藏獒在高海拔渐变复杂环境下适应性进化的遗传机制

As a guard breed dog unique to Tibetan Plateau, Tibetan Mastiff (TM) evolves acclimation quickly under a combination of natural and artificial selection. Thus, it presents as a specific animal model for studying the genetic mechanism of adaptive evolution for high altitude driven by intentional evolutionary forces in a short period. Moreover, there is high genetic diversity and apparent population stratification of TM, suggesting potential local adaptations. Based on canine microarray, we found previously the genetic legacy of high-altitude adaptation in TM and convergent evolution between TM and Tibetans. However, data from microarray is weak in identifying exact targets. Besides, a lack of associated physiological and biochemical data retards the future research on high-altitude adaptation. Therefore, we will here study the genomic variation from different locations with gradual changing altitudes, to explore the genetic mechanism of high-altitude adaptation and potential genetic basis of local adaptation. Further association study will be addressed by combining with physiological and biochemical data and expression data. This project will improve current knowledge on the adaptive genetics of domestic animals evolved in a short period and give deep insight into our understanding on artificial domestication.

作为青藏高原特有的护卫犬种，藏獒在人工选择与自然选择的综合作用下，在极短的时间内形成了高原适应性进化，是非常独特的，可用于研究在短期强烈进化动力下形成极端环境适应性进化遗传机制的理想动物模型。而且藏獒具有丰富的遗传背景，内部群体间有明显的遗传结构分化，提示有区域适应性进化的可能性。我们前期基于芯片的研究发现，藏獒在基因组水平确实存在高原适应性进化的遗传印记，且与藏族人群发生了趋同进化。然而由于芯片技术扫描数据的局限性以及生理生化数据的缺乏，阻滞了对其高原适应性进化机制的深入探讨。因此，本研究将从不同地域、海拔角度入手，从全基因组水平细致分析藏獒在高海拔渐变复杂环境中形成适应性进化的遗传机制及潜在的区域适应性进化异同，并结合生理生化数据及基因表达数据，探讨其进化历史，实现从基因到性状的功能研究。本研究的开展，将为家养动物短期适应性进化遗传机制的研究奠定基础，增进对人工驯化的认识和理解。

藏獒，是青藏高原特有家犬品种。我们之前通过比较不同地区藏獒和世界其它家犬的线粒体高变区，发现藏獒起源于中国土狗，随人类自新石器时期陆续迁徙进藏，在极短时间内形成了高原适应性进化。我们前期基于核基因组芯片扫描的结果显示，藏獒和藏族人群可能在缺氧应答通路发生了趋同进化。因此，藏獒既是探讨在短期强烈的综合选择作用下适应性进化形成机制的良好模型，也是不可多得的可度量趋同进化形成尺度的研究对象。同时，藏獒虽然源自迁徙进藏的中国土狗且经历了短期剧烈的选择效应，但它仍然具有不亚于中国土狗的丰富遗传背景。为细致探讨藏獒的高原适应遗传基础、进化来源、趋同进化程度，以及导致藏獒群体丰富遗传背景的原因，本项目中我们深入研究了不同海拔高度藏獒对高海拔渐变环境适应性进化的遗传基础。结果显示：1）藏獒在极短时间内形成的高原适应遗传基础源自少数主效基因的进化，且以血红蛋白浓度、血氧含量变动幅度为例，与平原犬种之间表现出了显著的表型差异；2）藏獒不同群体（海拔）间的遗传差异更可能是遗传漂变导致的，对渐变海拔高度的适应更多表现为少数高原适应主效基因基因型的频率差异；3）藏獒的高原适应遗传基础可能并非来自高原狼的基因渗透，而是来自家犬群体中的遗传多态，而有意思的是，高原狼的部分适应遗传基础，可能来自藏獒的基因渗透；4）衰老基因在不同群体内均表现出与低氧适应相关的快速进化，且这一特征在藏族人群中广泛存在，很可能促使藏族老人的长寿，提示藏獒与藏族人群趋同进化的普遍性和特征性。本研究的结果不仅进一步阐明了藏獒短期适应性进化的遗传基因组基础及其进化来源，还为建立和完善藏獒品系的分子鉴定体系提供了有力参考依据，为藏獒品种的鉴定和改良提供了新的理论依据和分子标记。已在国际顶级期刊《Cell Research》上发表SCI论文一篇，影响因子大于15分，获《科技日报》、《云南日报》、《新浪》等诸多国内知名媒体报道，现正撰写修改论文一篇。