《Journal of Animal Science and Biotechnology》：Genomic analysis reveals convergent signatures of selection for milk traits in sheep and goats
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本研究通过整合308个绵羊与山羊品种的全基因组数据，揭示了在乳用性状上存在趋同选择的遗传信号，并鉴定出CLASP1、PDS5B等关键候选基因，为解析小型反刍动物泌乳的分子机制及指导分子育种提供了重要的理论依据。
研究背景
趋同进化，即在缺乏近期共同祖先的系统发育谱系中独立演化出相似的表型，为探究重大表型转变背后的分子机制提供了独特视角。绵羊和山羊在大约1万至1.1万年前分别从其野生祖先独立驯化而来，面临着相似的人工选择压力以提升产奶性能，这使其成为研究乳用性状趋同遗传机制的理想模型。尽管已有研究探索了绵羊和山羊在驯化过程中的趋同基因组特征，但专门针对乳用性状的趋同选择信号尚不明确。因此，本研究旨在通过分析全球范围内乳用与非乳用绵羊和山羊品种的全基因组数据，揭示与乳用性状相关的趋同选择特征和关键基因。
研究方法
本研究共收集并分析了308个个体（108只绵羊和200只山羊，涵盖乳用与非乳用品种）的全基因组重测序数据。利用主成分分析（PCA）、系统发育树和ADMIXTURE分析来解析群体遗传结构与多样性。通过计算群体分化指数（FST）和核苷酸多样性比值（π ratio）来识别在乳用品种中受到选择的基因组区域。对于鉴定出的候选基因，进行了基因本体（GO）和KEGG通路富集分析以探索其功能。此外，还通过单倍型分析和公共RNA-seq数据（乳腺组织）的转录组分析，进一步验证了关键候选基因在泌乳过程中的作用模式。
研究结果
- 1.
群体结构与遗传多样性：分析显示，绵羊的乳用品种与非乳用品种之间存在显著的遗传分化，而山羊的不同群体间则显示出更多的基因交流和混合。遗传多样性分析表明，乳用山羊品种（如阿尔卑斯山羊、努比亚山羊）和乳用绵羊品种（如东弗里生羊）的近交水平较高，反映了长期针对产奶性能的定向选择。
- 2.
物种特异性选择信号：通过FST和π ratio分析，分别鉴定了绵羊和山羊中与乳用性状相关的物种特异性候选基因。在绵羊中，鉴定出的基因如POU2F1、ABCD2、TRNAC-GCA等，富集于脂肪酸氧化和AMP代谢过程等通路。在山羊中，鉴定出的基因如PRPF6、VPS13C、B4GALT1等，则与U2型剪接体复合物和丙酸代谢等通路相关。
- 3.
趋同选择的关键基因：研究发现了在绵羊和山羊中共同受到选择的基因，包括CLASP1、PDS5B、ZNF831和CCDC73。单倍型分析显示，这些基因在乳用品种中具有更保守的单倍型块和更低的核苷酸多样性，表明其在两个物种中均受到了类似的定向选择压力。
- 4.
候选基因的转录组验证：对山羊乳腺组织不同泌乳阶段的转录组数据分析表明，CLASP1和PDS5B等基因的表达量在泌乳启动期（早期）和干奶期相较于泌乳高峰期发生显著变化，提示它们参与乳腺组织的重塑过程。在绵羊中，比较乳用与非乳用品种的乳腺转录组发现，CLASP1和PDS5B在乳用绵羊中表达下调，而ZNF831表达上调，这反映了品种特异的转录调控模式与产奶性状的关联。
讨论与结论
本研究整合基因组与转录组数据，揭示了绵羊和山羊在乳用性状上存在分子水平的趋同进化证据。特别是CLASP1基因，作为一个微管正端跟踪蛋白，参与调节细胞外基质重塑和囊泡运输，可能对泌乳所需的乳腺上皮细胞功能至关重要。其他共享基因如ZNF831（转录因子）、PDS5B（姐妹染色单体粘连相关）和CCDC73（信号转导）也各自在细胞功能调控中扮演角色。这些基因在两个物种的乳用品系中同时受到选择，表明相似的育种目标（提高产奶量）驱动了保守遗传通路的平行演化。研究结果不仅增进了对小型反刍动物泌乳遗传基础的理解，而且为未来利用分子标记辅助选择（MAS）等育种技术，精准改良绵羊和山羊的产奶性能提供了新的候选靶点。
