探寻牧犬行为适应的基因组奥秘：解锁 EPHB1 基因的关键作用

为解决识别影响牧犬放牧行为遗传因素的难题，研究人员开展了对 12 种不同起源牧犬全基因组测序研究。结果发现多个与社会互动、认知功能相关的受选基因，EPHB1 基因作用突出。该研究有助于理解犬类行为适应的遗传机制。

　　在人类与犬类漫长的共生历史中，犬类承担着多种多样的角色，其中牧犬凭借独特的行为能力，协助人类管理家畜，成为农牧业生产的得力助手。然而，尽管犬类在人类生活中至关重要，但其行为背后的遗传基础却迷雾重重。尤其是牧犬的放牧行为，涉及复杂的本能和运动技能，这些行为是如何受到基因调控的，一直是科学家们渴望揭开的谜团。以往的研究在探索犬类行为遗传机制时困难重重，一方面，犬类不同品种执行相似任务时功能多样且专业化，使得通过传统研究方法难以确定行为相关基因；另一方面，行为受训练、环境等多种因素影响，难以客观评估，多数研究也仅聚焦于异常行为。

为了突破这些困境，深入探究牧犬行为适应的遗传奥秘，来自多个研究机构的研究人员携手开展了一项全面而深入的研究。他们利用 12 种不同起源的牧犬全基因组测序（WGS）数据，通过一系列严谨的实验和分析，揭示了许多关键信息。该研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上，为我们理解犬类行为的遗传基础提供了重要线索。

在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，他们从多个公共数据库收集了 551 只犬和 33 只狼的全基因组测序数据，并严格按照既定流程进行序列处理和变异检测，得到约 5020 万个高质量的单核苷酸多态性（SNP）和小片段插入或缺失（indels）数据 。其次，采用交叉群体复合似然比（XP - CLR）检验和交叉群体扩展单倍型纯合性（XP - EHH）检验两种方法，来识别可能的选择信号。再者，对边境牧羊犬工作线和展示线进行基因分型，利用全基因组关联分析（GWAS）确定差异基因。此外，通过构建单倍型和计算四群体 D 统计量（fd），研究不同品种间的基因流动情况。最后，借助主人报告的调查数据，分析特定基因单倍型与犬类行为的关联。

研究人员通过这些技术方法，取得了一系列重要研究结果。

1. 强且共享的选择信号：对 12 种牧犬和非牧犬的全基因组进行分析，在至少一种牧犬中检测到 2624 个正选择基因。排除非牧犬中重叠的选择信号后，在多个牧犬品种中鉴定出 2350 个基因。其中，471 个基因在至少两个品种中出现，97 个在至少三个品种中出现，23 个在至少四个品种中出现，这些重叠显著高于随机预期。对这些共享选择信号的候选基因集进行富集分析发现，牧犬的选择信号在与 “认知功能测量”“教育程度”“智力” 等行为特征相关的基因中显著富集，而非牧犬的正选择基因则在其他不同类别特征，如葡萄牙水犬的肺功能特征、藏獒的人体测量特征等方面富集。这表明牧犬和非牧犬在进化过程中，因不同的功能需求，其基因组受到了不同方向的选择压力。
2. 边境牧羊犬的选择靶点：边境牧羊犬因其出色的放牧能力和对人类指令的高响应性，被誉为 “最聪明的犬种”。研究人员对边境牧羊犬进行更严格的筛选分析（P < 0.001），并结合其品种特异性 SNP，发现了 24 个超过严格显著性阈值的基因。其中，EPHB1 基因的选择信号极为显著（XP - EHH 和 XP - CLR 均在前 0.1%），且该基因内含子变异位点存在边境牧羊犬特异性的 T 等位基因，在 91 个非牧犬品种的 422 只犬中未检测到。同时，还发现包括 EPHB1 基因在内的多个基因与认知功能和社会行为相关，且 11 个正选择基因在脑组织中高表达（平均转录本每百万（TPM）> 10），这暗示这些基因在神经系统过程中发挥着重要作用。
3. 边境牧羊犬工作线和展示线的等位基因分离：许多犬种包括边境牧羊犬都存在工作线和展示线，两者选育目标不同。研究人员对 50 只工作线（BORDW）和 9 只展示线（BORDC）边境牧羊犬进行基因分型和全基因组关联分析，发现 176 个全基因组显著的 SNP，其中前五个最显著的基因包括 PTPRZ1、ASB3、LMO3、LRP2 和 EPHB1。EPHB1 基因在之前的选择扫描分析中也被识别，且与轴突引导相关的多个 ephrin 受体基因曾被报道与边境牧羊犬谱系有关，这表明该基因所在的信号通路与犬类行为过程密切相关。此外，MSX1 和 RUNX2 基因参与小鼠颅面发育，这暗示从工作线培育展示线的过程中，存在对颅骨形状等形态特征的遗传固定选择压力。
4. 牧犬品种间 EPHB1 基因的单倍型共享：通过构建 8 个群体的单倍型，研究人员发现在 EPHB1 基因约 57kb 区域存在 6 种不同单倍型。其中，单倍型 1 在工作线边境牧羊犬中频率高达 84%，在展示线边境牧羊犬中频率为 22% ，在其他非牧犬和多数牧犬品种中几乎不存在，但在恩特雷布赫山地犬（EMD）中频率为 63%。进一步分析发现，工作线边境牧羊犬和恩特雷布赫山地犬在该区域基因流显著较高，存在局部基因渗入现象。EPHB1 基因参与轴突生长、空间记忆等重要过程，其在不同牧犬品种间的特定单倍型共享，为研究共享有益等位基因在放牧行为中的作用提供了模型。
5. EPHB1 基因对行为特征的遗传影响：研究人员利用达尔文方舟调查数据，分析 EPHB1 基因工作线特异性单倍型与犬类行为的关联。结果发现，携带该单倍型的犬在玩具导向行为上显著高于非携带者，这一结果在混合品种犬和边境牧羊犬中均得到验证，即使经过多重测试校正后，该关联依然显著。这表明 EPHB1 基因的特定单倍型与犬类的某些行为特征密切相关，为深入研究该基因在犬类行为中的功能提供了有力证据。

综合上述研究结果，研究人员得出结论：功能性选择塑造了牧犬品种的遗传结构，与社会互动和认知功能相关的基因在牧犬中受到显著选择，这些基因可能与牧犬对人类交流的高敏感性、快速理解新指令的能力以及管理畜群时应对各种任务和挑战的熟练程度有关。其中，EPHB1 基因在不同犬类群体的分化中表现突出，可能在犬类驯化过程中对其适应性行为发挥了重要作用。

然而，该研究也存在一定的局限性。牧犬品种具有多种专业化放牧风格，其遗传基础可能存在趋同现象，但本研究样本量较小，难以深入探究特定放牧风格与遗传适应的关系。此外，研究主要基于品种分类评估表型，未涉及核苷酸水平变异和结构变异，更精细的研究需要个体行为指标和更大样本量。而且，虽然基因组证据提示了基因与行为的关联，但还需要更多独立的功能验证实验来明确具体基因位点对性状的影响。尽管如此，该研究首次系统地揭示了牧犬行为适应的基因组特征，为后续深入研究犬类行为的遗传机制奠定了坚实基础，开启了从基因组层面理解犬类复杂行为的新篇章，对犬类遗传学和行为学研究具有重要的推动作用。