青藏高原被誉为“地球第三极”，其寒冷、低氧、低压和强紫外线的极端环境造就了其独特的生物多样性。伴随着人类迁徙与生产活动，一批家养动物也逐渐适应了高原严酷的生存环境，成为藏区居民不可或缺的生产和生活资料。解析高原家畜对极端环境适应的遗传机制，不仅能够揭示高原环境与遗传发育的相互作用机制，还有助于青藏高原动物遗传资源挖掘与保护利用，为高原家畜遗传改良提供理论指导。
山羊是最早被驯化的家畜之一，大约11000年前在新月沃地被成功驯化，并伴随着人类迁徙扩散到了世界的各个角落。在此过程中，山羊适应了各地多样的环境条件。研究表明，山羊大约在3000-5000年前才迁徙至青藏高原，然而山羊如何在短期内快速适应高原严酷恶劣的自然环境仍然是未解之谜。
近日，西北农林科技大学与多家单位合作，在Molecular Biology and Evolution杂志在线发表题为“Markhor-derived introgression of a genomic region encompassing PAPSS2 confers high-altitude adaptability in Tibetan goats”的研究论文。该研究报告了西藏山羊基因组中的一个新的受选择基因PAPSS2，进一步分析发现，该基因源于喜马拉雅地区的一种山羊近缘物种的基因渗入，这一远古时期的基因渗入事件帮助山羊在早期快速适应了高原严酷的自然环境。
基因交流是家养动物适应性进化和物种形成的重要机制。研究团队对全球不同海拔分布的家山羊、野生山羊和古代山羊的331个基因组和 104 个转录组的数据进行分析，并利用 PacBio HiFi数据组装了一个染色体水平的藏山羊参考基因组。在定位到关键的受选择基因PAPSS2后，项目组同时利用CRISPR/Cas9方法在细胞中进一步验证了PAPSS2基因的功能。项目组利用目前最大规模的山羊基因组数据，揭示了PAPSS2基因不仅是山羊高海拔适应的最显著基因，也是基因渗入分析中的最显著基因。分析发现，西藏山羊与青藏高原地区的野生山羊存在基因交流，西藏山羊PAPSS2基因的单倍型来源于捻角山羊（C. falconeri）的遗传渗入，且该渗入片段仅在高海拔山羊中出现。捻角山羊是巴基斯坦的“国宝”动物，现存数量较少，主要分布于喜马拉雅山脉及其周边地区。该研究在基因组水平对西藏山羊的遗传资源进行了系统评估，揭示了山羊高原适应的潜在遗传机制，进一步支持了野生近缘种间的基因渗入在家畜环境适应中的重要作用，对家畜遗传资源的挖掘、保护和利用及遗传改良均具有重要意义。
动科学院王小龙教授和姜雨教授、国际家畜研究所Jian-Lin Han教授为论文通讯作者。西农大与瑞士苏黎世联邦理工学院联合培养博士生李超、西藏农牧科学院畜牧兽医研究所吴玉江研究员、研究生陈炳春、博士后蔡钰东、四川农业大学郭家中博士为论文第一作者。加州大学圣塔克鲁兹分校、蒙古国生命科学大学、新疆农垦科学院、北京动物园等机构参与了该工作。研究得到了国家重点研发计划、西藏自治区重点研发计划、国家自然科学基金、CAAS-ILRI联合实验室基金等项目及西北农林科技大学高性能计算平台的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1093/molbev/msac253
