3月23日，山東省農業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫研究所黃金明研究團隊在《Genomics》（IF=6.205）上在線(xiàn)發(fā)表題為“Introgression, admixture, and selection facilitate genetic adaptation to high-altitude environments in cattle”的研究論文，系統解析了中國地方牛品種的群體結構，并揭示高海拔牛品種適應極端環(huán)境的分子基礎。

 

　　中國擁有豐富的動(dòng)物遺傳資源，包括69個(gè)地方牛品種，分為普通牛、瘤牛以及二者的雜交牛品種，統稱(chēng)為黃牛。中國地方牛品種已經(jīng)適應了各種各樣的氣候環(huán)境，尤其是極端環(huán)境，比如熱、冷、以及高原地區的營(yíng)養匱乏等。然而，地方牛適應極端環(huán)境的生理機制和特定的遺傳變異基礎仍未闡明。在中國地方牛品種進(jìn)化的過(guò)程中，可能已經(jīng)發(fā)生了適應惡劣條件的遺傳變異，并在牛的基因組上留下了選擇信號。鑒定適應性牛品種中存在的強選擇信號可為了解牛適應極端環(huán)境的分子基礎提供依據。

 

　　該研究選取了來(lái)自中國7個(gè)地理區域的28個(gè)中國地方牛品種（25個(gè)普通牛、瘤牛，普通牛×瘤牛的雜交牛品種，3個(gè)牦牛品種）和17國外品種（涵蓋北美洲、歐洲和亞洲的普通牛、瘤牛，及其混合品種）共624個(gè)個(gè)體，利用高密度777K SNP芯片檢測基因組SNPs，并整合公共數據爪哇野牛、大額牛等的SNP數據，綜合利用多種方法進(jìn)行群體遺傳結構和高海拔適應選擇信號分析。研究發(fā)現，大部分中國地方牛品種存在基因滲入、混合和遷移的現象。特別是中國瘤牛品種（雷瓊牛、潿洲牛、吉安牛）的基因組有0.17%-0.29%牦牛（Bos grunniens）和1.57%爪哇野牛（Bos javanicus）的基因滲入，印度瘤牛品種只有0.68%爪哇野牛基因組滲入，這導致了中國瘤牛與印度瘤牛的遺傳分。我國的普通牛品種中有印度瘤牛和中國瘤牛的滲入。例如，西藏牛含有50.1%的復州牛祖先成分，以及15.1%雷瓊牛和24.2%吉爾牛（Gir）的祖先成分。阿沛甲砸牛有35.1% 雷瓊牛和33.2%吉爾牛祖先成分。新疆褐牛擁有19.6%瑞士褐牛和9.4%瘤牛成分。延黃牛有53.7%-56.4%利木贊和43.6%-46.3%復州牛血統。魯西黃牛有46.8%- 52.9%中國瘤牛血統。渤海黑牛有30.2%-34.2%中國瘤牛血統。

 

　　在中國普通牛品種形成之前，就已經(jīng)發(fā)生了高海拔地區牦牛的等位基因向中國普通牛滲入的事件，隨后經(jīng)過(guò)選擇，適應了高海拔環(huán)境。除了選擇，與本地牛群體的混合、基因滲入也促進(jìn)了高海拔適應。

 

　　該研究利用免疫組化、CRISPR/Cas9基因敲除技術(shù)，揭示了FLK正選擇信號最強的ACSS2基因可通過(guò)低氧誘導因子通路促進(jìn)細胞對低氧的適應。深入分析了受到正選擇的基因（ALDOC、EPAS1、EGLN1、NUCB2）與高原低氧適應相關(guān)的遺傳變異與基因滲入。

 

　　該研究揭示了混合、滲入和選擇在我國地方牛品種適應極端環(huán)境機制中發(fā)揮重要作用，鑒定到了牛基因組上與高海拔適應相關(guān)的候選基因和遺傳變異，可為高原低氧特色牛品種的培育和篩選等分子育種工作奠定基礎，對牛遺傳資源的分類(lèi)、評價(jià)、保護和利用提供重要的科學(xué)依據和新的策略。另外，對人類(lèi)高原醫學(xué)也具有重要的借鑒意義。

 

　　山東省農業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫研究所王秀革、鞠志花、姜強和江蘇省農業(yè)科學(xué)院仲躋峰研究員為共同第一作者，美國密蘇里大學(xué)Jeremy F. Taylor教授和畜牧獸醫所黃金明研究員為共同通訊作者。樣品采集得到來(lái)自新疆農業(yè)大學(xué)、山西農業(yè)大學(xué)、西北農林科技大學(xué)、廣西大學(xué)、中國農業(yè)科學(xué)院北京畜牧研究所、中國農業(yè)大學(xué)等老師的協(xié)助。研究也得到山東省自然科學(xué)杰出青年基金（JQ201709）、國家自然科學(xué)基金（31771374）、山東省農業(yè)良種工程（2019LZGC011）、國家轉基因重大專(zhuān)項（2018ZX08007001-002）、山東省農業(yè)科學(xué)院創(chuàng )新工程（CXGC2018E14）等項目的資助。

 

　　原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0888754321001154