青藏高原黄牛高海拔适应与毛色性状研究取得进展

青藏高原被称为无氧、低温和高海拔。青藏高原地方黄牛资源丰富，因此深入研究青藏高原黄牛适应高海拔环境和毛色特征的遗传机制，对高原黄牛遗传资源的评价、保护和利用具有重要意义。

最近，我国肉牛牦牛产业技术系统岗位专家雷初教授和吕文发教授团队在Advanced Science在线发表题为“Structural Variations Associated with Adaptation and Coat Color in Qinghai-Tibetan Plateau Cattle“研究论文。这项研究是继2024年在Sciencencencencence的系统岗位专家雷初朝和吕文发教授在发布适应青藏高原环境的多基因协同作用后，Bulletin分析了青藏高原黄牛高海拔适应和毛色性状遗传特征的重要研究成果。

该研究采用三代测序与群体遗传分析相结合的方法。-C、ATAC-seq、RNA-seq、CUT&Tag等多组学习测序技术组装了西藏牛基因组，具有高质量的染色体水平。结合第二代测序数据，揭示了其特异性参考基因组在检测罕见低频和多等位基因变异方面的重要作用。通过对高海拔黄牛和低海拔黄牛三代测序数据的分析，共鉴定222,528个基因组结构变异(SV)。在高海拔黄牛中选择的SVs主要是能量消耗。(SORD、ADIPOQ、NDUFB6和SARDH)、VGLL44血细胞和血管生成、SND1、PLCB1、PRDM6、HPSE2、HPSE、GIGYF2和CTNNB1，以及过氧化酶代谢(GNPAT)有关通道。进一步分析显示，1022年青藏高原黄牛GNPAT基因 Bp内含子缺失会增加基因表达;GNPAT基因主要参与氧化应激通道的调整，其102 bp内含子缺失增强了细胞对氧化应激的抵抗力，从而促进了黄牛对高海拔环境的适应。此外，该研究还鉴定了青藏高原黄牛特有的7293个SVs，其中包括缺氧诱导基因EGLN1上游的SVs，这表明SV在黄牛适应高海拔环境方面发挥着重要作用。

毛色是动物环境适应性的重要形式之一，浅色被毛更有利于动物对高海拔强紫外线环境的适应。青藏高原黄牛中有一种特殊的毛色表形，它的毛发呈淡青灰色，俗称“青牛”。根据这个团队的早期调查，青牛只分布在青海、西藏等高海拔地区的黄牛人群中。利用第三代和第二代青牛数据，在青藏高原黄牛6号染色体上识别出一种含有KIT基因的2 两个高度相关的染色体易位SVs，Mb倒位杂合子。通过对皮肤样品的H&E染色和免疫组合分析，我们可以观察到，黑牛的毛囊周围黑色素比青牛强，KIT蛋白信号更明显。通过对黄牛皮肤染色质三维结构的分析，发现2Mb倒置的断点位于拓扑相关领域。(TAD)边界，并且对TAD内部和周围的三维互作有重要影响。与此同时，一种染色体易位于KIT和KDR之间的TAD边界也随之发生。研究表明，这种TAD在许多物种中具有高度传统性，并且老鼠在Kit上。-Kdr TAD序列之间的破坏会导致较浅的毛色表型。因此，黄牛KIT基因的倒置和易位事件破坏了其TAD边界的三维结构，改变了KIT基因的表达水平，从而导致青藏高原黄牛的青牛形状。

该研究采用多组技术系统评价青藏高原黄牛的种质资源，组装了西藏牛的优质参考基因组。该系统揭示了SVs在青藏高原黄牛高海拔适应中的重要性和青牛毛色表面的分子控制机制，为黄牛适应高海拔环境的遗传改善提供了理论支撑。