文章导读

中国拥有丰富的地方黄牛遗传资源，地方黄牛品种多达57个，阐明其遗传变异和适应性动态的细微模式，对牛品种遗传资源的利用和保护至关重要。湘南牛是原产于湖南省的优质地方黄牛品种，适应当地炎热潮湿的气候，抗病能力强；然而，关于其群体遗传结构、血统来源和品种形成微进化过程的研究有限。

近日，湖南省畜牧兽医研究所联合西北农林科技大学，共同揭示了湘南黄牛的祖先成分、遗传多样性、受选择信号，并对来自上千年前曾生活在中国南方的野牛的适应性渗入情况进行表征，为湘南黄牛分子育种和遗传改良提供一定的依据。该研究成果于2024年12月1日发表在 Biology 期刊上。

研究内容

• 湘南黄牛的血统组成

研究人员对16头湘南黄牛与81头世界其他牛品种在全基因组水平进行了比较，共筛选到35,408,837个单核苷酸多态性 (SNP) 位点，大多数SNPs位于基因间区。通过主成分分析、祖先推断和系统发育树分析，结果表明湘南黄牛属于纯种东亚瘤牛。邻接法构建的系统发育树表明，湘南黄牛和中国瘤牛聚集在野牛附近，这与来自爪哇牛和印度野牛对东亚瘤牛不同程度的渗入有联系，Admixture分析也证实这一点。

• 免疫和耐热的基因受选择帮助湘南黄牛适应

研究人员利用两种方法 (θ_π和CLR) 对湘南黄牛群体受选择情况进行表征，发现了与免疫 (UGP2、PRKCZ和ASIC2)、耐热 (DNAIC8、EIF2AK4、COX4I2、DNAJC1和DNAJC18)、肉质和繁殖等重要功能相关的多个基因。为进一步阐明湘南黄牛作为东亚瘤牛与印度瘤牛在选择信号上的差异，研究人员采用F_ST和XP-EHH两种方法分别鉴定出与抗性 (NUDCD3、MACROD2和ASIC2)、被毛颜色 (KIT、MLPH、ATRN、CORIN和ASIP)、耐热性 (PRLH、ERC2、EXOC6B和CHCHD10) 和免疫力 (CBFA2T3、CBFA2T3和CD47) 相关的功能基因。有92个基因在以上四种方法中都被鉴定到，表明这些基因在湘南黄牛中被强烈选择。例如，CD55基因编码一种糖蛋白，该糖蛋白参与调节补体级联反应和预防宿主细胞损伤，且与免疫有关，然而其在湘南黄牛和印度瘤牛之间存在差异表达。该基因区域在印度瘤牛中可能在平衡选择下进化，而在湘南黄牛中可能在定向选择下进化。

• 野牛的渗入帮助湘南黄牛快速适应炎热潮湿环境

研究人员利用D统计量确定了从爪哇牛 (Bos javanicus) 和印度野牛 (Bos gaurus) 基因组到湘南黄牛基因组的基因流。应用RFMix软件联合不完全谱系分选方法鉴定的爪哇牛和印度野牛在湘南基因组中的比例分别为5.67%~7.83%和4.62%~7.02%。U50_{Indian indicine cattle, Xiangnan, banteng, or gaur}统计的计算结果表明，湘南基因组中有1,224个和1,366个来自爪哇牛和印度野牛的高频渗入基因，其中1,033个基因是重复的。多个渗入区域来自爪哇牛和/或印度野牛。在湘南黄牛的25号染色体0.190–0.230 Mb区域发现明显的渗入模式，渗入单倍型在湘南牛中出现的频率最高，iqtree软件构建的系统发育分析结果也支持这一点。该区域包含一组参与生物学相关氧转运的基因 (HBM、HBA、HBA1和HBQ1)。共享基因的富集结果表明，有15个KEGG通路和25个GO通路显著富集在与环境适应、神经系统、内分泌系统和血氧通路相关的生物过程中，说明在基因组上来自野牛的渗入在多个方面帮助湘南黄牛适应本土气候和环境。

研究总结

本研究表明，湘南黄牛是一种遗传多样性较高、近交程度较低的纯种东亚瘤牛。研究结果揭示了高温高湿环境下湘南黄牛独特的基因组特征，以及湘南黄牛中来自爪哇牛和印度野牛的适应性渗入现象。这为进一步研究湘南黄牛和品种保护提供了有价值的见解，对丰富我国黄牛育种基因库具有重要意义。

原文出自 Biology 期刊：https://www.mdpi.com/2079-7737/13/12/1000

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/biology

Biology 期刊介绍

主编：Jukka Finne, University of Helsinki, Finland; Andrés Moya, University of Valencia and CSIC, Spain

期刊主要涵盖细胞生物学、发育生物学、进化生物学、生物化学与分子生物学、微生物学等所有生物领域。

2023 Impact Factor：3.6 (Q1*)

2023 CiteScore：5.7(Q1**)

Time to First Decision：16.4 Days

Acceptance to Publication：2.5 Days

* JCR Q1 at "Biology"

** CiteScore Q1 at "General Agricultural and Biological Sciences"