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为全面刻画印度瘤牛（Bos indicus）基因组变异，研究人员开展印度瘤牛泛基因组研究。他们测序 5 个瘤牛品种基因组，构建泛基因组，鉴定出非参考独特插入（NUIs）等。该研究为瘤牛基因组研究提供新资源，助力相关领域发展。
在全球农业的大舞台上，牛扮演着举足轻重的角色，尤其是在印度，瘤牛数量庞大且品种丰富，对当地的经济和农业起着关键作用。随着遗传学研究的深入，人们逐渐意识到，仅靠单一的参考基因组，就如同用一把小小的钥匙去开启一座巨大的宝藏库，根本无法全面解锁印度瘤牛复杂的基因组奥秘。
不同品种的瘤牛在漫长的进化过程中，由于地域差异、气候影响以及人类的选择育种等因素，积累了丰富的遗传变异。这些变异不仅体现在简单的基因位点变化上，还涉及到基因组的结构变异等复杂层面。以往的研究虽然对牛的基因组有了一定的了解，但对于印度瘤牛这一独特群体的基因组特征，仍然知之甚少。为了填补这一空白，深入探索印度瘤牛的遗传密码，来自印度国家动物生物技术研究所等机构的研究人员踏上了探索之旅，他们的研究成果发表在《Journal of Animal Science and Biotechnology》杂志上。
研究人员运用了多种关键技术方法。首先，采用 10X Genomics‘linked-read’技术对 5 个具有代表性的瘤牛品种（吉尔牛 Gir、坎克雷牛 Kankrej、塔尔帕克牛 Tharparkar、萨希瓦尔牛 Sahiwal 和红信德牛 Red Sindhi）的基因组进行测序。接着，使用 10X Genomics Supernova assembler v2.1 进行基因组组装，生成单倍型和双倍型组装文件。然后，利用 NUI 发现管道和基于图的方法（minigraph 工具）来识别非参考序列，并通过一系列筛选和分析流程确定最终的 NUIs。此外，还进行了转录组分析、基因分型等实验。
研究结果主要包含以下几个方面：
- 基因组测序与组装：对 5 个瘤牛品种进行测序，每个基因组的测序覆盖度约为 100X，组装大小在 2.70 Gb 至 2.77 Gb 之间。不同品种的组装结果存在差异，如萨希瓦尔牛和红信德牛的组装具有更高的连续性，其 L90 值显示 90% 的基因组能组装成较少的 contigs，而吉尔牛、坎克雷牛和塔尔帕克牛的组装连续性相对较低1。
- NUI 的发现与分析：通过 NUI 发现管道和基于图的方法分别得到 9,148 和 29,477 个插入序列，综合比较确定了 6,844 个 NUIs，它们跨越 7.57 Mb。与已发表的泛基因组比较发现，与中国瘤牛泛基因组有 2.8 Mb（37%）的重叠，与其他牛泛基因组重叠较少2。
- 对转录组的影响：将 RNA-seq 数据比对到包含 NUIs 的泛基因组上，发现比对效率提高，整体映射率增加 0.80%，不同品种均有提升。在热应激实验中，鉴定出 15 个与 NUIs 相关的差异表达基因（DEGs），这些基因与热应激反应和适应可能相关34。
- BICIs 的鉴定与分析：在 98 个个体中对 NUIs 进行基因分型，根据 MAF 筛选出 2,312 个 BICIs，它们跨越约 2 Mb。PCA 分析显示 BICIs 可区分不同瘤牛品种，且 BICIs 在基因组上的分布与品种的地理起源相关。此外，BICIs 中 LINEs 元件富集，其侧翼区域也与转座元件（TEs）关联密切56。
- BICIs 的功能与进化分析：926 个 BICIs 位于基因区域，涉及多种基因类型，包括蛋白质编码基因、长链非编码 RNA（lncRNA）和假基因等。功能分析表明相关基因在化学突触传递、细胞连接组织等生物学过程中富集，且在数量性状基因座（QTL）区域也有显著富集，与牛奶生产、繁殖等重要性状相关。进化分析发现，70.28% 的 BICIs 在 Bos 属的姐妹物种中存在，在更远处的 Bovidae 科物种中也有部分分布，体现了其进化的保守性和特异性78。
在讨论部分，研究人员指出，本研究首次构建了印度瘤牛的泛基因组，揭示了大量在参考基因组中缺失的 NUIs。研究中基因组组装的差异与 linked-read 文库制备的复杂性有关，而 NUI 发现管道和图基方法相互补充，为泛基因组构建提供了有力支持。同时，研究发现的 BICIs 在不同瘤牛品种中的分布差异，有助于理解品种间的遗传多样性和进化关系。此外，BICIs 与 TEs 的紧密联系以及其在基因区域的分布，暗示了它们在基因组功能和进化中的重要作用。
综上所述，这项研究意义重大。它为印度瘤牛的基因组研究提供了宝贵的资源，包括 linked-reads 数据、从头组装的基因组、NUIs 和 BICIs 等。这些资源将有助于深入了解瘤牛的遗传多样性、进化历史以及基因与性状之间的关系，为未来的牛遗传育种、疾病研究等领域奠定坚实的基础，推动相关领域的进一步发展。
