高(gāo)海拔動物的(de)生态環境适應性是一(yī)個複雜而漫長(cháng)的(de)選擇或進化過程,可(kě)能涉及機體多個基因或外部環境之間的(de)相互作用等。藏西北白絨山羊主要分布于青藏高(gāo)原羌塘草(cǎo)原上,對高(gāo)寒、低(dī)氧和(hé)強紫外線等極端生态條件具有較強的(de)适應性,其羊絨細度、均度和(hé)心肌組織發育等生産性能和(hé)體況指标均優于國內(nèi)其他絨用山羊品種。揭示藏西北白絨山羊絨毛纖維直徑和(hé)抗逆性能等表型特性的(de)遺傳調控機制,對西藏乃至國內(nèi)其他絨山羊絨毛纖維品質提升和(hé)家畜環境适應性能的(de)改良均具有重要借鑒意義。
2023年(nián)8月1日,BMC Genomics在線發表新疆畜牧科學(xué)院畜牧研究所國家絨毛用羊産業技術體系崗位科學(xué)家付雪峰研究員團隊題為(wèi)“Drivers of plateau adaptability in cashmere goats revealed by genomic and transcriptomic analyses”的(de)研究論文。
該項研究,以32隻藏西北白絨山羊和(hé)32隻疆南絨山羊為(wèi)研究對象,基于血液基因組重測序及分析,發現自(zì)然選擇或人為(wèi)馴化導緻了兩個品種間基因組結構呈現顯著差異;共定位到了與環境适應相關的(de)1161個潛在受選擇基因(PSGs),包括7個心肌發育相關基因、2個色素沉着相關基因、27個毛囊/毛發生長(cháng)相關基因,以及13個癌症發生相關基因等(詳見圖1)。全基因組關聯分析(GWAS)進一(yī)步篩選出了與山羊絨平均纖維直徑(MFD)性狀顯著相關的(de)SNPs,且發現藏西北白絨山羊羊絨纖維直徑較疆南絨山羊更細,這也可(kě)能是藏西北白絨山羊能夠更好适應青藏高(gāo)原寒冷環境的(de)進化表征(詳見圖2)。通過皮膚組織轉錄組測序及分析,發現24個差異表達的(de)KRTs和(hé)KRTAPs基因廣泛富集于角蛋白纖維和(hé)中間絲纖維蛋白,且這些基因在藏西北白絨山羊皮膚組織中的(de)表達量顯著低(dī)于疆南絨山羊(log2FC >2),這也進一(yī)步解釋了為(wèi)什麽藏西北白絨山羊羊絨質地(dì)更細膩(詳見圖3)。
此外,在衆多PSGs中,位于22号染色體上MITF基因的(de)X1、X2、X3、X4和(hé)X5-1-3外顯子(zǐ)及中間內(nèi)含子(zǐ)區域的(de)SNPs突變,進而調控該基因的(de)剪切和(hé)表達模式及表達量,從而影響了不同品種絨山羊皮膚組織中黑色素的(de)生物合成水平以應對極端生态環境。該結果為(wèi)解析絨山羊絨用性能和(hé)環境适應性的(de)分子(zǐ)調控機制提供重要參考依據(詳見圖4)。
圖1 藏西北白絨山羊和(hé)疆南絨山羊全基因組重測序分析
(A):32隻藏西北白絨山羊和(hé)32隻疆南絨山羊的(de)分布情況;(B)64個基因組重測序樣本的(de)PCA分析;(C)64個基因組重測序樣本的(de)系統發育分析;(D)兩個品種間的(de)Fst分析。
圖2 篩選與絨山羊羊絨纖維直徑相關的(de)SNPs
(A):藏西北白絨山羊和(hé)疆南絨山羊羊絨纖維直徑表型對比;(B):羊絨纖維直徑表型的(de)GWAS結果和(hé)關聯候選基因的(de)Fst分析結果。
圖3 藏西北白絨山羊和(hé)疆南絨山羊皮膚轉錄組分析
(A):兩個品種皮膚轉錄組樣本的(de)聚類分析(J:疆南絨山羊樣;S:藏西北白絨山羊樣本);(B):皮膚組織基因表達模式分析;(C):疆南絨山羊(J)與藏西北白絨山羊(T)皮膚轉錄組比較分析;(D):差異基因的(de)功能富集分析。
圖4 MITF基因中的(de)突變與山羊皮膚組織中黑色素合成的(de)潛在關聯
(A):22号染色體的(de)Fst分析結果以及MITF基因不同剪切體在兩種絨山羊皮膚組織中的(de)表達模式;(B):黑色素合成途徑;(C):MITF基因的(de)Fst分析。
該研究得到國家重點研發計劃國家重點研發計劃(2021YFD1200902)、新疆維吾爾自(zì)治區創新環境(人才、基地(dì))建設專項(2021D04008,2020Q035)等項目資助。
文章(zhāng)鏈接:https://doi.org/10.1186/s12864-023-09333-1