哈萨克马西部生态型（Adai）的种群现状与基因组特征解析

《Genes》：The Western Ecotype of the Kazakh Horse: Current Status and Genomic Characterisation

　　

摘要 背景/目标：哈萨克马包含欧亚草原多个地方适应类型和生态型。Adai是其西部生态型，全年在哈萨克斯坦西部曼格斯套的沙漠牧场上放牧，并于2024年在未经遗传评估的情况下被认定为一个独立品种。本研究探究该标签是否对应一个遗传单元，以及该群体是否保持封闭。方法：研究人员对533匹登记为Adai的马匹（其中500匹追溯至曼格斯套的5个牧场）进行了基因分型，并与45个品种的988匹参考马在36,193个共享常染色体SNP上进行比较。通过主成分分析、成对FST（含块刀切区间）、邻接树和交叉验证的个体归属评估群体结构；通过f4统计量（以223匹参考草原马的实证零分布为对照，祖先尺度基于由真实基因型构建的1800次模拟杂交进行校准）评估每匹动物的渗入；并在牧场内对8项体尺测量进行建模。结果：Adai作为一个群体无法与中亚草原复合群区分：与图瓦、伊犁、三河和蒙古马的成对FST为0.004–0.008，且两个Adai牧场之间的差异与一个Adai牧场与一个参考草原品种之间的差异相当。尽管如此，个体归属对这些品种仍准确（成对86–100%），但同一分类器以69–85%的准确率区分两个Adai畜群，说明数千标记上的归属准确率反映的是标记数量而非品种身份。相对于实证零分布，15.6%的Adai超过第95百分位，12匹超过最大值。该估计量在未混入外血的Adai上带有3.7个百分点的下限；在校准尺度上，9.6%的动物达到一匹纯血马曾祖父母所预期的祖先水平，4.2%达到一匹祖父母所预期的水平（未校准分别为15.8%和4.6%）。渗入呈集中分布：一个牧场42%的马匹达到曾祖父母等效或更高，其余四个牧场为0–9%，这一差异在所有考虑家系结构的分析中均保持显著。祖先与八项体尺测量在牧场内均无关联，无论模型中是否包含年龄。结论：Adai并非一个分化群体，而是连续草原复合群的一部分，并携带集中于特定牧场的未记录纯血马亲缘祖先。按现行管理方式，其无法通过文件或表型加以认证。注册时的基因组验证是一种可行的工具，但所需的标记面板未在本研究中开发或验证。

论文解读

一、研究背景与问题

哈萨克马的草原放牧历史悠久，母马在春季野外产驹，种公马以群居方式维持后宫而非指定交配，因此亲缘关系从未被直接观察，只能从畜群组成推断。哈萨克斯坦拥有约420万匹马，但仅有约1%登记为纯种，其余品种归属依据来源和体型而非谱系记录。Adai作为哈萨克马的西部生态型，分布于里海与咸海之间的曼格斯套地区，全年在沙漠牧场上放牧，2024年1月被正式认定为独立品种，但认定过程中未包含任何遗传评估。此前研究显示，哈萨克马各类型间的分化远低于一般马品种间的水平，但Adai的遗传采样极为稀少，最大规模的全球比较仅纳入27匹Adai。研究人员开展本研究的目的在于：（i）将Adai定位于45个参考品种之中；（ii）检验品种标签是否对应遗传单元；（iii）在个体水平检验并量化来自草原之外的近期渗入；（iv）比较五个采样牧场；（v）刻画采样群体的亲缘与近交结构。

二、研究方法

研究人员对曼格斯套地区五个商业化牧场的533匹登记为Adai的马匹进行基因分型，其中500匹有明确的牧场归属记录，样本以母马为主（442匹母马、57匹公马）。所有样本使用定制Equine 80K SNP芯片（基于Illumina equine设计）在iScan系统上完成基因分型。参考面板由三个已发表数据源的988匹、45个品种的马匹组成，经质量控制后保留36,193个共享常染色体SNP。分析采用多种方法：主成分分析（PCA）基于13,598个LD剪枝标记；邻接树基于1?IBS距离；F_ST按Weir和Cockerham方法计算并以31条常染色体的块刀切估计标准误；个体归属采用Paetkau等的频率似然法；渗入检验使用f₄统计量，以中国—蒙古草原参考群为B、纯血马为C、重型挽马为D，对每匹马单独计算，并以223匹参考草原马的统计量分布作为实证零分布；祖先尺度通过基于真实基因型构建的1800次模拟杂交进行校准；无监督ADMIXTURE从K=2至K=6运行；体尺测量以普通最小二乘建模。

