对原牛基因组的艰苦搜寻

在发表了利用基因组生物学中的全基因组测序研究现代牛的起源和进化之后，作者David MacHugh在这个博客中解释了他们的更多发现。

达尔文关于牛遗传起源和驯化的思想

查尔斯达尔文对驯化过程很感兴趣，他提出了一个极好的例子：征服和对动植物的人工选择与自然世界中通过自然选择的进化相呼应，尽管速度更快。

在整理生物进化证据的过程中，达尔文还考虑了家畜的起源，正确地认识到无驼峰的牛磺酸和有驼峰的斑马牛是由人类从生物学上不同的种群中培育出来的，这些种群生活在在冰河时代的最后几天。

“关于绵羊和山羊，我没有什么意见。根据布莱斯先生告诉我的事实，就驼背的印度牛的习性、声音和体质而言，我认为这些牛是从我们欧洲牛的另一种土著牛种上遗传下来的；几个称职的专业评判员认为，后者有不止一个野生的父母。”

第一章：驯化下的变异，物种起源（1859）

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

随着第一个完整的野生原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非常有先见之明。我们和其他人提出的基于单亲线粒体和Y染色体DNA分析的家牛进化的简单模型需要修正，以便在早期欧洲农场主进入新的栖息地时，更细致地描述家牛和野生原牛之间的杂交和基因流动，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线粒体DNA变异的调查报告和一些英国金牛骨骼标本，结论是野生金牛对现代欧洲牛的基因库贡献甚微或根本没有贡献。

10年后的2011年，高通量的下一代测序技术开始席卷全球，包括重振古DNA研究，催生古基因组学新领域。

这促使我们开始了一个基因组测序项目，使用的是从1998年从德比郡一个洞穴中挖掘出来的一块肱骨中提取的DNA，尽管它已经有近7000年的历史了，但仍然显示出了非凡的DNA保存能力。

利用都柏林三一学院分子群体遗传学实验室的古代DNA实验室设施，我们系统地从德比郡的奥洛克斯骨骼中产生了多个DNA片段的基因组文库。

然后将其用于高通量DNA测序，获得33.7亿条DNA序列，其中4.17亿条（12.4%）可与牛参考基因组序列的高度置信度相一致。

然后，主要作者斯蒂芬·帕克结合81个现代家畜样本（包括无驼峰的金牛和驼峰的印度牛）的全基因组序列数据，分析了这一排列的aurochs基因组序列，这些数据是由我们的共同作者在美国农业部动物基因组学和改良实验室生成的。

我们还能够将aurochs基因组序列与来自全球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，这些牛代表了各种牛磺酸和斑马品种。

我们发现了什么？

一旦我们生成了德比郡原牛的基因组序列，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，在大约5500年前农业到达该岛之前，在英国出现的欧罗种群的数量与中东4000多年前早期农民驯养的欧罗种群的基因不同。

然而，令我们惊讶的是，利用现代欧洲牛的数据对德比郡原牛基因组进行了更高分辨率的分析，揭示了野生原牛与现代英国和爱尔兰牛祖先之间杂交和基因流动的古老遗产，这一点在苏格兰高地和爱尔兰等传统或长白种牛品种中尤为明显爱尔兰克里。

我们研究工作的第二阶段使用了德比郡原牛基因组与81头现代牛基因组序列信息的对比分析，以确定驯化如何塑造了现代牛磺酸牛的基因组。

这些分析涉及到与大脑发育、肌肉生长、新陈代谢和免疫系统以及对传染病的抵抗有关的基因。这些观察结果与以前在其他家畜（包括狗、猫、猪和兔子）身上的研究结果吻合得很好，表明驯化和早期人类介导的选择已经针对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？

这第一个原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育种家建立一个更清晰的图像遗传学基础上的重要行为，生产和健康的特点，在现代家畜群体。

这些信息对于基因组辅助育种计划将特别有价值，这些计划在许多国家日益成为奶牛和肉牛生产的基础。

尽管有与商业牛育种相关的产出，但原牛基因组项目已经揭示，英国和爱尔兰的古老遗产牛品种可以追溯到它们的遗传组成的很大一部分，追溯到在岛上出现农民之前在英国漫游的壮丽野生原牛。

因此，这些结果对苏格兰高地和爱尔兰克里牛等独特品种的遗传保护具有重要意义。