be in response to changes in the barrier lipids of the skin, an interaction between lipid metabolism and wool synthesis, and an increased role of volatile fatty acids in ruminants compared with nonruminant animals.

Abstract Honey bee subspecies originate from specific geographic areas in Africa, Europe and the Middle East. The interest of beekeepers in specific phenotypes has led them to import subspecies to regions outside of their original range. The resulting admixture complicates population genetics analyses and population stratification can be a major problem for association studies. As a typical example, the case of the French population is studied here. We sequenced 870 haploid drones for SNP detection and identified nine genetic backgrounds in 629 samples. Five correspond to subspecies, two to isolated populations and two to human-mediated population management. We also highlight several large haplotype blocks, some of which coincide with the position of centromeres. The largest is 3.6 Mb long on chromosome 11, representing 1.6 % of the genome and has two major haplotypes, corresponding to the two dominant genetic backgrounds identified.

Abstract Meiotic recombination through chromosomal crossing-over is a fundamental feature of sex and an important driver of genomic diversity. It ensures proper disjunction, allows increased selection responses, and prevents mutation accumulation; however, it is also mutagenic and can break up favourable haplotypes. This cost/benefit dynamic is likely to vary depending on mechanistic and evolutionary contexts, and indeed, recombination rates show huge variation in nature. Identifying the genetic architecture of this variation is key to understanding its causes and consequences. Here, we investigate individual recombination rate variation in wild house sparrows ( Passer domesticus ). We integrate genomic and pedigree data to identify autosomal crossover counts (ACC) and intra-chromosomal allelic shuffling ( r̅ intra ) in 13,056 gametes. Females had 1.37 times higher ACC, and 1.55 times higher r̅ intra than males. ACC and r̅ intra were heritable in females and males (ACC h 2 = 0.23 and 0.11; r̅ intra h 2 = 0.12 and 0.14), but cross-sex additive genetic correlations were low (r A = 0.29 and 0.32 for ACC and r̅ intra ). Conditional bivariate analyses showed that all measures remained heritable after accounting for genetic values in the opposite sex, indicating that sex-specific ACC and r̅ intra can evolve somewhat independently. Genome-wide models showed that ACC and r̅ intra are polygenic and driven by many small-effect loci, many of which are likely to act in trans as global recombination modifiers. Our findings show that recombination rates of females and males can have different evolutionary potential in wild birds, providing a compelling mechanism for the evolution of sexual dimorphism in recombination.

Abstract Background Intensive selection of modern pig breeds resulted in genetic improvement of productive traits while local pig breeds remained less performant. As they have been bred in extensive systems, they have adapted to specifical environmental conditions resulting in a rich genotypic and phenotypic diversity. This study is based on European local pig breeds genetically characterized using DNA-pool sequencing data and phenotypically characterized using breed level phenotypes related to stature, fatness, growth and reproductive performance traits. These data were analyzed using a dedicated approach to detect selection signatures linked to phenotypic traits in order to uncover potential candidate genes that may be under adaptation to specific environments. Results Genetic data analysis of European pig breeds revealed four main axes of genetic variation represented by Iberian and modern breeds (i.e. Large White, Landrace, and Duroc). In addition, breeds clustered according to their geographical origin, for example French Gascon and Basque breeds, Italian Apulo Calabrese and Casertana breeds, Spanish Iberian and Portuguese Alentejano breeds. Principal component analysis of phenotypic data distinguished between larger and leaner breeds with better growth potential and reproductive performance on one hand and breeds that were smaller, fatter, and had low growth and reproductive efficiency on the other hand. Linking selection signatures with phenotype identified 16 significant genomic regions associated with stature, 24 with fatness, 2 with growth and 192 with reproduction. Among them, several regions contained candidate genes with possible biological effect on stature, fatness, growth and reproduction performance traits. For example, strong associations were found for stature in two regions containing the ANXA4 and ANTXR1 genes, for fatness containing the DNMT3A and POMC genes and for reproductive performance containing the HSD17B7 gene. Conclusions The present study on European local pig breeds used a dedicated approach for searching selection signatures supported by phenotypic data at the breed level to identify potential candidate genes that may have adapted to different living environments and production systems. Results can be useful to define conservation programs of local pig breeds.

