对野牛基因组的艰苦搜寻

达尔文关于牛的遗传起源和驯化的观点

查尔斯达尔文对驯化的过程非常着迷，他提出了一个很好的例子：征服和对动植物的人工选择与自然世界中自然选择的进化相呼应，尽管速度更快。

在整理生物进化的证据的过程中，达尔文还思考了家养牛的起源，他正确地认识到，无驼峰牛和驼峰斑马牛是由人类从现已灭绝的野生野牛（Bos primigenius）的不同生物种群发展而来的，它们分布在欧亚大陆的各个时期冰河时代的最后几天。

“关于绵羊和山羊，我没有意见。从布莱斯先生告诉我的事实来看，关于印度驼背牛的习性、声音和体质，我认为这些牛是从我们欧洲牛的一个不同的土著群体传下来的；几位称职的法官认为，这些牛的父母不止一个。”

第一章：驯化下的变异，关于物种的起源（1859）

这段引自《物种起源》的引文表明，19世纪的养牛专家认为，欧洲牛很可能有多方面的遗传起源，“不止一个野生亲本”

随着第一个完整的野牛核基因组序列的公布，现在很明显，这些维多利亚时代的繁殖者是非常有先见之明的。我们和其他人提出的基于单亲线粒体和Y染色体DNA分析的家养牛进化的简单模型需要进行修改，以便更细致地了解家养牛和野牛之间的杂交和基因流动，因为早期欧洲农民迁入新的栖息地，比如新石器时代的英国。

我们做了什么？

2001年，我们发表了一份关于家养牛和一些英国牛骨标本线粒体DNA变异的调查报告，结论是野生牛对现代欧洲牛的基因库几乎没有贡献。

10年后的2011年，高通量的下一代测序技术开始席卷此前的一切，包括重振古DNA研究，催生古基因组学的新领域。

这促使我们开始了一项基因组测序计划，使用的DNA是从1998年从德比郡洞穴中挖掘出来的一块野牛肱骨中提取的，尽管它已经有将近7000年的历史了，但它仍然保存了大量的DNA。

利用都柏林三一学院分子群体遗传学实验室的古老DNA实验室设施，我们系统地从德比郡牛头龙骨中提取了多个DNA片段的基因组文库。

然后将这些数据用于高通量DNA测序，获得33.7亿个DNA序列读数，其中4.17亿个（12.4%）可以与牛参考基因组序列高度一致。

研究报告的主要作者斯蒂芬·帕克随后结合81个现代家养牛样本（包括无驼峰的金牛和驼背的牛）的全基因组序列数据分析了这一比对的牛基因组序列，这些数据是我们在美国农业部动物基因组学和改良实验室的合著者生成的。

我们还能够将金牛基因组序列与全球各地牛磺酸和斑马品种的1200多头牛的高密度单核苷酸多态性（SNP）遗传标记数据进行比较。

我们发现了什么？

一旦我们生成了我们的德比郡野牛基因组序列，我们就利用现代牛的遗传标记数据构建了系统发育树。

这些进化树表明，大约5500年前，农业到达该岛之前，英国境内的野牛种群与4000多年前中东早期农场主驯养的野牛种群在基因上是不同的。

然而，令我们惊讶的是，用现代欧洲牛的数据对德比郡牛群基因组进行的高分辨率分析揭示了野生牛群与现代英国和爱尔兰牛的祖先之间杂交和基因流动的古老遗产，这对于传统或长白品种如苏格兰高地和爱尔兰克里。

我们的研究工作的第二阶段使用了德比郡牛基因组与81头现代牛的基因组序列信息进行比较分析，以确定驯化如何塑造了现代牛磺酸牛的基因组。

这些分析涉及到大脑发育、肌肉生长、新陈代谢、免疫系统和抵抗传染病的基因。这些观察结果与之前在其他家养动物身上的研究结果吻合得很好，包括狗、猫、猪和兔子，这表明驯化和早期人类介导的选择针对的是不同哺乳动物物种的相似基因集。

这对今天的养牛业意味着什么？

这第一个金牛基因组序列将提供一个重要的比较参考，以帮助动物遗传学家和饲养者建立一个更清晰的遗传学基础上的重要行为，生产和健康特征在现代家畜种群。

这些信息对于基因组辅助育种计划特别有价值，因为基因组辅助育种计划越来越支持许多国家的奶牛和肉牛生产。

尽管有与商业养牛相关的产出，但奥罗克斯基因组计划揭示，英国和爱尔兰古老的传统牛品种可以追溯到其基因构成的很大一部分，追溯到在岛上农场主出现之前在英国游荡的壮丽野牛。

因此，这些结果将对苏格兰高地牛和爱尔兰克里牛等独特品种的遗传保护具有重要意义。