北美两种美国新墨西哥州东北部Corriente牛群之遗传多样性与选择信号

《International Journal of Molecular Sciences》：Genetic Diversity and Selection Signatures of Two North American Corriente Cattle Herds in Northeastern New Mexico, United States

　　

北美Corriente（North American Corriente，NAC）为源于Criollo的牛品种，主要在美国西南部与大平原地区用于 rodeo 运动与牛肉生产。尽管该品种实务知识丰富，其基因组构成信息仍有限。为弥补这一空白，研究人员利用约64 K SNP微阵列（SNP microarray）对新墨西哥州东北部两个商业NAC牛群开展综合基因组分析。初始采样97头NAC牛；经质量控制、亲缘过滤与群体结构分析后，52头动物进入下游分析。群体结构与混合（admixture）分析显示NAC群体存在一定程度遗传分化，可能符合独特Criollo牛谱系，但该解释仍属初步，需更多独立且具地理代表性牛群采样验证。功能富集结果与已知数量性状位点（quantitative trait loci，QTL）的重叠，与运动、繁殖、免疫应答、胴体及乳用性状相关基因组区域可能受过选择这一现象一致。虽上述表型有非正式观察记录，但需更大样本与功能验证才能得出更可靠结论。本研究支持美洲Criollo牛群体遗传表征、推广与保护相关工作。

研究背景方面，牛于15世纪末由伊比利亚半岛引入美洲，其后数世纪间与非洲、欧洲及瘤牛（Indicine）牛发生混合，形成今日所称Criollo或Creole牛，广泛分布于美洲并适应多种气候与环境。北美Corriente（North American Corriente，NAC）为美洲多种Criollo衍生品种之一；19世纪末北美Criollo牛几近消失，现代NAC群体可能源自自墨西哥与中美洲偏远地区重新引入的牛群。NAC体型小、敏捷、角突出、性情温顺，适用于斗牛摔牛（bulldogging）与套牛（roping）等rodeo运动及草饲肉牛生产。尽管其适应性强且对区域肉牛生产具文化经济价值，NAC仍属受威胁品种，全球个体估计少于5000。然而其遗传多样性、群体结构及混合模式研究不足，制约了该品种保护与管理所需基因组知识的发展。因此，研究人员以新墨西哥州东北部两个NAC牛群为对象，使用SNP分型数据评估遗传多样性与群体结构、刻画牛群间及与相关参考群体间混合模式，并识别群体内选择信号，以支持美洲Criollo牛遗传表征与保护。

主要关键技术方法方面，研究人员采集新墨西哥州东北部Roy（Harding县）与Tucumcari（Quay县）两个商业NAC牛群耳组织样本，经质量控制、基于KING稳健亲缘法的相关个体过滤后保留群体用于分析；以PLINK进行基因型处理，用主成分分析（principal component analysis，PCA）与判别主成分分析（discriminant analysis of principal components，DAPC）解析群体结构；以观测杂合度（observed heterozygosity，H_O）、期望杂合度（expected heterozygosity，H_E）、连续运行法识别的纯合运行（runs of homozygosity，ROH）及GONE软件估计历史有效群体大小（effective population size，N_e）；合并其他Criollo与参考牛种数据，用DAPC与ADMIXTURE做混合与祖源分析；以Tajima’s D、ROH与整合单倍型评分（integrated haplotype score，iHS）经去相关多信号复合（decorrelated composite of multiple signals，DCMS）框架检测选择信号；用GALLO与DAVID做基因、GO、KEGG及QTL富集注释。

2.1 基因分型与质量控制

研究人员从两个牛群共获97份耳组织样本，质控未剔除动物，但因近亲关系排除Roy牛群10头与Tucumcari牛群7头，留存80头与56,603个SNP。

2.2 北美Corriente牛群群体结构

PCA提示虽仅两牛群但可能存在多于两个簇，DAPC按贝叶斯信息准则（Bayesian information criterion，BIC）确定最优簇数为三：簇1与簇2仅含Tucumcari个体，簇3含全部Roy个体及15头Tucumcari个体。因簇1、簇2样本少，研究人员仅用簇3（n=52）做独立下游分析，以避免合并造成多样性、连锁不平衡与选择信号估计偏差。

