馮韶華，李 尚，劉 刁，蘆春蓮，曹洪戰(zhàn)

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，河北保定 071000）

人類馴化畜禽的歷史悠久，馴化使人們不再僅靠狩獵和采集生活，也形成了適于不同地理環(huán)境的畜禽品種，豐富了地方遺傳資源的多樣性。由于自然選擇和人工選擇，畜禽在基因組上留下了不同的遺傳印記，這些遺傳印記即為選擇信號(hào)，通過地方畜禽的遺傳印記可以了解物種的遺傳多樣性，也更有利于選育品種和保護(hù)資源。

隨著基因組學(xué)的發(fā)展，各種動(dòng)物基因組框架圖得以構(gòu)建，運(yùn)用基因組學(xué)不僅可以分析動(dòng)物的表型變異，而且可以獲得生物的分子遺傳標(biāo)記。二代測序的發(fā)展使得畜禽基因組選擇信號(hào)可以被大范圍地檢測，目前二代測序中高密度SNP 芯片和重測序技術(shù)被廣泛運(yùn)用于選擇信號(hào)的檢測。重測序技術(shù)由于可以一次性輸出大量的基因組序列，同時(shí)測序速度和準(zhǔn)確性較高，已越來越多地應(yīng)用到選擇信號(hào)的研究中。本文主要對(duì)基于重測序技術(shù)在不同畜禽上的選擇信號(hào)研究進(jìn)行綜述。

1 地方畜禽資源和選擇信號(hào)概況

中國畜禽養(yǎng)殖歷史悠久，自有文字記載的黃帝時(shí)期開始人們就已有目的地馴化畜禽。目前，《中國畜禽遺傳資源志》已收錄了包括豬、雞、鴨、鵝、特禽、牛、羊、馬、驢、駱駝、兔等20 個(gè)物種共777 個(gè)品種的相關(guān)信息，其中地方品種有556 個(gè)[1]。在過去很長一段時(shí)間，受引進(jìn)品種的沖擊，我國的一些地方品種數(shù)量減少，甚至瀕臨滅絕。目前，我國畜禽資源的保護(hù)逐漸受到重視，保種場的建立使一些遺傳資源得到保護(hù)，一些測序等新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)地方品種選擇信號(hào)的研究，使人們能夠更加了解地方品種的遺傳變異和分化，從而更加有效地保護(hù)地方品種資源。

由于地理環(huán)境和氣候溫度的變化，中國地方品種經(jīng)歷了長期的人工選擇，使得不同品種形成了不同表型，如兩頭烏的金華豬等；同時(shí)，馴化過程中家畜基因組中也留下了大量的選擇印記[2]。通過研究人工選擇在動(dòng)物基因組上的選擇特征可以認(rèn)識(shí)畜禽的遺傳多樣性機(jī)制，同時(shí)能夠定位受選擇區(qū)域，找到影響性狀的相關(guān)基因，通過對(duì)相關(guān)基因的定向選擇或編輯等使畜禽能夠向正選擇方向發(fā)展，促進(jìn)畜禽育種發(fā)展。

選擇信號(hào)是指由于選擇作用的存在，生物在基因組上遺留下的大量遺傳印記，通常的表現(xiàn)是染色體連鎖不平衡程度增加或者受選擇位點(diǎn)及其附近位點(diǎn)遺傳多樣性的降低。測序技術(shù)的發(fā)展使選擇信號(hào)的研究成為熱點(diǎn)，通過選擇信號(hào)分析可以快速準(zhǔn)確地篩選出受選擇區(qū)域，并且定位到相關(guān)候選基因。

2 基于重測序技術(shù)的畜禽選擇信號(hào)研究

2.1 豬上的研究進(jìn)展 由于存在地理隔離，中外豬種在表型和基因組上都存在差異，現(xiàn)在公認(rèn)亞洲豬與歐洲豬之間的基因交流發(fā)生在18 世紀(jì)和19 世紀(jì)[3]。Wang 等[4]對(duì)中國家豬和歐洲家豬基因組重測序，揭示了在中國家豬和歐洲家豬之間的差異是通過人工選擇介導(dǎo)產(chǎn)生的，不同國家根據(jù)其不同的育種需求產(chǎn)生了不同的遺傳變化。Li 等[5]在白眉豬、金華豬、榮昌豬、梅山豬、藏豬與西方5 個(gè)家豬的基因組測序數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，由于過去人工選擇的不同，西方傾向于選擇瘦肉型豬，而中國更傾向于選擇肥肉型豬來進(jìn)行飼養(yǎng)，中國地方豬與西方豬存在較大的遺傳差異，且中國地方豬的遺傳變異較高。

