基于全基因组扫描探究羊驼群体纤维品质性状定向选择下的选择性清除特征

本研究针对羊驼纤维品质改良的育种需求，通过对630只经定向选育的羊驼进行基因组扫描（76,508个SNPs），采用iHS、nSL和XP-EHH分析方法鉴定与纤维生产相关的候选基因组区域。研究发现544个SNPs作为选择性信号，构建了509个候选区域（覆盖14.6 Mb），包含293个候选基因，其中11个与磷酸化/去磷酸化（如PTPRN、FRK）、28个与RNA聚合酶活性（如FOXP1、MITF）相关。这些基因调控毛囊发育和毛发质量，为羊驼分子育种提供新靶点，表明纤维性状受多基因加性效应控制。

　　

在安第斯山脉的高原上，一种被称为“神之纤维”的羊驼毛以其轻盈、柔软和保暖性闻名于世。然而，羊驼养殖业正面临着一个严峻挑战：如何通过遗传改良持续提升纤维品质，满足高端纺织品市场对超细纤维的需求。羊驼（Vicugna pacos）作为南美洲重要的经济畜种，其纤维质量直接影响养殖者的收入和产业可持续发展。尽管秘鲁Pacomarca实验农场自2007年起就实施了系统的遗传评估和选育计划，旨在增加个体细纤维产量，但纤维品质性状的遗传机制仍不明确。

以往研究表明，羊驼纤维性状可能受多基因控制，且与毛囊发育、角质化过程以及信号传导通路密切相关。然而，由于羊驼基因组研究的滞后性以及种群历史中与美洲驼（Lama glama）的持续杂交现象，使得解析其纤维性状的遗传基础变得尤为复杂。传统的育种方法虽然取得了一定成效，但进展缓慢，亟需通过基因组学手段揭示其分子机制，加速育种进程。

在此背景下，研究人员开展了一项针对Pacomarca农场羊驼种群的全基因组选择性清除分析。该研究通过对630只经定向选育的羊驼进行高密度SNP芯片基因分型，利用多种群体遗传学方法，试图回答两个关键问题：定向选择如何塑造羊驼基因组？哪些基因和通路在纤维品质形成中发挥关键作用？

为了开展这项研究，研究人员首先从Pacomarca实验农场选取了630只华卡亚品种羊驼（85雄、545雌），主要为白色被毛个体，其中包括135个亲子三重体。通过Affymetrix定制羊驼SNP芯片（76,508个SNPs）进行基因分型，经过严格质量控制后保留42,990个常染色体SNPs。研究采用两种分析策略：使用iHS和nSL统计量在全群体水平检测不完全清除信号；利用XP-EHH方法比较低选择（49个体，2002-2008年出生）和高选择（127个体，2020-2021年出生）两个亚群，鉴定近乎固定的选择信号。通过BedTools软件构建候选基因组区域，并利用DAVID数据库进行基因功能富集和注释分析。

样品与群体结构分析

研究人员首先通过主成分分析和亲缘关系矩阵评估了群体结构。结果显示，前两个主成分分别解释了12%和7%的基因组方差，表明所选群体不存在明显的遗传分层。亲缘关系分析发现，亲子对间的最大亲缘系数为0.257，与群体其他个体对（最大0.273）分布重叠，表明亲缘关系对分析结果影响较小。

选择性信号的鉴定

通过iHS检测到1,605个选择信号（分布在35条常染色体上），nSL检测到1,024个信号（33条染色体）。两种方法共同识别出544个候选SNPs，其中VPA8染色体携带最多信号（52个，9.6%）。XP-EHH分析发现965个在高选择群体中近乎固定的SNPs，但仅有20个与iHS/nSL共同信号重叠，表明选择大多处于不完全清除阶段。

候选基因组区域构建

通过整合相邻信号，研究构建了509个候选基因组区域，覆盖14.6 Mb基因组区域。其中89%区域仅包含1个SNP，11%区域包含2-4个SNP。VPA3、VPA4、VPA8和VPA17四条染色体包含了35.4%的候选区域。XP-EHH分析则构建了119个固定区域，覆盖3.28 Mb，主要集中在VPA2、VPA10和VPA20染色体上。

基因功能富集分析

在509个候选区域内共鉴定出293个候选基因，分布在32条染色体上。功能分析显示，11个基因（如PTPRN、FRK、PTPN23和PTPRT）与磷酸化/去磷酸化过程相关；28个基因（如FOXP1、MITF、RNF10和ZNF664）与RNA聚合酶活性相关。这些基因在其他物种中已被证明在毛囊发育和毛发质量调控中起关键作用。

XP-EHH分析发现的54个候选基因中，有10个与iHS/nSL结果重叠（如WDHD1、EYA4、SYNE1、FOXP1和NOTCH3），主要参与DNA复制和转录过程。功能聚类分析识别出5个显著富集的功能簇：酪氨酸蛋白磷酸酶相关簇（6个基因）、SH3结构域相关簇（9个基因）、层粘连蛋白相关簇（4个基因）、WD重复结构域相关簇（9个基因）和Sushi结构域相关簇（4个基因）。

研究结论表明，Pacomarca羊驼基因组在纤维品质的定向选择下发生了广泛的选择性清除，涉及多条染色体上的多个基因组区域。这种模式与主要由加性效应基因控制的性状预期一致。鉴定出的候选基因主要涉及磷酸化过程和RNA转录调控两大功能类别，这为理解羊驼纤维品质形成的分子机制提供了重要见解。

讨论部分指出，虽然当前使用的SNP芯片密度有限且羊驼参考基因组（VicPac3.1）仍为草图版本，但研究结果为进一步解析羊驼纤维性状的遗传基础提供了有价值的方向。特别是发现的酪氨酸磷酸酶基因和SH3结构域基因可能通过调控角质 filament组装和细胞信号传导影响纤维质量；层粘连蛋白基因则可能通过影响皮肤和毛囊发育起作用；而Sushi结构域基因可能通过调节补体激活和炎症反应间接影响上皮组织发育。

值得注意的是，研究还发现了与被毛颜色相关的MITF基因的选择信号，表明白色纤维的隐性选择可能也在育种过程中发挥作用。这一发现提醒育种者需要平衡纤维品质与其他经济性状的选择压力。

该研究的重要意义在于首次系统性地揭示了羊驼纤维品质性状的基因组特征，为未来开展羊驼分子育种提供了重要的候选基因和基因组区域。这些发现不仅对羊驼育种具有直接应用价值，也为其他毛用动物（如绵羊、山羊）的纤维品质遗传改良提供了 comparative genomics研究的基础。随着羊驼基因组注释的不断完善和更高密度分子标记的开发，这些结果将得到进一步验证和精细化，最终推动羊驼育种进入基因组选择的新时代。