三、研究结果

3.1 群体结构与分化

主成分分析将Adai置于中亚草原簇内部，与其最近的十个群体中有九个为中亚草原品种。Adai与图瓦、伊犁、三河和蒙古马的成对F_ST为0.0045–0.0079，而与纯血马为0.1003；五个牧场之间的F_ST为0.0024–0.0052，牧场间差异范围与牧场对草原参考品种的差异范围重叠。两匹随机Adai之间的1?IBS距离为0.2533，而Adai与蒙古马之间为0.2518，组内与组间比值为1.006。尽管群体水平分化微弱，个体归属仍相当准确：十一向比较中总体准确率67.7%（随机率9.1%），Adai的回收率为83.7%，成对准确率86.2%–99.9%。但同一分类器区分两个Adai畜群的准确率为68.8%–84.9%，表明数千标记上的归属准确率随标记数量增加而上升，而非反映品种边界的真实性。

3.2 个体纯血马祖先

500匹Adai的平均f₄为0.00507，高于面板中所有群体。15.6%（78匹）超过实证零分布的第95百分位，12匹（2.4%）超过其最大值。经模拟校准后，群体平均纯血马祖先为6.2%（未校准9.4%），最大值为92.1%（未校准88.9%），27.6%达到曾曾祖父母等效、9.6%达到曾祖父母等效、4.2%达到祖父母等效。以阿拉伯马为供体的对照模拟显示斜率仅为0.259，说明该统计量对非草原祖先有响应但速率约为纯血马的四分之一。估计对参考群定义稳健：六种参考定义下Adai的排序完全不变（Spearman ρ=1.000），均识别出相同的12匹超过零分布最大值的动物。极端个体的杂合度平均0.347，低于Adai×纯血马F1的预期0.3554，排除了样本污染的可能。

3.3 无监督ADMIXTURE

无监督ADMIXTURE从K=2至K=6运行，各K值下重复收敛于单一模式。在每个K值下，共识结果均包含一个固定在纯血马中的组分（均值1.00），携带该组分超过任何参考草原马的Adai数量为K=2时13匹、K=3至6时12匹，与f₄检验识别的12匹一致。

3.4 按牧场的渗入

五个牧场的纯血马祖先存在显著差异（Kruskal–Wallis χ2=63.6，p=5.1×10^?13）。C牧场42.0%的马匹达到曾祖父母等效或更高（未校准58.0%），其余四个牧场为0.0%–9.1%；C牧场持有12匹极端动物中的7匹。A和E牧场不含任何超出参考草原范围的动物。在四种处理家系结构的方案下（相关剪枝样本、每家族抽一匹、混合模型、整家族置换），牧场差异均保持显著（p≤5.0×10^?4）。

3.5 亲缘与近交

500匹Adai的平均F_ROH为0.0343，为面板中最低值之一，低于所有欧洲品种（纯血马0.211、埃克斯穆尔矮马0.254、克莱兹代尔马0.284）。牧场内一亲等亲属比例从C牧场的23.2%到A牧场的86.3%不等，所有牧场在二亲等或更近水平均超过69%。牧场间也存在亲缘联系：A和B牧场共享79对二亲等亲属，C和D、D和E牧场共享一亲等亲属对。

3.6 体尺测量

八项体尺性状中，牧场内纯血马祖先与任何性状均无关联：最大点估计为每10个百分点祖先0.054个标准差，所有95%置信区间跨零，所有未校正p值不低于0.286，Holm校正后均为1。添加年龄后结果不变，处理亲缘后结果亦不变。

3.7 稳健性

两个主要结果不依赖面板定义。三种面板定义下，Adai的平均f₄变化小于其值的1.2%，超过零分布第95百分位的比例变化0.6个百分点，超过最大值的比例变化0.1个百分点。f₄检验识别的12匹与ADMIXTURE在K=2时识别的13匹、K=3至6时识别的12匹一致。

四、讨论与结论

讨论部分指出，Adai在排序、成对分化和距离树上均位于中亚草原簇内部，其与伊犁、图瓦、三河的F_ST为0.0043–0.0084，牧场间为0.0024–0.0052，比马品种SNP数据的中位品种间值0.08–0.12低一个数量级。弱分化是广泛管理、开放放牧群体的预期状态，沿连续体使用的名称是地理、功能和文化性的而非遗传性的。Adai虽非分化群体，但其个体并非无法区分——归属准确率确实很高，但同一分类器也能以69%–85%区分两个畜群，说明准确率随标记数量上升而非反映品种边界。渗入信号指向纯血马，呈分级连续分布，杂合度随其上升但均值低于F1预期，这些性质一致支持杂交而非深层共享祖先或技术伪影，但无法确定事件发生时间。渗入集中于特定牧场而非均匀分布。八项体尺测量均无法检测祖先差异，说明表型检验无法识别携带外来祖先的个体。研究结论为：533匹登记为Adai的马匹绝大多数为草原马，它们近交程度低、多样性高，与蒙古和中国草原品种的分化程度不超过两个自有畜群之间的差异；但同一群体中15.6%的动物携带超过95%参考草原马的纯血马等位基因共享，12匹超过所有参考草原马，9.6%携带纯血马曾祖父母等效的校准祖先，且这些都无法从动物外观中看出。问题分布不均——五个牧场中一个占大部分，两个完全不含超出参考范围的动物——这是特定牧场特定决策的结果，逐匹种公马累积而成，且无任何记录。Adai不需要保护免受邻居影响，而是需要能够被验证。