11月18日，中國農業大學李孟華教授團隊在Communications Biology期刊發表題為“Whole-genome sequence analysis unveils different origins of European and Asiatic mouflon and domestication-related genes in sheep”的研究論文。該研究收集了家養綿羊及其野生近緣物種的高深度全基因組資訊，重建綿羊屬物種間的系統發育和進化歷史，並探究物種間的基因交流和馴化選擇特徵。研究發現了野生綿羊之間的基因漸滲現象，揭示了羊屬早期分化的北美古老類群對摩弗倫支系的基因漸滲現象，尤其是在綿羊馴化前或馴化中對綿羊祖先亞洲摩弗倫羊的漸滲，在家養綿羊基因組中留下了受選擇痕跡，為了解馴化基因起源提供了新的見解。 該研究還提出了分化歷史較短的歐洲摩弗倫羊野化起源以及有來自北美古老類群可能滅絕分支的遺傳貢獻的“二層”起源假說。
圖1. 歐洲摩弗倫羊（左上，圖片來源：https://zooinstitutes.com/animals/mouflon-rostov-on-don-zoo-36011.html），亞洲摩弗倫羊（右上，圖片來源：https://www.flickr.com/photos/85387952@N00/8059123611）和古代綿羊浮雕（下，圖片來源：https://dailycaller.com/2021/07/14/ancient-dna-found-1600-year-old-mummified-sheep/）
羊的馴化和發展是人類文明史和農業革命史上的重要事件。羊屬的進化歷史長達831萬年，包括現存的8個物種：家養綿羊、盤羊、亞洲摩弗倫、歐洲摩弗倫、東方盤羊、大角羊、小角羊和雪羊。儘管羊屬各物種染色體數目不同（2n=52-58），但種間均可進行雜交。早期的考古學和遺傳學研究證明，家養綿羊是在距今12000-10000年由其野生祖先亞洲摩弗倫羊在新月沃地馴化而來。先前的研究也顯示了部分羊屬物種基因漸滲的證據，包括從野生綿羊到家養綿羊的適應性漸滲。然而，羊屬間的基因漸滲及其對綿羊馴化過程的貢獻仍然存在較大缺環。野生綿羊分佈地域廣泛，對不同的生物地理範圍的許多生物和非生物脅迫具有彈性適應性，其現有的遺傳變異可為改良家養綿羊提供重要的遺傳資源，以應對日益增長的糧食生產需求、疾病和全球氣候的快速變化。因此闡明野生綿羊和家養綿羊之間的進化和遺傳聯絡，對於利用野生綿羊遺傳資源改良家養綿羊具有重要意義。
該研究使用8個羊屬物種共72個個體的高深度全基因組重測序資料（平均覆蓋率 = ~21×），在全基因組範圍檢測到125982209個SNP、13043920個INDELs和眾多結構變異，為綿羊遺傳改良以及野生物種的生態和進化研究提供了重要的遺傳資源。對來自8個羊屬的72個個體主成分以及聚類分析顯示出顯著的種間和種內遺傳差異。
圖2. 綿羊種的地理分佈與種群結構
研究基於全域性和區域性構樹的方式構建了羊屬的進化樹。
圖3. 羊屬的系統發育樹以及基因交流情況概覽
研究利用PSMC模型發現，在80-25萬年前，這些物種的種群規模急劇下降，在距今3萬-1萬年期間即末次冰期左右，東方盤羊和亞洲摩弗倫羊經歷了劇烈的瓶頸效應。隨後隨著畜牧業、農業的繁榮和人類的定居等因素，使得種群規模開始恢復。根據SMC++分析，所有物種隨後在距今10000 -1000 年間呈現下降趨勢。特別地，我們注意到距今6000-5000年期間歐洲摩弗倫的有效群體大小下降幅度比家羊更大，這可能與歐洲摩弗倫的野化即新物種形成初期的瓶頸效應相對應。
圖4. 群體歷史推斷
隨後，研究基於D統計、fd統計、TreeMix等一系列遺傳學研究工具對綿羊屬間基因交流模式進行探索，並基於隱馬爾科夫模型和LD衰減的方法推斷了種間基因漸滲的時間。值得注意的是，多種分析方法一致顯示北美古羊類群 (Pachyceriforms：包括雪羊、大角羊和小角羊)向摩弗倫羊的滲入事件。進一步區域性基因漸滲分析表明，大角羊、小角羊和雪羊對歐洲摩弗倫的遺傳貢獻分別為1.47%、1.45%和1.43%，而大角羊、小角羊和雪羊對亞洲摩弗倫的遺傳貢獻分別為3.7%、3.63%和3.68%。
研究進一步表明歐洲摩弗倫的野生祖先，即第一批被馴化的毛用羊，可能來自於相較於本研究所用到亞洲摩弗倫（在伊朗取樣）更加古老的種群。由於雪羊、大角羊和小角羊的地理分佈沒有延伸到歐洲，該研究進一步推測：歐洲摩弗倫羊具有歐洲一種可能現已滅絕的來源於北美古老支系綿羊的遺傳成分，是透過該物種與野化後的家養綿羊雜交而產生。
先前的研究表明，盤羊到藏羊的適應性漸滲訊號明顯，滲入的基因與青藏高原極端環境適應性相關，漸滲基因涉及缺氧和紫外線訊號通路（如HBB和MITF）和與角的大小和形狀等形態特徵相關基因（如RXFP2）。該研究透過盤羊對藏羊的滲入事件分析發現：藏羊中存在從盤羊中滲入的其他基因，這些基因與對病原體的抗性（如ACTN4）、嗅覺發育（如AGTPBPI）和運動（如OXRI）相關，可能與適應半野生放牧和缺氧環境有關。
該研究進一步發現滲入到綿羊祖先亞洲摩弗倫羊的基因，覆蓋了多個馴化相關基因，如KITLG, CAMK4, NR6A1, RNF24, MBIP，SH3GL3, GMDS，EXOC2和GTF21。它們的功能與一些重要的形態、生理和生產性狀有關，如產仔數、乳腺週期、早期體重（PLAG1）、卵泡發育的調節（NR5A1）。這些與馴化相關的候選基因在馴化過程中受到了強烈的選擇壓力，最終導致了家養綿羊和野生祖先之間的形態、生產、生理和行為的差異。在實際應用中，該基因編碼區高度分化的非同義突變具有重要的功能，對未來家羊相關性狀的分子標記和遺傳改良具有重要意義。
圖5 . 雪羊向亞洲摩弗倫基因滲入訊號的區域性推斷與註釋
該研究首次對羊屬系統發育和漸滲進行全面而深入的研究，重建了這些物種的系統發育和進化歷史，探討了物種間的基因交流和馴化選擇特徵，增加了我們對亞洲和歐洲摩弗倫羊起源以及家養綿羊馴化特徵的理解。發現的野生綿羊對家養綿羊馴化有貢獻的滲入基因，為綿羊育種提供了豐富的分子標記素材。
中國科學院動物研究所博士（現中國科學院古脊椎動物與古人類研究所特別研究助理）陳澤慧和中國農業大學動物科技學院博士後徐埡烯為論文共同第一作者，中國農業大學李孟華教授和加州大學伯克利分校Rasmus Nielsen教授為共同通訊作者。該工作得到了國家重點研發計劃“政府間國際科技創新合作”重點專項，中國科學院對外合作專案、國家自然科學基金，第二次青藏高原綜合科學考察研究（STEP）等專案的資助。
