摘要
青藏高原被誉为“地球第三极”，是世界上面积最大、海拔最高的高原，具有含氧量低、气压低、温度低、紫外线辐射强等恶劣的环境条件。这些独特的地理和环境特征塑造了青藏高原的生物多样性。由于青藏高原独特的地理屏障，使得当地留有珍贵的地方黄牛种质资源。青藏高原黄牛作为当地畜牧业生产的主要组成部分，已经形成了适应高原环境的特殊遗传特征。然而，目前对青藏高原黄牛群体之间的遗传关系和高原适应性的分子遗传基础知之甚少。 本研究通过分析海拔3300 ~4610 米的8个品种/群体的89头青藏高原黄牛（简称藏牛），结合来自世界其他地区24个品种/群体的169个全基因组家牛二代重测序数据，以及36头高海拔牛和49头低海拔牛的三代测序数据，从全基因组水平揭示藏牛常染色体、线粒体和Y染色体基因组特有的遗传特征，探究藏牛基因组的遗传多样性，挖掘藏牛中适应高原环境的候选基因，并进一步研究牦牛的基因渗入对藏牛环境适应性的贡献。获得的主要结果如下： 1. 通过全基因组遗传变异分析，发现藏牛可分为普通牛和瘤牛两个主要类群，分别以东亚普通牛和南亚瘤牛血统为主。基于线粒体全基因组变异，可将藏牛聚类到七个主要的单倍型组，包括普通牛单倍型（T2、T3和T4）、瘤牛单倍型（I1和I3）、稀有Q单倍型和牦牛单倍型，其中普通牛T3单倍型分为两个亚单倍型组（T3119 和T3055）。基于Y染色体变异，在藏牛中共检测到普通牛（Y2B）和瘤牛（Y3A和Y3B）三个父系单倍型，且以普通牛Y2B单倍型为主。 2. 以低海拔普通牛为参考，在藏牛的普通牛群体中鉴定到105个候选基因组区域，包括了160个基因。其中，体型大小有关的基因（HMGA2和NCAPG）和能量代谢相关的基因（DUOXA2）受到了正选择，并且这些基因在藏牛的普通牛群体中存在高频的错义突变，说明藏牛可能通过这些基因的变化影响了体型性状和能量需求以适应高原环境。以低海拔南亚瘤牛为参考，在藏牛的瘤牛群体（日喀则瘤牛）中鉴定到146个候选基因组区域，包括了261个基因。其中与心脏发育相关基因（FSTL1）和毛囊发育基因（BMS1）受到了正选择，这些基因可能与高海拔瘤牛适应高原环境有关。 3. 藏牛中牦牛的基因组渗入比例在0.64%~3.26%。通过基因组数据、染色质转座酶可及性测序分析（ Assay for Transposase-Accessible Chromatin with high throughput sequencing, ATAC-seq）和转录组测序（RNA sequencing, RNA-seq）数据，鉴定出来自牦牛非编码区渗入的单核苷酸多态性（Single nucleotide polymorphism, SNP）能够影响EGLN1 和 LRP11 启动子元件的活性，这种渗入有助于藏牛适应高原低氧和寒冷环境。另外，牦牛渗入基因GNPAT和LATS1可能参与藏牛抵抗紫外线辐射。 4. 本研究组装了藏牛高质量染色体水平的基因组，可以更准确的鉴定东亚普通牛的遗传变异。利用36头藏牛和49头低海拔牛的三代测序数据进行比较分析，共鉴定了4775个高度分层的结构变异（Structural variation, SV），包括与体温调节（GRIA4）、能量代谢（SORD）和缺氧适应性（INSR、PBRM1、PLCB1 和 FILIP1LI）相关基因的SVs。此外，还在藏牛中鉴定出2334个可能是牦牛渗入的SVs，包括适应性渗入基因EGLN1、DISC1和NFE2L2，推测这些基因有助于藏牛适应高海拔环境。 综上，本研究对藏牛全基因组数据进行系统分析，阐释了藏牛的群体遗传结构和基因组遗传多样性。通过 SNPs 和 SVs 角度挖掘了藏牛高原适应性的遗传变异和适应性渗入区域，探究了藏牛的高原适应性的遗传基础。这不仅为藏牛品种资源的保护与利用提供了科学依据，也为高原动物如何适应极端环境提供新的见解。
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