全基因组测序揭示哈萨克斯坦单峰驼与双峰驼的群体结构、遗传多样性及选择信号

《Animals》：Whole-Genome Sequencing Reveals Population Structure, Genetic Diversity, and Selection Signatures in Kazakh Dromedary and Bactrian Camels

　　

理解环境适应的基因组基础对于家骆驼的保护与遗传改良至关重要。本研究利用全基因组测序（WGS）探究了哈萨克斯坦单峰驼（Camelus dromedarius）与双峰驼（Camelus bactrianus）的群体结构、遗传多样性及潜在与环境适应相关的基因组变异。研究人员为哈萨克斯坦骆驼（15头单峰驼与16头双峰驼）生成了全基因组测序数据，并与来自阿拉伯半岛、伊朗、新疆、内蒙古及蒙古野驼等群体的131个公开基因组整合分析。群体结构、遗传多样性和全基因组选择特征通过主成分分析（PCA）、ADMIXTURE、核苷酸多样性（θπ）、连锁不平衡（LD）、纯合片段（ROH）、基于ROH的基因组近交系数（FROH）以及基于固定指数（FST）、θπ比值和跨群体扩展单倍型纯合度（XP-EHH）的选择扫描进行评估。群体基因组分析揭示了单峰驼与双峰驼之间的明显分化，而哈萨克斯坦骆驼群体表现出较阿拉伯群体更高的核苷酸多样性（θπ = 1.307–1.551 × 10?3）和更低的基因组近交水平（中位FROH：0.037–0.056）。全基因组选择分析鉴定出MC4R为哈萨克斯坦单峰驼中的显著候选基因，RYR1为哈萨克斯坦双峰驼中的显著候选基因。功能富集分析突出了能量代谢、产热、钙信号、骨骼肌功能、线粒体活性及氧化应激响应相关通路。这些发现为哈萨克斯坦骆驼环境适应的基因组变异提供了新见解，并为未来的保护、育种与进化研究提供了宝贵的基因组资源。

研究背景方面，骆驼作为干旱与半干旱区关键家畜，具备耐热、耐脱水和耐营养胁迫等独特生理适应力，其环境适应的遗传机制日益受到关注。尽管全基因组测序已推动骆驼进化与驯化研究，但哈萨克斯坦作为单峰驼与双峰驼传统混养及杂交育种地区，其本土骆驼的群体基因组特征此前缺乏系统解析，已有研究多依赖微卫星或线粒体DNA且未覆盖本土纯种群体。为此，研究人员开展首项针对哈萨克斯坦本土单峰驼与双峰驼的群体基因组分析，以阐明其群体结构、遗传多样性及环境适应相关选择信号，相关成果发表于《Animals》。

关键技术方法上，研究人员采集哈萨克斯坦南部三地31头本土骆驼血液样本进行150 bp双端Illumina NovaSeq X Plus测序，并整合NCBI SRA中131头阿拉伯半岛、伊朗、新疆、内蒙古及蒙古野驼公开基因组，合计162个个体。质控后比对至CamDro3参考基因组（仅保留36条常染色体），经GATK联合分型与硬过滤得到高质量SNP集。群体结构采用PCA、邻接树与ADMIXTURE（K=2–9，按CV误差定K=3）评估；多样性通过PopLDdecay、VCFtools滑动窗口θπ、PLINK识别ROH及计算F_ROH衡量；选择信号以KAZ_D vs沙特单峰驼、KAZ_B vs内蒙古双峰驼为对照，联合F_ST、θπ比值、XP-EHH（Beagle定相+selscan）取各统计前1%窗口交集定义高置信候选基因，并经ANNOVAR注释与KOBAS进行GO/KEGG富集。

研究结果部分，3.1节基因组重测序表明总数据集覆盖162个骆驼基因组。3.2节遗传结构与群体内互作显示，PCA中PC1（15.82%）分离单双峰驼，PC2区分单峰驼内群体；ADMIXTURE在K=3时CV最小（0.266），哈萨克斯坦两群体呈现比阿拉伯单峰驼更复杂的共享祖先成分。3.3节基因组变异模式指出，KAZ_B的θπ最高（1.551×10^?3），KAZ_D次之（1.307×10^?3），均高于阿拉伯群体（0.502–0.520×10^?3）；F_ROH中位数KAZ_B为0.037、KAZ_D为0.056，显著低于阿拉伯群体（0.058–0.070），且长ROH稀少，提示近交弱、古老共享祖先为主。3.4节哈萨克斯坦单峰驼全基因组选择性清除鉴定出MC4R（Chr30）为跨方法共有候选，其错义变异chr30:12045090 G>A（p.V255I）替代等位频率在KAZ_D达0.667，远高于阿拉伯群体（0.211–0.423），该位点255位缬氨酸在多种哺乳动物保守；伴生候选含PPARGC1A、GNPDA2、APOC1、MITF等，GO富集于体温稳态与肾上腺素能受体信号。3.5节哈萨克斯坦双峰驼选择扫描锁定RYR1（Chr9），含三个完全连锁错义变异p.S1085T、p.I1184V、p.I1641V，替代等位频率KAZ_B为0.841高于NMG的0.529；1085位丝氨酸跨哺乳类高度保守；其他候选如PPARGC1A、ATP5MC3、UCP1、TXNRD1等参与钙信号、肌收缩与氧化代谢，GO富集于钙离子结合与神经肌肉接头发育。

讨论部分总结，研究人员指出哈萨克斯坦骆驼复杂祖先结构源于长期混养与人工杂交（如Nar类杂交种），区别于阿拉伯单峰驼相对同质背景；MC4R介导能量平衡与冷诱导产热，其V255I高频或关联大陆性气候下的代谢与体温调节；RYR1作为肌浆网钙释放通道，其变异可能增强骨骼肌非颤抖产热与长距离运动能力以适应严冬；沙特单峰驼中HSPA9热休克信号则反映高温选择方向差异。作者同时声明局限：统一使用CamDro3参考基因组可能对双峰驼引入比对偏差，且群体样本量不均。

结论部分翻译：本研究利用新生成与公开全基因组测序数据对哈萨克斯坦单峰驼与双峰驼进行综合分析。哈萨克斯坦骆驼群体相较阿拉伯骆驼具有更高基因组多样性、更低基因组近交及独特群体结构，这些模式可能反映人口史、基因流与区域育种实践差异。全基因组选择分析将MC4R鉴定为哈萨克斯坦单峰驼显著候选基因，或关联能量平衡、代谢调节与体温调节过程；RYR1为哈萨克斯坦双峰驼候选基因，或在钙信号、骨骼肌功能与产热中发挥作用。这些发现为哈萨克斯坦骆驼环境适应的基因组变异提供见解，并为骆驼进化、保护与分子育种研究提供宝贵资源，但候选基因气候适应角色仍需功能与表型验证。