對(duì)于中國地方豬而言，人工選擇影響了豬遺傳進(jìn)化的方向和進(jìn)展，人們更趨向于選育遺傳力較高、生長和繁殖性狀較好的個(gè)體，社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展使家豬繁育變得商業(yè)化。Liu 等[6]基于重測序技術(shù)對(duì)貴州本地的湘豬、柯勒豬、黔北黑豬、關(guān)陵豬、洛波豬的基因組進(jìn)行遺傳分化分析，發(fā)現(xiàn)貴州品種具有豐富的遺傳多樣性，不同品種豬具有不同的基因結(jié)構(gòu)變異，這些結(jié)構(gòu)變異可能會(huì)影響豬的遺傳進(jìn)化。Wang 等[7]對(duì)通城豬進(jìn)行基因組測序，并同數(shù)據(jù)庫中測序數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，分析通城豬馴化過程中選擇的遺傳模型，發(fā)現(xiàn)亞洲豬在顏色和繁殖性狀上的選擇功能可能具有保守性，同時(shí)由于獨(dú)立馴化中國家豬進(jìn)化出了獨(dú)特的特性。Zhang 等[8]分析了中國地方豬皖南黑豬在馴化過程中的選擇特征，揭示了皖南黑豬的遺傳多樣性低于亞洲野豬，耐粗飼性更強(qiáng)。Li 等[9]對(duì)30 個(gè)不同地理位置的藏豬個(gè)體基因組進(jìn)行了測序，結(jié)果顯示中國豬種與歐洲豬種存在明顯不同，表明其血統(tǒng)存在較大差異，并揭示了豬表型的多樣性是由于相關(guān)差異基因和變異，不同地理區(qū)域的歷史選擇特征不同。Zhu 等[10]利用中國9 個(gè)不同品種的54 頭豬和來自中國7 個(gè)地方的16 頭野豬的全基因組測序數(shù)據(jù)，對(duì)中國家豬馴化過程中基因組選擇信號(hào)進(jìn)行系統(tǒng)研究，并進(jìn)行遺傳分化和變異的選擇性分析，找到了可能選擇位點(diǎn)，從而促進(jìn)對(duì)中國家豬進(jìn)化史的理解，同時(shí)有助于識(shí)別導(dǎo)致豬表型多樣性的重要功能基因或突變。

對(duì)其他豬種全基因組測序的研究也揭示了不同豬種特有的選擇特征和人工選擇痕跡，Ma 等[11]對(duì)商業(yè)品種杜洛克進(jìn)行了選擇信號(hào)的分析，Wang 等[12]對(duì)太湖豬種質(zhì)特征進(jìn)行了分析，Choi 等[13]對(duì)韓國本地豬選擇特征的分析結(jié)果都表明重測序技術(shù)對(duì)于分析豬遺傳進(jìn)化和人工選擇具有重大作用，從而揭示了不同品種豬的選擇特征。

2.2 牛上的研究進(jìn)展 目前世界上牛品種常見的有牦牛、野牛、水牛、黃牛等，其中72 個(gè)品種起源于中國[14]，青藏高原地區(qū)的珍稀牛種牦牛作為遺傳上寶貴的基因庫，具有較高的研究價(jià)值。Lan 等[15]基于重測序?qū)λ拇ㄊ〗鸫h牦牛進(jìn)行全基因組分析發(fā)現(xiàn)，金川牦牛作為獨(dú)立于其他牦牛的一個(gè)分支，其馴化程度和選擇強(qiáng)度均大于其他牦牛群體，金川牦牛有339 個(gè)基因與其他牦牛品種相比具有顯著的正向選擇，這些基因與節(jié)律、神經(jīng)系統(tǒng)、突觸發(fā)育等相關(guān)。Qiu 等[16]研究了野生牦牛和國內(nèi)牦牛的基因組變異，野生牦牛與家養(yǎng)牦牛之間具有極端的等位基因頻率，牦牛馴化過程中大腦和神經(jīng)元系統(tǒng)發(fā)生了改變，但其馴化效果相較于其他品種不明顯，可能是由于牦牛在馴化中更傾向于選擇適應(yīng)環(huán)境的能力，而非滿足人們的需要。牦牛在基因組中同樣表現(xiàn)出明顯的選擇特征，這些特征集中表現(xiàn)于適應(yīng)惡劣環(huán)境方面。Wang 等[17]對(duì)野生牦牛和家養(yǎng)牦牛進(jìn)行全基因組進(jìn)化分析，發(fā)現(xiàn)中國家養(yǎng)牦牛具有更強(qiáng)的人工選擇，野生牦牛和家牦牛之間的遺傳分化很低，其選擇信號(hào)集中在經(jīng)濟(jì)性狀上。Wang 等[18]對(duì)16 個(gè)牦牛品種進(jìn)行了基因組測序，發(fā)現(xiàn)16 個(gè)品種被劃分為2 個(gè)大陸群體，同時(shí)在不同品種中發(fā)現(xiàn)的基因拷貝數(shù)變異使得不同品種具有不同的選擇特征，新發(fā)現(xiàn)的基因拷貝數(shù)變異與其環(huán)境差異一致。

