3月23日，山東省農業科學院畜牧獸醫研究所黃金明研究團隊在《Genomics》（IF=6.205）上在線發表題為“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境的分子基礎。
中國擁有豐富的動物遺傳資源，包括69個地方牛品種，分為普通牛、瘤牛以及二者的雜交牛品種，統稱為黃牛。中國地方牛品種已經適應了各種各樣的氣候環境，尤其是極端環境，比如熱、冷、以及高原地區的營養匱乏等。然而，地方牛適應極端環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化的過程中，可能已經發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境的分子基礎提供依據。
該研究選取了來自中國7個地理區域的28個中國地方牛品種（25個普通牛、瘤牛，普通牛×瘤牛的雜交牛品種，3個牦牛品種）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個個體，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行群體遺傳結構和高海拔適應選擇信號分析。研究發現，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，就已經發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，隨后經過選擇，適應了高海拔環境。除了選擇，與本地牛群體的混合、基因滲入也促進了高海拔適應。
該研究利用免疫組化、CRISPR/Cas9基因敲除技術，揭示了FLK正選擇信號最強的ACSS2基因可通過低氧誘導因子通路促進細胞對低氧的適應。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境機制中發揮重要作用，鑒定到了牛基因組上與高海拔適應相關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、評價、保護和利用提供重要的科學依據和新的策略。另外，對人類高原醫學也具有重要的借鑒意義。
山東省農業科學院畜牧獸醫研究所王秀革、鞠志花、姜強和江蘇省農業科學院仲躋峰研究員為共同第一作者，美國密蘇里大學Jeremy F. Taylor教授和畜牧獸醫所黃金明研究員為共同通訊作者。樣品采集得到來自新疆農業大學、山西農業大學、西北農林科技大學、廣西大學、中國農業科學院北京畜牧研究所、中國農業大學等老師的協助。研究也得到山東省自然科學杰出青年基金（JQ201709）、國家自然科學基金（31771374）、山東省農業良種工程（2019LZGC011）、國家轉基因重大專項（2018ZX08007001-002）、山東省農業科學院創新工程（CXGC2018E14）等項目的資助。
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0888754321001154
日期：2021-04-09
中國擁有豐富的動物遺傳資源，包括69個地方牛品種，分為普通牛、瘤牛以及二者的雜交牛品種，統稱為黃牛。中國地方牛品種已經適應了各種各樣的氣候環境，尤其是極端環境，比如熱、冷、以及高原地區的營養匱乏等。然而，地方牛適應極端環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化的過程中，可能已經發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境的分子基礎提供依據。
該研究選取了來自中國7個地理區域的28個中國地方牛品種（25個普通牛、瘤牛，普通牛×瘤牛的雜交牛品種，3個牦牛品種）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個個體，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行群體遺傳結構和高海拔適應選擇信號分析。研究發現，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，就已經發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，隨后經過選擇，適應了高海拔環境。除了選擇，與本地牛群體的混合、基因滲入也促進了高海拔適應。
該研究利用免疫組化、CRISPR/Cas9基因敲除技術，揭示了FLK正選擇信號最強的ACSS2基因可通過低氧誘導因子通路促進細胞對低氧的適應。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境機制中發揮重要作用，鑒定到了牛基因組上與高海拔適應相關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、評價、保護和利用提供重要的科學依據和新的策略。另外，對人類高原醫學也具有重要的借鑒意義。
山東省農業科學院畜牧獸醫研究所王秀革、鞠志花、姜強和江蘇省農業科學院仲躋峰研究員為共同第一作者，美國密蘇里大學Jeremy F. Taylor教授和畜牧獸醫所黃金明研究員為共同通訊作者。樣品采集得到來自新疆農業大學、山西農業大學、西北農林科技大學、廣西大學、中國農業科學院北京畜牧研究所、中國農業大學等老師的協助。研究也得到山東省自然科學杰出青年基金（JQ201709）、國家自然科學基金（31771374）、山東省農業良種工程（2019LZGC011）、國家轉基因重大專項（2018ZX08007001-002）、山東省農業科學院創新工程（CXGC2018E14）等項目的資助。
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0888754321001154
日期：2021-04-09
