11月21日，《中国科学：生命科学》（SCIENCE CHINA Life Sciences）在线发表了中国农业大学动物科学技术学院李孟华教授团队论文《人工选择导致家养动物的基因组多样性降低及性染色体选择压力增大》（Artificial selection shapes the lower genomic diversity and higher selective pressures on the sex chromosomes of domestic animals）。这项研究揭示了经过人类驯化的家羊与其野生祖先相比，遗传多样性的变化以及在染色体水平上选择压力的差异，揭示在自然选择和人工选择双重作用下的基因组特征。
哺乳动物雌性和雄性具有显著差异的性染色体构成-XX, XY。与常染色体相比，性染色体呈现一些独特性，如在群体水平的有效群体大小低于常染色体，雄性的X和Y染色体是半合子（hemizygosity）。而性染色体独特构成可能与遗传漂变（genetic drift）、选择压力、瓶颈效应等互作塑造性染色体的基因组特征。然而对于不同演化动力如何作用于性染色体基因组特征缺乏深入的理解。家养动物及其直接驯化祖先提供了研究体系，如绵山羊。一万多年前，亚洲摩弗伦（Ovis orientalis）和野山羊（Capra aegagrus）被驯化，绵羊和山羊成为最早被家养的动物之一。绵山羊在人类的驯化和选育过程中经历一些重要的群体历史动态变化过程，如驯化过程中的瓶颈效应和建群效应、遗传漂变效应，繁殖个体的雌雄性别比例偏离祖先，人工选择作用等。
本研究从现有数据库中收集了205个家绵羊个体、21个亚洲摩弗伦个体、60个家山羊个体以及19个野山羊个体的全基因组测序数据，基于二态性 SNP 位点进行分析。通过 SNP 位点分布、θπ分析、连锁不平衡（linkage disequilibrium，LD）分析以及长纯合片段（runs of homozygosity，ROH）分析揭示了家羊与其野生祖先在遗传多样性上的差异；通过θπ和 iHS 分析，结合基因注释、GO 基因富集分析和等位基因频率揭示了家羊与其野生祖先在染色体水平上的选择压力差异。
研究发现，在染色体水平上，家绵山羊的 X/A（X染色体和常染色体多样性比值）远低于期望值0.75，远低于其驯化祖先值，导致这一现象的原因可能是饲养过程中的偏性别交配系统（一雄多雌）和管理策略（青年雄性屠宰，只有少量雄性用于繁殖）导致的遗传漂变以及 X 染色体雄性半合子特征等因素。进一步的选择压力分析表明，相比于野生祖先，绵山羊的常染色体和 X 染色体受到了更强的选择压力，在全基因组水平功能的功能注释表明与生产性状相关的基因均位于常染色体上，如在驯化绵羊常染色体上找到了显著富集的基因 HOXA9、HOXA10 和KITLG，主要跟生殖以及尾型等性状相关；在驯化山羊常染色体上找到了显著富集的基因 GJA3、GJB2和GJB6，主要跟体型、生长发育以及环境适应性等相关。这些等位基因频率相对较高，在家羊的基因组中趋于固定。
遗传多样性和选择压力分析
本研究从全基因组水平上对家羊与其祖先群体进行遗传学分析，探究驯化和人工选择作用导致的家羊群体表型特征变化对于基因组特征的影响，尤其是对性染色体基因组特征的影响。
中国农业大学硕士研究生吴美明（现中国科学院动物研究所博士生）为第一作者，
中国农业大学吕锋骅副研究员、中国农业大学李孟华教授为通讯作者。博士研究生王东峰参与了本项目研究。本研究获得了国家自然科学基因等项目的资助。
供稿：动科学院
供图：动科学院
编辑：李杨
责编：马文哲