除了牦牛，中國其他牛品種也具有其特殊的選擇信號(hào)，Mei 等[19]對(duì)6 個(gè)中國國內(nèi)品種進(jìn)行了表型和地理差異的全基因組測序，結(jié)果顯示中國品種牛體現(xiàn)更多的遺傳多樣性，這其中正向選擇較多，選擇性掃描發(fā)現(xiàn)了許多與品種特性相關(guān)的潛在選擇信號(hào)，其中包括與毛色、乳制品性狀和肉制品性狀相關(guān)的基因，揭示了中國牛的進(jìn)化史和馴化特性。

2.3 羊上的研究進(jìn)展 綿羊和山羊的基因組芯片分別于Kijas 等[20]和Tosser-klopp 等[21]問世，極大地推動(dòng)了羊在基因組上的研究，早期對(duì)于畜種選擇信號(hào)的研究都是基于基因芯片，隨后基因組重測序也大量運(yùn)用于羊基因組選擇信號(hào)的研究上。Wang 等[22]對(duì)藏羊、蒙古羊、阿爾泰羊、湖羊、多欄羊5 個(gè)品種綿羊進(jìn)行全基因組測序，并與其野生祖先進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)在長期的選擇中某些基因和功能在不同品種中產(chǎn)生了不同的變化，例如湖羊受選擇基因與多產(chǎn)性狀相關(guān)，而藏羊的受選擇基因則與適應(yīng)高原環(huán)境相關(guān)。Liu 等[23]對(duì)3 個(gè)不同品種、不同地理位置的蒙古羊品種進(jìn)行了測序，發(fā)現(xiàn)在進(jìn)化過程中不同品種、不同區(qū)域的蒙古羊受到選擇不同，例如，BMPR1B基因在高產(chǎn)品種湖羊和大尾寒羊的選擇上很強(qiáng)。Guo 等[24]對(duì)不同表型山羊的選擇特征進(jìn)行分析，基于群體遺傳統(tǒng)計(jì)學(xué)中的基因掃描發(fā)現(xiàn)藏山羊有4 個(gè)起源，品種間都具有較高的遺傳分化，在毛色上的選擇區(qū)域受體較多，許多正向選擇區(qū)域造成了品種毛色、繁殖性狀等的不同。Zhang 等[25]分析了哈薩克羊和多珀羊的重測序基因組中與毛發(fā)有關(guān)的基因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)FGF5可能受到很強(qiáng)的選擇限制，在綿羊山羊的選擇進(jìn)化中更加保守，會(huì)影響毛發(fā)的長度和增長率。Yang 等[26]獲得21 個(gè)中國品種的綿羊基因組序列，發(fā)現(xiàn)這些品種很有可能起源于中國北方，在不斷地發(fā)展進(jìn)化中也遭遇過瓶頸期和擴(kuò)展期，不同品種由于環(huán)境不同出現(xiàn)了新的能夠適應(yīng)環(huán)境的變異特征，這些變異可能與高原相關(guān)，也可能與適應(yīng)沙漠干旱環(huán)境有關(guān)等。

