近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院雷初朝教授團(tuán)隊(duì)在《Advanced Science》期刊在線發(fā)表題為 “Structural Variations Associated with Adaptation and Coat Color in Qinghai-Tibetan Plateau Cattle” 的研究論文。該研究系統(tǒng)揭示了結(jié)構(gòu)變異（SV）在青藏高原黃牛高海拔適應(yīng)中的重要作用及青牛毛色表型的分子調(diào)控機(jī)制，為黃牛適應(yīng)高海拔環(huán)境的遺傳改良提供了理論支撐。這也是雷初朝教授團(tuán)隊(duì)繼2024年在《Science Bulletin》發(fā)表黃牛適應(yīng)青藏高原環(huán)境的多基因協(xié)同效應(yīng)后，又一解析青藏高原黃牛高海拔適應(yīng)和毛色性狀遺傳特征方面的重要成果。

 

　　青藏高原作為“世界第三極”，其極端高海拔環(huán)境（低氧、低溫、強(qiáng)紫外線）塑造了獨(dú)特的生物適應(yīng)機(jī)制。青藏高原黃牛主要分布在海拔3000-4600米的地區(qū)，具有體型小、被毛厚、代謝率低等特點(diǎn)。高海拔適應(yīng)性是一個(gè)復(fù)雜性狀，基于單核苷酸多態(tài)性（SNP）的研究僅能部分解釋黃牛對(duì)高原缺氧環(huán)境的系統(tǒng)性適應(yīng)表型，受測序和研究手段的限制，對(duì)大片段SV仍缺乏系統(tǒng)研究。

 

　　利用HiFi和Hi-C測序技術(shù)，該研究組裝了目前最完整的西藏牛染色體水平參考基因組；結(jié)合二代測序數(shù)據(jù)，揭示了群體特異性參考基因組在檢測罕見低頻和多等位基因變異方面的重要作用。通過分析36頭高海拔黃牛和48頭低海拔黃牛的三代Nanopore測序數(shù)據(jù)，共鑒定出222,528個(gè)SV。高海拔黃牛中受選擇的SVs主要富集在能量代謝（SORD、ADIPOQ、NDUFB6和SARDH）、紅細(xì)胞和血管生成（VGLL4、SND1、PLCB1、PRDM6、HPSE2、HPSE、GIGYF2和CTNNB1）以及過氧化物酶體代謝（GNPAT）相關(guān)通路。進(jìn)一步分析顯示，青藏高原黃牛GNPAT基因中102 bp內(nèi)含子缺失可能會(huì)上調(diào)該基因表達(dá)；GNPAT基因參與氧化應(yīng)激通路的調(diào)節(jié)，其變異可能增強(qiáng)了細(xì)胞對(duì)氧化應(yīng)激的抵抗力，從而促進(jìn)黃牛對(duì)高海拔環(huán)境的適應(yīng)。此外，該研究鑒定出青藏高原黃牛特有的來自于牦?；蚪M滲入的7293個(gè)SVs，其中包括缺氧誘導(dǎo)基因EGLN1上游的SVs。

 

　　在青藏高原黃牛中存在一種特殊的毛色表型，其被毛呈淺青灰色，俗稱“青牛”。據(jù)該團(tuán)隊(duì)前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)，青牛僅分布于青海與西藏等高海拔地區(qū)的黃牛群體中。利用三代和二代青?；蚪M數(shù)據(jù)，在6號(hào)染色體上鑒定到一個(gè)包括KIT基因的2 Mb倒位雜合子以及兩個(gè)高度關(guān)聯(lián)的染色體易位SVs。通過皮膚樣品的H&E染色和免疫組化分析，觀察到黑牛的毛囊周圍比青牛有更強(qiáng)烈的黑色素和更明顯的KIT蛋白信號(hào)。通過對(duì)黃牛皮膚染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)2 Mb倒位的斷點(diǎn)位于拓?fù)湎嚓P(guān)域（TAD）邊界，并對(duì)TAD內(nèi)部和周邊的三維互作進(jìn)行了重布線。同時(shí)，伴隨倒位發(fā)生的一個(gè)易位發(fā)生于KIT和KDR之間的TAD邊界，可能通過破壞該TAD序列導(dǎo)致牛淺毛色的發(fā)生。因此，KIT基因的倒位和易位事件可能通過破壞TAD邊界的三維結(jié)構(gòu)，改變KIT基因的表達(dá)水平，進(jìn)而導(dǎo)致青藏高原黃牛的青牛表型。

 

　　西北農(nóng)林科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院陳寧博副教授和雷初朝教授、云南省草地科學(xué)院黃必志研究員和吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)呂文發(fā)教授為共同通訊作者。西北農(nóng)林科技大學(xué)博士后夏小婷、博士生汪富文、羅小雨、李雙及吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)呂陽副教授為共同第一作者。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、西藏自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、云南省雷初朝專家工作站及國家肉牛牦牛產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系等項(xiàng)目的資助，西北農(nóng)林科技大學(xué)超算中心為該研究提供了計(jì)算資源。

 

　　原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202503258