Martina Franca驴品种基于系谱与基因组的近交模式解析及其对濒危马科动物保育的启示

本研究针对濒危Martina Franca（MF）驴种群近交评估精度不足的问题，结合系谱（FPED）与基因组（如FROH、FHET）方法，通过ddRAD测序技术分析101头注册个体的21,280个SNP，揭示近期近交主导、ROH分布不均等遗传特征，并鉴定出SHH、EPAS1、OPRK1等选择候选基因，为濒危驴种保育策略提供精准遗传管理依据。

　　

在畜牧遗传资源保护领域，濒危地方品种的遗传管理长期依赖系谱记录计算近交系数（F_PED），但该方法易受记录缺失、祖先信息不完整等因素干扰，难以准确反映基因组层面的真实近交水平。意大利南部的Martina Franca（MF）驴作为大型本土驴种，曾于20世纪80年代濒临灭绝，虽经保育努力种群数量逐步恢复，但其遗传多样性现状与近交风险仍需精准评估。这一品种不仅承载着农业文化遗产价值，更是研究小型马科种群遗传动态的典型模型。

为突破传统系谱分析的局限，研究团队整合系谱与基因组学方法，对MF驴种群展开多维度遗传解析。研究采用双酶切限制性位点关联DNA测序（ddRAD-seq）技术，对101头种畜登记册注册个体（70雌、31雄）进行全基因组基因分型，经过严格质控筛选出21,280个高质量常染色体SNP位点。通过计算系谱近交系数（F_PED1、F_PED3）及多种基因组近交指数（包括基于纯合子过剩的F_HET、F_HAT1-3和基于运行纯合性（ROH）的F_ROH），并利用SNeP软件基于连锁不平衡（LD）估计有效种群大小（Ne），同时通过ROH岛分析挖掘潜在的选择信号及相关候选基因。

主要技术方法

研究从阿普利亚地区10个农场采集样本，利用ddRAD-seq构建基因组文库，Illumina NovaSeq 6000平台进行双端测序。序列比对至驴参考基因组（ASM1607732v2），使用Stacks v2.61进行位点组装，PLINK v1.9进行基因型质控。ROH检测采用R包DetectRUNS，参数设定为最小长度1 Mb、允许最多1个缺失SNP、每ROH最少20个SNP。基因注释通过BioMart访问Ensembl数据库（参考基因组GCF_016077325.2）。

研究结果

有效种群大小（Ne）基于连锁不平衡的估计

Ne估计显示，距今56世代时Ne约为221，表明近期遗传池缩小，而距今约4000世代时Ne超过6800，反映历史遗传多样性较高，近期瓶颈效应明显。

系谱与基因组近交

系谱近交系数F_PED1范围0.029–0.245（均值0.114），基因组F_ROH范围0.006–0.316（均值0.147）。基因组指数（F_HET、F_HAT系列）与系谱指数相关性微弱（如F_PED1与F_HET相关系数仅0.03），而基因组内部指数间高度一致（如F_HAT2与F_ROH相关系数>0.9），证实基因组方法更准确捕获实际近交。

运行纯合性（ROH）

共检测到4433个ROH片段，中长片段（4–16 Mb）占比72%，极短片段（<2 Mb）仅占2%，表明近期近交占主导。ROH分布呈现染色体异质性，2号和3号染色体片段最多，18号最少。F_ROH分布双峰模式提示种群内存在近交程度不同的亚群。

选择信号与基因注释

ROH岛分析识别出2、6、8、12、13、19号染色体上的选择区域，包含54个候选基因。关键基因包括发育相关SHH（Sonic Hedgehog）、低氧应答EPAS1、应激调节OPRK1（κ阿片受体）、凋亡控制BIRC5（survivin），以及免疫相关NFKBIL1、ACKR3和繁殖相关FSHR、LHCGR、DNAH17，提示环境适应、行为特质及繁殖效率可能受选择塑造。

结论与意义

本研究通过基因组工具揭示了MF驴以近期近交为主的遗传侵蚀模式，系谱方法显著低估实际近交水平。ROH分布及候选基因图谱为理解该品种适应机制提供了分子基础，如OPRK1可能与温顺性格选择相关，EPAS1暗示低氧环境适应，FSHR、LHCGR等基因可能反映繁殖性能选择。结果强调将基因组信息纳入保育计划的紧迫性，通过优化配种方案抑制近交上升，同时保护适应性变异。该研究框架可推广至全球其他濒危马科种群，展示基因组学在濒危物种存续中的关键作用。论文发表于《Animal》，为濒危动物遗传管理提供了方法范式和实践指南。