2.4 雞上的研究進(jìn)展 雞作為人類最早期開始馴養(yǎng)的動(dòng)物之一，具有豐富的馴化歷史，在馴化的同時(shí)也導(dǎo)致了一些性狀的改變，形成了不同的商業(yè)化特征，目前世界上存在的雞品種大多都產(chǎn)生了基因間的交流，了解這些遺傳進(jìn)化可以更加清晰地認(rèn)識(shí)雞在馴化過程中的選擇特征[27]。藏雞是研究高海拔適應(yīng)性的良好地方品種。Li 等[28]對(duì)海拔400～ 3 000 m 之間的9 種中國家雞品種的全基因組進(jìn)行了研究，了解到雞在馴化過程中發(fā)生了巨大而復(fù)雜的遺傳多樣性變化，人工選擇和自然選擇在家雞的進(jìn)化中發(fā)揮了巨大的作用，而藏雞的受選擇區(qū)域攜帶著經(jīng)濟(jì)性狀的基因和適應(yīng)高海拔的基因。Wang 等[29]比較了藏雞與云南低地平原雞的基因組，發(fā)現(xiàn)藏雞的基因組特征在適應(yīng)高海拔過程中使嗅覺受體基因相對(duì)減少，而高海拔受體基因相對(duì)增多，同時(shí)在人工選擇中可能導(dǎo)致了高近交率的出現(xiàn)。Zhang 等[30]對(duì)藏雞和低海拔雞（海拔50、150、500 m）的研究中發(fā)現(xiàn)，藏雞具有遺傳混合效應(yīng)，說明藏雞曾經(jīng)與低海拔雞進(jìn)行過遺傳交流，而藏雞差異表達(dá)基因參與的心肺系統(tǒng)發(fā)育、炎癥和免疫反應(yīng)、輻射的反應(yīng)在藏雞適應(yīng)高海拔生活中發(fā)揮巨大的作用。

研究藏雞可以清晰地認(rèn)識(shí)雞對(duì)高海拔適應(yīng)性的選擇特征，而研究斗雞則可以了解其具有攻擊性的選擇信號(hào)。Guo 等[31]研究的西雙版納斗雞具有攻擊同一物種所有雄性的特征，在人工選擇中人們趨向于選擇具有好斗特性的雞，因此在斗雞中存在更多的與生長、抗病、攻擊行為和能量代謝等性狀有關(guān)的基因。

2.5 其他畜種上的研究進(jìn)展 Zhang 等[32]對(duì)來自中國各地的2 個(gè)野生種群和7 個(gè)家禽品種共22 只野鴨和56 只家鴨進(jìn)行了基因組測序，發(fā)現(xiàn)在過去鴨群體由于環(huán)境的變化發(fā)生過群體數(shù)量的變化，鴨的馴化可能是在距今2200 年，同時(shí)發(fā)現(xiàn)家鴨進(jìn)行過強(qiáng)烈的人工選擇，無論是羽色還是大腦和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育方面，甚至能量代謝都發(fā)生過選擇。樊英智[33]對(duì)分布在6 個(gè)地域的6 種不同類型家驢進(jìn)行了重測序，發(fā)現(xiàn)6 種家驢的遺傳距離各有遠(yuǎn)近，找到11 個(gè)受選擇區(qū)域，這些選擇區(qū)域可能與毛色、運(yùn)動(dòng)、環(huán)境適應(yīng)能力相關(guān)，不同地理環(huán)境使得家驢的選擇區(qū)域也不盡相同?；谥販y序技術(shù)對(duì)不同畜禽的選擇信號(hào)的研究還有很多，如對(duì)不同品種的駱駝進(jìn)行選擇信號(hào)分析，發(fā)現(xiàn)不同品種駱駝之間有明顯的地理分離[34]。

3 小結(jié)和展望

基因組學(xué)的發(fā)展使人們能夠從基因上探討畜禽遺傳進(jìn)化過程中發(fā)生的變異。對(duì)于地方畜禽基因組選擇信號(hào)的檢測可以更好地了解地方物種的起源進(jìn)化和基因遺傳交流，探究畜禽在適應(yīng)性變化過程中的發(fā)展機(jī)制。檢測選擇信號(hào)的方法各有優(yōu)勢，因此在選用不同方法時(shí)應(yīng)盡可能考慮到不同的群體，例如在長期的馴化選擇中，雖然不同的物種在馴化過程中都具有共同的特征，但在遺傳進(jìn)化過程中都會(huì)遇到發(fā)展的瓶頸期。基因組中不同的選擇信號(hào)在表型上會(huì)有不同，例如毛色的不同、繁殖能力的不同、適應(yīng)環(huán)境的能力不同等，因此需要選用合適的選擇信號(hào)檢測方法。

隨著測序技術(shù)的發(fā)展和普及，對(duì)于地方品種選擇信號(hào)的檢測會(huì)逐漸深入，地方品種的遺傳歷史會(huì)更加清晰，同時(shí)地方品種選擇信號(hào)檢測也面臨大樣本、大數(shù)據(jù)、多組學(xué)的發(fā)展，能夠從多方面多角度全面檢測畜禽的選擇信號(hào)是未來的發(fā)展方向之一。