古代基因组揭示了东亚牛的起源及其动态演化历史

《SCIENCE》：Ancient genomes illuminate the origins and dynamic history of East Asian cattle

古代中国牛类基因组研究揭示东亚洲牛类源于西方瘤牛与当地美洲野牛杂交，经历多次跨区域基因流动，形成多元遗传结构。

　　

编辑总结

原始牛（Bos primigenius）为现代牛群的形成做出了贡献，但这种关系在东亚牛类中的研究还不够深入。蔡等人对来自中国各地的166头古代原始牛、欧洲牛和印度牛进行了霰弹枪测序，并将这些数据与之前发表的69头古代牛和595头现代牛的数据进行了结合。他们发现，在最后一次冰盛期之后，古代原始牛种群之间存在显著的基因流动。现代东亚牛似乎起源于西欧亚地区的家养牛，随后与东亚原始牛以及后来的东亚和欧洲牛种群发生了混合。这些数据揭示了影响现代东亚牛种群形成的复杂动态过程。——科琳·西蒙蒂（Corinne Simonti）

结构化摘要

引言

牛在东亚的农牧社会中一直扮演着核心角色。其他地区的基因组研究表明，牛的进化历史非常复杂，涉及多次扩散事件和广泛的基因混合。欧洲牛最初是在约1万年前从近东原始牛驯化而来的，随后传播到欧洲和非洲，在那里与当地的野生原始牛发生了基因交流，留下了持久的遗传印记。在南亚，家养的印度牛大约在8000年前首次出现，其后续的扩散导致了西亚、中亚、东亚和非洲地区的广泛基因混合。

研究背景

尽管动物考古学和古基因组学研究已经记录了牛自约5000年前的存在，但由于古代基因组样本有限，早期东亚牛的起源和扩散过程仍不清楚。此外，现已灭绝的原始牛以及家养牛（如印度牛、牦牛和gayal）的存在表明，东亚牛的进化历史十分复杂，但尚未得到充分研究。为了解决这一问题，我们生成了涵盖中国1万至2万年前166个古代基因组的数据集。该数据集包括过去5000年中国中原地区和新疆地区的详细牛基因组序列，以及东亚原始牛的基因组。

结果

全新世时期的东亚原始牛主要源自更新世前的北亚原始牛谱系，其中约15%的基因来自西方原始牛。黄河流域的新石器时代晚期至青铜时代的牛群形成了一个同质群体，它们起源于迁入的西欧亚家养牛，同时有约10%的本地原始牛基因渗入；之后经历了严重的种群瓶颈现象。原始牛相关的基因片段在X染色体上较为匮乏，这表明存在选择和/或非中性的繁殖过程。与黄河流域的牛群不同，早期的新疆牛具有西方牛的特征，并混合了南亚印度牛的基因，表明它们多次被引入东亚。在青铜时代晚期和铁器时代，与新疆相关的血统传播到了中国北方，影响了后来的牛群结构。中世纪时期，中国的印度牛血统扩展到了中国北方，形成了当今牛群遗传多样性的基础。后来，另一层欧洲牛血统又传播到了中国北方。

结论

我们的研究揭示了东亚牛复杂的基因组演化历史，这一历史受到多次跨区域基因混合的影响。东亚的欧洲牛是通过引入的西方牛与当地原始牛的杂交而形成的，随后又受到了来自新疆相关牛和中国印度牛的基因影响而发生变化。这些结果表明，欧亚草原和中亚地区是牛早期传播到东亚的关键通道，应成为未来古基因组学研究的重点区域。

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东亚牛的动态演化历史。

图中展示了一张混合图，说明了中国北方牛群形成的四个祖先阶段：首先，新石器时代晚期从西方引入的欧洲牛与当地原始牛发生了混合；接着，在青铜时代中期至晚期，具有独特遗传特征的新疆牛向东扩散并发生了混合；随后，在中世纪时期，中国的印度牛向北方扩展；最后，欧洲牛的血统进入了现代牛品种中。

摘要

过去5000年来，东亚家养牛的进化历史仍很大程度上不为人所知。通过分析166头古代牛的基因组序列（时间跨度为1万年），我们研究了中国牛遗传多样性的起源和演化过程，这些牛包括现已灭绝的东亚原始牛和来自关键考古文化的家养牛。东亚和北亚的原始牛与西方原始牛有所不同，尽管东亚原始牛约含有15%的西方血统。黄河地区的第一批家养牛约有10%的基因来自当地原始牛，但这种基因在基因组中的分布并不均匀。新疆地区的早期牛在遗传上具有独特性，并对后来的中国北方牛群有所贡献。印度牛的基因混合直到中世纪时期才在中国北方广泛传播。