近日，西北農林科技大學學動物科技學院姜雨教授團隊，聯合動物醫學院趙善廷教授和新疆畜牧科學院鄭文新研究員在山羊馴化方面取得重要研究進展，研究論文“A missense mutation in RRM1 contributes to animal tameness”在線發表于國際學術期刊《Science Advances》。動物科技學院姜雨教授、王喜宏副教授、動物醫學院趙善廷教授和新疆畜牧科學院鄭文新研究員為共同通訊作者，我校博士生竇鳴樂、博士畢業生李鳴和鄭竹清為共同第一作者。
動物的馴化，極大促進了人類農業文明進程。在馴化過程中，野生動物在馴化過程中發生了很大的變化，如警惕性減弱。是否存在導致行為學改變的關鍵遺傳變異，仍然是一個未解之謎。山羊作為最早馴化的家畜之一，是研究動物馴化的重要模型。
本研究通過對現代家羊和野生群體進行全基因組范圍的比較分析，確定了山羊全基因組上最強的受選擇信號區位于15號染色體上一段80kb的區域，包含兩個蛋白編碼基因STIM1和RRM1。這兩個基因與神經遞質運輸和胚胎時期的神經管發育相關，且該基因座與人類兒童攻擊性行為相關，故推測該受選擇區可能與馴化行為相關。
馴化動物與對應野生物種的差異表型的檢測，以及相關基因型的鑒定一直是研究動物馴化研究的“關隘”，尤其行為表型。但是，基于新疆畜牧科學院存有的一個珍貴的野山羊與家山羊的F2雜交群，本研究檢測了雜交個體的逃逸距離，即動物可容忍人靠近的最近距離。相關分析揭示逃逸距離與STIM1-RRM1座位單倍型顯著相關。
為進一步篩選山羊馴服行為相關的關鍵遺傳變異，本研究分析了約70個不同歷史時期古代樣本中STIM1-RRM1座位的突變情況，發現位于RRM1第8外顯子的錯義突變RRM1I241V在6500年前的樣本中首次被檢測到，并在4000年前的家羊中迅速固定。然而在整個四足動物近四億年的進化過程中，該位點高度保守，幾乎沒有改變過。該突變位點位于RRM1蛋白關鍵二聚化結構域，并臨近S-site，以及結構預測顯示RRM1I241V改變RRM1第236到246位氨基酸的疏水力。
最后，本研究通過CRISPR/Cas9基因編輯技術構建了RRM1I241V突變小鼠模型。其大腦轉錄組分析顯示，差異表達基因主要富集于谷氨酸能突觸等多種神經突觸相關的信號通路。本研究在西北農林科技大學動物醫學院神經生物學實驗室進行了小鼠行為學實驗檢測，包括馴服行為實驗、高架十字、曠場實驗和社交實驗等多種行為學實驗，揭示了該突變影響了小鼠的多種行為表型。
綜上，本研究篩選得到位于RRM1基因且在物種中高度保守位點上的遺傳變異RRM1I241V，結合多組學分析、基因編輯小鼠模型的構建以及多種行為學實驗驗證，揭示了在山羊馴化過程中，RRM1I241V 對山羊行為產生重大影響。這是首次將馴服行為和具體的基因突變關聯起來，對研究動物的行為改變具有啟示意義，或對人類精神疾病的治療有借鑒意義。
本研究得到十四五國家重點研發專項“主要農業動物優異種質資源形成與演化機制” （2022YFF1000100），國家自然科學基金（U21A20247和32002140）以及陜西省自然科學基金（2021JCW-11和2022TD-10）等項目共同資助。
原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf4068
日期：2023-08-09
動物的馴化，極大促進了人類農業文明進程。在馴化過程中，野生動物在馴化過程中發生了很大的變化，如警惕性減弱。是否存在導致行為學改變的關鍵遺傳變異，仍然是一個未解之謎。山羊作為最早馴化的家畜之一，是研究動物馴化的重要模型。
本研究通過對現代家羊和野生群體進行全基因組范圍的比較分析，確定了山羊全基因組上最強的受選擇信號區位于15號染色體上一段80kb的區域，包含兩個蛋白編碼基因STIM1和RRM1。這兩個基因與神經遞質運輸和胚胎時期的神經管發育相關，且該基因座與人類兒童攻擊性行為相關，故推測該受選擇區可能與馴化行為相關。
馴化動物與對應野生物種的差異表型的檢測，以及相關基因型的鑒定一直是研究動物馴化研究的“關隘”，尤其行為表型。但是，基于新疆畜牧科學院存有的一個珍貴的野山羊與家山羊的F2雜交群，本研究檢測了雜交個體的逃逸距離，即動物可容忍人靠近的最近距離。相關分析揭示逃逸距離與STIM1-RRM1座位單倍型顯著相關。
為進一步篩選山羊馴服行為相關的關鍵遺傳變異，本研究分析了約70個不同歷史時期古代樣本中STIM1-RRM1座位的突變情況，發現位于RRM1第8外顯子的錯義突變RRM1I241V在6500年前的樣本中首次被檢測到，并在4000年前的家羊中迅速固定。然而在整個四足動物近四億年的進化過程中，該位點高度保守，幾乎沒有改變過。該突變位點位于RRM1蛋白關鍵二聚化結構域，并臨近S-site，以及結構預測顯示RRM1I241V改變RRM1第236到246位氨基酸的疏水力。
最后，本研究通過CRISPR/Cas9基因編輯技術構建了RRM1I241V突變小鼠模型。其大腦轉錄組分析顯示，差異表達基因主要富集于谷氨酸能突觸等多種神經突觸相關的信號通路。本研究在西北農林科技大學動物醫學院神經生物學實驗室進行了小鼠行為學實驗檢測，包括馴服行為實驗、高架十字、曠場實驗和社交實驗等多種行為學實驗，揭示了該突變影響了小鼠的多種行為表型。
綜上，本研究篩選得到位于RRM1基因且在物種中高度保守位點上的遺傳變異RRM1I241V，結合多組學分析、基因編輯小鼠模型的構建以及多種行為學實驗驗證，揭示了在山羊馴化過程中，RRM1I241V 對山羊行為產生重大影響。這是首次將馴服行為和具體的基因突變關聯起來，對研究動物的行為改變具有啟示意義，或對人類精神疾病的治療有借鑒意義。
本研究得到十四五國家重點研發專項“主要農業動物優異種質資源形成與演化機制” （2022YFF1000100），國家自然科學基金（U21A20247和32002140）以及陜西省自然科學基金（2021JCW-11和2022TD-10）等項目共同資助。
原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf4068
日期：2023-08-09
