揭示科米萨纳绵羊（一种地中海乳用品种）中基因组适应性特征及产奶性能的痕迹

《animal》：Uncovering genomic traces of local adaptation and milk production traits in the Comisana Sheep, a Mediterranean dairy breed

基因组选择在Comisana羊种中的研究揭示8个候选区域，涉及肺发育、免疫调节、组织修复等基因，染色体2和3的显著信号与自然适应相关，而染色体6的硬选择扫可能源于人工选育。

　　这项研究聚焦于Comisana绵羊品种的基因组选择信号，旨在揭示其在低投入、半干旱地中海环境中长期适应的遗传基础。Comisana绵羊作为重要的地中海奶用品种，以其在恶劣环境下的生存能力和高产奶性能而闻名。研究通过整合Comisana与其他两个意大利本地绵羊品种——Sarda和Valle del Belice的基因型数据，利用扩展的等位基因纯合度（EHH）分析和群体分化检测方法，识别出八个可能受到选择作用的基因组区域。这些区域中包含了与环境适应性、免疫调节、组织修复以及乳制品生产相关的基因，从而为理解该品种的遗传机制提供了重要线索。

研究采用中密度SNP芯片数据进行分析，涵盖了238个Comisana个体的基因型信息。此外，研究还结合了之前研究中的24个样本以及CHEESR项目中的528个样本，构建了一个更为全面的数据集。通过使用EHH相关的方法，如整合等位基因得分（iHS）和标准化的群体间位点特异性EHH比值（Rsb），研究人员能够更准确地识别出可能受自然或人工选择影响的基因组区域。iHS方法用于检测近期的不完全选择扫掠，而Rsb则适用于检测已完成的、有利等位基因固化的选择过程。通过这些统计方法的综合应用，研究不仅揭示了Comisana绵羊的适应性基因，还为未来的研究和育种计划提供了重要的参考依据。

在所有分析中，染色体2上的一个显著信号尤为突出，该信号在多种检测方法中均被观察到，涵盖了多个功能相关的基因。例如，NFIB基因与肺部发育密切相关，而FREM1和ZDHHC21则涉及上皮完整性、免疫调节和体温调节。这些基因的变异可能对Comisana绵羊在高温、低水分环境中维持健康和生存能力起到了关键作用。此外，染色体3上检测到的三个同义突变位于SLC6A15、LEMD3和XPOT基因中，这些基因均与组织修复和抵御病原体的能力有关，进一步支持了它们在地方适应中的重要性。

研究还发现，染色体6上存在一个显著的硬选择扫掠信号，该区域的遗传多样性较低，且显示出高度偏斜的位点频率谱（SFS）和强烈的负Tajima’s D统计值，这表明该区域可能经历了近期的人工选择，尤其是通过结构化育种计划。这一发现与Comisana绵羊自1999年以来实施的遗传改良计划相吻合，该计划通过选择核心种群的公羊进行后代测试，以提高其产奶性能。该区域内的基因，如FAM184B、DCAF16、NCAPG和LCORL，已被广泛研究与多种畜牧业物种的生产性状相关，暗示其在提高奶产量和质量方面的潜在作用。

除了上述染色体，研究还识别出染色体13和16上的多个候选区域，其中包含与组织完整性、免疫防御和乳腺功能相关的基因。这些基因的变异可能有助于Comisana绵羊在半干旱环境中维持健康，并提升其产奶能力。这些结果表明，自然选择在Comisana绵羊的基因组中塑造了多个相互关联的生物学通路，从而增强了其对环境的适应能力。

值得注意的是，研究中也指出了基因组选择信号检测的一些局限性。尽管当前的研究采用了多种统计方法，但这些方法并不能直接证明生物学上的因果关系。因此，识别出的候选基因仍需进一步的功能验证。此外，由于参考基因组基于单一的Rambouillet个体，可能存在对结构变异和基因重复的不完整描述，这在某些基因组区域（如染色体3上的117.6-128.3 Mb区域）尤为明显。该区域的SNP变异分布广泛，显示出多个可能的适应性基因，这提示我们可能需要采用更全面的基因组框架，以更好地捕捉和解释这些选择信号。

研究还强调了基因组分析在应对气候变化和资源有限的生产系统中的重要性。随着全球环境变化的加剧，传统的农业模式正面临前所未有的挑战，而像Comisana这样的本地绵羊品种因其在低投入条件下仍能保持高产奶性能，成为可持续畜牧业发展的重要资源。因此，保护和利用这些品种的遗传多样性，不仅有助于维持其独特的基因遗产，也为未来在极端气候条件下培育更具适应性的绵羊品种提供了理论支持和实践指导。

此外，研究还讨论了相关检测方法的局限性。例如，由于Comisana绵羊是杂交群体，其群体结构可能影响选择信号的检测结果。iHS方法通常适用于非近亲个体的分析，但在结构化的群体中，近亲个体的排除反而可能提高选择信号的检测灵敏度。这一现象可能与群体结构中隐藏的基因流动有关，从而揭示了选择信号的复杂性。因此，在进行基因组选择信号分析时，需要综合考虑多种方法，并结合生物学功能注释，以更准确地识别出可能影响适应性和生产性的基因。

研究结果表明，Comisana绵羊的基因组中存在多个适应性基因，这些基因可能共同作用，以增强其在半干旱环境中的生存能力。例如，染色体2上的NFIB基因可能通过促进胎儿肺部成熟，提高新生羔羊的呼吸能力，使其更适应高温和低湿度的环境。FREM1基因则可能通过维持上皮屏障的完整性，帮助绵羊抵御外界环境中的病原体和寄生虫。而ZDHHC21基因可能在维持血管功能和体温调节方面发挥关键作用，从而提高其在极端气候条件下的耐受能力。

同时，研究还指出，染色体3上的某些基因可能与热应激和紫外线防护有关。例如，KITLG基因虽然未被直接检测为显著变异，但其位于两个选择信号之间，暗示其在Comisana绵羊的热适应性中可能起到重要作用。此外，该区域的某些基因已被证明与毛色变化相关，这种表型可能受到环境因素的影响，从而间接支持其在适应性中的功能。

总的来说，这项研究为Comisana绵羊的适应性和生产性状提供了遗传层面的解释，揭示了多个关键基因可能在该品种的环境适应过程中发挥重要作用。然而，研究也提醒我们，选择信号的检测仍需结合功能验证和更全面的基因组数据，以确保对这些基因作用机制的准确理解。未来的研究可以进一步探索这些基因的具体功能，以及它们如何在不同环境条件下影响绵羊的生理和生产性能。此外，采用更先进的基因组技术，如全基因组重测序和高密度基因型数据，将有助于更精细地定位这些选择信号，并推动更加精准的育种策略。