作者 ｜ 李晨

馬是與人類關係密切的家畜資源，體高、毛色、步態、奔跑效能、繁殖能力等都是備受關注的重要性狀。

近日，中外科學家團隊成功解析了中國家馬體高變異的主效基因，並發現該基因突變最早出現在距今2300年前的中亞古馬群體，隨後迅速擴張至整個歐亞大陸所有現代馬群體。相關研究成果線上發表於《當代生物學》。

廣西德保矮馬馬王 顏明揮攝

西方矮馬體高基因在中國馬中不存在

馬主要分佈在亞歐大陸地區。論文通訊作者、中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所（以下簡稱牧醫所）研究員蔣琳告訴《中國科學報》，全世界家馬大約有313個品種，中國有51個品種，佔全世界馬品種的16%。

“我國有以耐力著稱的蒙古馬、矮小體格的西南馬、適應藏區極端氣候的藏馬、善於走對側步的岔口驛馬，以及適應極端寒冷天氣的鄂倫春馬等。中國馬的遺傳資源極其豐富，為世界家馬的體高、適應性等一系列重要性狀的精準鑑定提供了重要素材。”蔣琳說。

“尤其是分佈在我國西南山區的矮馬，體高不足100釐米，在相對閉鎖的環境下形成了獨特的性狀，是十分珍貴的資源。”論文第一作者、牧醫所博士劉雪雪告訴《中國科學報》，矮馬指成年體高在106釐米以下的馬。

20世紀70年代末，世界公認的自然矮馬品種僅指英國的舍特蘭馬。

然而，我國自漢代起就有矮馬記載，古稱“果下馬”。

20世紀80年代起，牧醫所王鐵權等人在我國西南馬群中率先發現矮馬資源群體。

2005年，論文共同通訊作者、牧醫所研究員馬月輝進行了品種資源的收集並妥善儲存。之後，中國矮馬逐漸為世界所認識。

前期研究發現，在西方矮馬中，比如舍特蘭矮馬、法拉貝拉矮馬，其體高相關的突變位於HMGA2等候選基因上。

“然而，我們發現，這個突變在基因組選擇中並沒有達到顯著的水平，而且在中國出土的古馬中也沒有檢測到HMGA2的突變存在。”蔣琳說，西方馬體高性狀的遺傳機制不能解釋中國馬的體高變異，並且體高性狀的主效位點一直未被鑑定。

尋找中國馬體高變異的分子機制

既然如此，那麼必定存在另一種調控機制導致中國馬體高的差異化。

牧醫所畜禽種質資源保護與利用科技創新團隊聯合法國國家科學研究中心圖盧茲人類生物學和基因組學實驗室教授Ludovic Orlando團隊，對此開展了深入研究。

劉雪雪介紹，他們首先構建了187份中國家馬種質資源的基因組（包括75份矮馬和112份普通馬）及其體高資料記錄，進行了全基因組選擇訊號和全基因組關聯分析，成功定位到8號染色體上一段連鎖區域，並發現該區域內TBX3基因增強子上的兩個突變可能是體高性狀變異的主效突變。

該團隊進一步進行了763份中國家馬遺傳資源的大規模基因鑑定、國外數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建，明確了上述兩個突變中的TBX3是主效突變。

劉雪雪說，TBX3基因屬於T-box基因家族，在胚胎、肌肉和骨骼發育等方面起著重要作用，尤其是調控肢體發育方面。

在小鼠中，TBX3缺失會導致小鼠肢體發育遲緩和指頭缺失。

TBX3還是肌肉及其附屬組織必需的調控因子，缺乏TBX3時會引起尺骨—乳腺綜合徵。

這種疾病的主要特徵包括上肢缺陷，大汗腺、乳腺、毛髮發育不全，以及各種生殖器異常。

“TBX3突變加速了中國家馬體高性狀的變異，並促進了TBX3基因的轉錄表達，從而加速了動物四肢遠端骨骼的生長。”

馬月輝說，作為重要的數量性狀，體高會受到基因組多個水平多基因的調控，“我們發現的是一個關鍵突變，可以解釋25%的體高變異。但是，不能否認還有其他的突變與體高相關，需要進一步的研究才能確認”。

基因分型與史料記載吻合

“我們利用古馬的基因組資訊，對發現的關鍵位點TBX3進行了基因型分型。”蔣琳說。

結果發現，該位點上的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，具有極強的功能效應，能解釋近10釐米的體高變異。

劉雪雪說，他們研究發現，G等位基因的突變首次出現在距今2300年前阿勒泰地區巴澤雷克（Pazyryk）文化遺址的古馬遺骸中，彼時是鐵器時期，正值我國秦朝早期，對於戰馬的大量需求加速了大體形中國馬種的選育。

隨後，大量古馬遺骸中都呈現了該基因型，其中包括一些歐洲出土的古馬。

史料記載，我國馬的體高是逐漸增高的過程。

由於古代樣品有分化和降解，研究人員利用現有的分析模型推測了古馬的體高。

結果發現，在陝西省淳化縣棗樹溝腦遺址出土的先秦時期的馬，體高預計121~122釐米；到漢朝時，據《漢書》記載，“馬五尺九以上，齒未平不得出關”，漢武帝陵中發現的馬體高達到了135釐米，專家推測這是一匹汗血寶馬；再到唐太宗李世民的六駿圖，馬的體高進一步增加，與現代馬相近。

“而我國西南馬的矮小性狀因能適應西南崎嶇山路而未受到大體形馬種的影響，保留了野生型A等位基因，因此保持了矮小的體形。”蔣琳說。

馬月輝認為，這說明該位點是逐漸選擇和進化的。

為了進一步驗證，他們對比了現代僅存的野馬品種——普氏野馬。

普氏野馬平均體高130釐米，研究人員對資源庫中的野馬進行基因分型，發現其攜帶的是和我國西南矮馬相同的基因型，即A等位基因。

而現代的高馬中攜帶相反的基因型——G等位基因。

“這說明我們發現的TBX3位點突變比較古老。”劉雪雪說。

蔣琳指出，這項工作利用了國家家養動物種質資源庫收集儲存的850份中國家馬遺傳資源。

家馬體高關鍵位點的成功解析可以作為重要的遺傳標記，為中國西南馬資源的保種和育種提供科學指導，還將為畜禽遺傳資源的挖掘提供方法借鑑，對促進畜牧業的發展和家馬種質資源儲存與開發利用等具有重要意義。

相關論文資訊：

https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.11.052