白牦牛起源之谜破解

时间： 2023-11-01 04:58     浏览量：508

青藏高原白牦牛。

■本报见习记者 叶满山

青藏高原，这片被称为“世界屋脊”的神秘土地，孕育了无数独特的生物和自然资源。其中，一种具有特殊外貌的动物——白牦牛，深受当地人和游客喜爱。

兰州大学生态学院教授刘建全与中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所研究员阎萍课题组等合作，研究发现接近90%的家养牦牛拥有来自黄牛的基因组结构变异，占其所有基因组结构变异的1%至5%。这些来自黄牛的遗传渗入是家养牦牛不同品种表型变异的关键遗传基础和分子标记。

近日，相关论文发表于《自然-通讯》。

揭开白牦牛身世之谜

在青藏高原，家养牦牛为牧民提供了奶、肉、毛、役力、燃料等生产生活必需品，它们是牧民重要的生活和经济来源，也是当地畜牧业不可缺少的重要畜种。牦牛驯化也为人类早期居住在青藏高原高海拔地区提供了基本条件。

“研究家养牦牛的基因组可以帮助我们更好地理解牦牛的驯化历史、适应性特征、遗传背景和进化过程。”刘建全告诉《中国科学报》。

在该研究中，研究人员将系统发育、生物地理学和群体基因组数据进行整合分析，首次将环境适应性、驯化过程和杂交渗入来源的基因组结构变异进行了区分，新鉴定了一批与牦牛高原环境适应和驯化相关的关键基因和等位结构变异，揭示了家养牦牛基因组结构进化来源的复杂性及其导致的表型变异。

研究发现，90%左右的家养牦牛，拥有通过远缘种间杂交渗入、来自黄牛的结构变异，占其基因组约1%至5%，并且决定了家养牦牛的很多表型。

传统家养牦牛普遍为黑色，但是也有花色和白色等品种，这是什么原因造成的？

研究人员对此也给出了解释。他们研究花牦牛调控毛色的主效基因后发现，其拥有来自花黄牛独特基因组结构变异的遗传渗入，这个渗入改变了常见的黑色牦牛表型，形成了花色牦牛；而这一渗入随后引发了新的遗传突变，产生了大家喜爱的白牦牛。

近30年野外采样获大量研究材料

7300多年前，生活在青藏高原上的先民驯化野牦牛，形成家养牦牛。约4000年前人类驯化野牛形成黄牛，此后黄牛随人类的交流交往活动逐渐“落户”青藏高原。

牦牛和黄牛杂交会产下犏牛，雄性犏牛不育，雌性犏牛则完全可繁育，能与牦牛或黄牛回交产下完全可育的雌性后代，这种回交在逻辑上一定会导致杂交渗入-基因的种间转移。

“生活在海拔较低地区的家养牦牛更容易接触黄牛，从而获得更多来自黄牛的杂交渗入。”刘建全表示，“但这样它们也丢失了适应高海拔所需的基因结构变异，导致高、低海拔家养牦牛在基因组结构变异上存在显著差异。”

人工选择和种间杂交渗入在所有家养动植物中都存在。然而，在牦牛身上，人们之前没有对它们进行有效区分，因此无法鉴定到每个过程以及一些重要表型的关键基因。

通过近30年的野外采样和野外科学考察，该研究团队取得了大量的一手研究资料。他们不仅收集了所有的家养牦牛品种样本，还多次深入可可西里无人区采集了野牦牛样品。在多年的国际合作中，他们收集了欧洲野牛、美洲野牛等国外相关近缘物种的样品。

“通过不同地理区域的完整取样，我们使用基因组结构变异和新的组合分析方法，鉴定了每个过程的关键基因和结构变异，发现种间远缘杂交不仅能直接产生新表型以及新的环境适应性，还能诱导新的突变，产生更为独特的表型。”刘建全说。

物种间远缘杂交是重要育种手段

“牦牛不仅是青藏高原上的重要生产资料，还是一种具有极高经济价值的畜种。”刘建全表示，培育高效优良的品种是当前牦牛育种的核心目标。

牦牛毛是纺织品的上佳原料，毛质柔软，富有光泽，是制作衣物、家居用品和工艺品的优质材料。牦牛皮也是制作皮革的重要原料，其骨可熬制骨髓粉，骨粉和骨胶更是工业和医药的重要原料。一些牦牛品种，如生活在相对低海拔环境中的天祝白牦牛和金川牦牛，肉质更为细嫩，营养更丰富，也更受消费者喜爱。

“利用我们已经获得的结构变异和其他遗传变异进行分子辅助育种，能快速、高效地筛选出白色、无角牦牛，同时也能通过分子标记选择优异的野牦牛公牛个体，提高野牦牛和家养牦牛杂交育种水平。”刘建全说。

通过研究牦牛基因组的结构变异，可以识别出与适应性、驯化特征及生产性能相关的基因，将其作为分子标记进行育种，选择具有更好适应性和更优质遗传特征的牦牛个体作为繁殖种源，能够改良家养牦牛的品种，从而提高不同地区牦牛的生产力、抗病能力和环境适应能力。

“现在，大家都非常关注基因编辑技术和转基因育种。但是，我们的研究结果表明，物种间远缘杂交应作为培育家养动物新表型、新品种最为重要的方法。”刘建全表示。

下一步，他们将采用新思路和新方法，将黄牛更多（超过10%或更多）的基因组成分通过远缘杂交导入牦牛体内，这样不仅能通过杂交渗入使后代具有更多的杂种优势，还能诱导更多的新突变，从而选育出适应不同生境和满足人类不同需求的牦牛新品种。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-41220-x

关键词 : 基因 新浪科技公众号

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