Abstract Background Eusocial insects play a central role in many ecosystems, and particularly the important pollinator honeybee ( Apis mellifera ). One approach to facilitate their study in molecular genetics, is to consider whole colonies as single individuals by combining DNA of multiple individuals in a single pool sequencing experiment. Such a technique comes with the drawback of producing data requiring dedicated analytical methods to be fully exploited. Despite this limitation, pool sequencing data has been shown to be informative and cost-effective when working on random mating populations. Here, we present new statistical methods for exploiting pool sequencing data of eusocial colonies in order to reconstruct the genotype of the colony founder, the queen. This leverages the possibility to monitor genetic diversity, perform genomic-based studies or implement selective breeding. Results Using simulations and honeybee real data, we show that the methods allow for a fast and accurate estimation of the genetic ancestry, with correlations of 0.9 with that obtained from individual genotyping, and for an accurate reconstruction of the queen genotype, with 2% genotyping error. We further validate the inference using experimental data on colonies with both pool sequencing and individual genotyping of drones. Conclusion In this study we present statistical models to accurately estimate the genetic ancestry and reconstruct the genotype of the queen from pool sequencing data from workers of an eusocial colony. Such information allows to exploit pool sequencing for traditional population genetics, association studies and selective breeding. While validated in Apis mellifera , these methods are applicable to other eusocial hymenoptera species.

Abstract A crucial step in inbred plant breeding is the choice of mating design to derive high-performing inbred varieties while also maintaining a competitive breeding population to secure sufficient genetic gain in future generations. In practice, the mating design usually relies on crosses involving the best parental inbred lines to ensure high mean progeny performance. This excludes crosses involving lower performing but more complementary parents in terms of favorable alleles. We predicted crosses with putative outstanding progenies (high mean and high variance progeny distribution) using genomic prediction models to assess the value of top progeny. This study compared the benefits and drawbacks of seven genomic cross selection criteria (CSC) in terms of genetic gain for one trait and genetic diversity in the next generation. Six CSC were already published and we have proposed an improved CSC that can estimate the proportion of progeny above a threshold defined for the whole mating plan. We simulated mating designs optimized using different CSC and 835 elite parents from a real breeding program that were evaluated between 2000 and 2016. We applied constraints on parental contributions and genetic similarities between parents according to usual breeder practices. Our results showed that CSC based on progeny variance estimation increased the genetic value of superior progenies by up to 5% in the next generation compared to CSC based on the progeny mean estimation (i.e. parental genetic values) alone. It also increased the genetic gain (up to 4%) and/or maintained more genetic diversity at QTLs (up to 4% more genic variance when the marker effects were perfectly estimated).

Abstract Reciprocal exchanges of DNA (crossovers) that occur during meiosis are mandatory to ensure the production of fertile gametes in sexually reproducing species. They also contribute to shuffle parental alleles into new combinations thereby fuelling genetic variation and evolution. However, due to biological constraints, the recombination landscape is highly heterogenous along the genome which limits the range of allelic combinations and the adaptability of populations. An approach to better understand the constraints on the recombination process is to study how it evolved in the past. In this work we tackled this question by constructing recombination profiles in four diverging bread wheat ( Triticum aestivum L .) populations established from 371 landraces genotyped at 200,062 SNPs. We used linkage disequilibrium (LD) patterns to estimate in each population the past distribution of recombination along the genome and characterize its fine-scale heterogeneity. At the megabase scale, recombination rates derived from LD patterns were consistent with family-based estimates obtained from a population of 406 recombinant inbred lines. Among the four populations, recombination landscapes were significantly positively correlated between each other and shared a statistically significant proportion of highly recombinant intervals. However, this comparison also highlighted that the similarity in recombination landscapes between populations was significantly decreasing with their genetic differentiation in most regions of the genome. This observation was found to be robust to SNP ascertainment and demography and suggests a relatively rapid evolution of factors determining the fine-scale localization of recombination in bread wheat.