2.3 北美Corriente牛群体遗传多样性

研究人员测得H_O为0.352±0.025、H_E为0.35±0.001，二者接近；基于ROH的近交系数（F_ROH）均值为0.141，多数ROH为短片段（>0–2 Mb占58.34%，>2–4 Mb占18.98%），长片段少，说明近交多来自较远祖先、近期近交水平低。历史N_e约23代前持续下降，16代前骤降后趋稳，最近一代估为76。

2.4 北美Corriente牛群体遗传混合及其与其他牛种关系

DAPC将包括NAC在内群体分七簇，NAC沿判别轴与Rarámuri Criollo（RCJER、RCRET）及Texas Longhorn（TXL）较近，与湿热环境Criollo种较远。ADMIXTURE显示K=4时NAC以伊比利亚原牛（Iberian taurine）祖源为主，含少量商业原牛、非洲原牛与Indicine成分；K=6时NAC开始成部分独立簇但仍与RC、TXL相似；K=14交叉验证误差最低，NAC形成较清晰独立簇。结果支持NAC具伊比利亚背景、与北美/墨西哥Criollo及TXL共享历史，且与其他Criollo种存在分化。

2.5 北美Corriente牛群体选择信号分析

研究人员整合Tajima’s D、ROH与iHS入DCMS框架，在16条染色体上获220个疑似受选择SNP；18号染色体最多（125个），其次为5、10、16号染色体，说明这些区域可能受正向选择。

2.6 候选基因与数量性状位点

显著区域内注释291个基因；GO与KEGG富集出45项显著条目，分子功能侧重大核苷酸/核酸结合，生物过程侧重肌肉与心脏发育、免疫分化与细胞因子调控，KEGG见血管平滑肌收缩与代谢通路。QTL分析获1243个QTL， Milk（37.7%）与Meat and Carcass（18.1%）占比最高，Reproduction、Exterior、Health等亦有覆盖；个体QTL富集见阴囊围、体重、kappa-酪蛋白百分比、乳脂肪酸、胴体重与细胞免疫应答等，多定位于18号染色体。

讨论部分总结方面，研究人员指出两牛群结构可能反映地方牛群结构、奠基者效应或管理实践，不一定是真正遗传亚群；仅用簇3因样本不均，结论需更广采样确认。NAC杂合度与其他Criollo相近且高于早前墨西哥Corriente小样本结果；F_ROH约14%属中高强度近交，但短ROH主导提示远祖近交、近期配种受控。N_e最近代76高于FAO濒危阈值50但低于100建议值，历史N_e陡降时段与北美Criollo近绝灭及后续再引入史在时间上可能对应，但仅为假说。祖源上NAC具显著伊比利亚原牛背景，与RC、TXL邻近，Indicine渗入约4%，低于部分文献报告。选择区域在肌肉、心脏、免疫、繁殖性状的富集与rodeo表型、粗放管理抗病性、繁殖表现一致，但乳相关QTL可能来自多效性或商用牛数据库注释偏差。整体结果支持NAC为具分化潜力的Criollo牛，但需功能研究验证。

结论部分翻译如下：

本研究动因在于NAC牛虽为受威胁品种且具丰富实务知识，但同行评审的基因组研究有限。结果表明NAC牛可能代表一个分化的Criollo牛品种，然而该假说需通过对多个独立且具地理代表性牛群个体追加采样来确认。功能与QTL富集分析识别出可能与运动性能、繁殖力、免疫能力及乳用和胴体性状相关的基因组区域，其中部分可能与自然选择作用一致；但这些发现属初步性质，需经功能研究进一步验证方可得出确切结论。总体而言，本研究可贡献于美洲Criollo牛群体遗传表征、推广与保护持续工作。论文发表于《International Journal of Molecular Sciences》。