科研人員成功解析中國家馬體高變異的主效基因突變

近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜禽種質(zhì)資源保護(hù)與利用科技創(chuàng)新團(tuán)隊利用國家家養(yǎng)動物種質(zhì)資源庫收集保存的850份中國家馬遺傳資源，成功解析了中國家馬體高變異的主效基因突變，并且發(fā)現(xiàn)該突變最早出現(xiàn)在距今2300年蒙古帝國時期的古馬群體，隨后迅速擴(kuò)張至整個歐亞大陸所有現(xiàn)代馬群體。該研究是牧醫(yī)所家馬種質(zhì)資源系列研究的又一突破性進(jìn)展，為中國西南馬資源的保種和育種奠定了重要的科學(xué)基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于國際生物學(xué)著名期刊《當(dāng)代生物學(xué)(Current Biology)》(IF=10.83)。

據(jù)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所研究員蔣琳介紹，中國家馬遺傳資源極其豐富，為世界家馬體高、適應(yīng)性等一系列重要性狀的精準(zhǔn)鑒定提供了重要的素材。特別是分布在我國西南山區(qū)的矮馬，體高不足100厘米，在相對閉鎖的環(huán)境下形成了獨(dú)特的性狀，是十分珍貴的資源。上世紀(jì)80年代，牧醫(yī)所王鐵權(quán)先生率先發(fā)現(xiàn)了中國西南矮馬資源群體，2005年，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所研究員馬月輝率領(lǐng)團(tuán)隊成員將西南矮馬遺傳資源收集入庫并妥善保存。前期國外研究了西方馬體高性狀的遺傳機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了HMGA2等候選基因，卻不能解釋中國馬體高變異的遺傳調(diào)控機(jī)制，并且體高性狀的主效位點一直未被鑒定。

本研究構(gòu)建了187份中國家馬種質(zhì)資源的基因組，包括75份矮馬和112份普通馬基因組及其體高數(shù)據(jù)記錄，進(jìn)行了全基因組選擇信號和全基因組關(guān)聯(lián)分析，成功定位到8號染色體上一段連鎖區(qū)域，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域內(nèi)TBX3基因增強(qiáng)子上的兩個突變(ECA8:20644525和ECA8:20644555)可能是體高性狀變異的主效突變。研究團(tuán)隊進(jìn)一步進(jìn)行763份中國家馬遺傳資源的大規(guī)模基因鑒定、國外數(shù)千份古馬基因組的衍生等位基因頻率軌跡重建、雙熒光素酶試驗和基因編輯小鼠模型構(gòu)建，明確了TBX3(20644555, A/G)是主效突變，該突變加速了中國家馬體高性狀的變異，并促進(jìn)了TBX3基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，從而加速了動物四肢遠(yuǎn)端骨骼的生長。同時，揭示了A等位基因是野生型，G是在體高增加的群體中新衍生的等位基因，具有極強(qiáng)的功能效應(yīng)，能解釋近10cm的體高變異。G等位基因的出現(xiàn)正值我國秦朝早期，彼時對于戰(zhàn)馬的大量需求加速了大體型中國馬種的選育。而我國西南馬的矮小性狀因能適應(yīng)西南崎嶇山路而未受到大體型馬種的影響，保留了野生型等位基因A，因此保持了矮小的體型。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所是本研究第一單位。本研究得到了國家自然科學(xué)基金項目、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程的資助。(科技日報記者 馬愛平 通訊員 蔣琳 浦亞斌)