近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)動物科技學(xué)院姜雨教授團隊，聯(lián)合動物醫(yī)學(xué)院趙善廷教授和新疆畜牧科學(xué)院鄭文新研究員在山羊馴化方面取得重要研究進展，研究論文“A missense mutation in RRM1 contributes to animal tameness”在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《Science Advances》。動物科技學(xué)院姜雨教授、王喜宏副教授、動物醫(yī)學(xué)院趙善廷教授和新疆畜牧科學(xué)院鄭文新研究員為共同通訊作者，我校博士生竇鳴樂、博士畢業(yè)生李鳴和鄭竹清為共同第一作者。
動物的馴化，極大促進了人類農(nóng)業(yè)文明進程。在馴化過程中，野生動物在馴化過程中發(fā)生了很大的變化，如警惕性減弱。是否存在導(dǎo)致行為學(xué)改變的關(guān)鍵遺傳變異，仍然是一個未解之謎。山羊作為最早馴化的家畜之一，是研究動物馴化的重要模型。
本研究通過對現(xiàn)代家羊和野生群體進行全基因組范圍的比較分析，確定了山羊全基因組上最強的受選擇信號區(qū)位于15號染色體上一段80kb的區(qū)域，包含兩個蛋白編碼基因STIM1和RRM1。這兩個基因與神經(jīng)遞質(zhì)運輸和胚胎時期的神經(jīng)管發(fā)育相關(guān)，且該基因座與人類兒童攻擊性行為相關(guān)，故推測該受選擇區(qū)可能與馴化行為相關(guān)。
馴化動物與對應(yīng)野生物種的差異表型的檢測，以及相關(guān)基因型的鑒定一直是研究動物馴化研究的“關(guān)隘”，尤其行為表型。但是，基于新疆畜牧科學(xué)院存有的一個珍貴的野山羊與家山羊的F2雜交群，本研究檢測了雜交個體的逃逸距離，即動物可容忍人靠近的最近距離。相關(guān)分析揭示逃逸距離與STIM1-RRM1座位單倍型顯著相關(guān)。
為進一步篩選山羊馴服行為相關(guān)的關(guān)鍵遺傳變異，本研究分析了約70個不同歷史時期古代樣本中STIM1-RRM1座位的突變情況，發(fā)現(xiàn)位于RRM1第8外顯子的錯義突變RRM1I241V在6500年前的樣本中首次被檢測到，并在4000年前的家羊中迅速固定。然而在整個四足動物近四億年的進化過程中，該位點高度保守，幾乎沒有改變過。該突變位點位于RRM1蛋白關(guān)鍵二聚化結(jié)構(gòu)域，并臨近S-site，以及結(jié)構(gòu)預(yù)測顯示RRM1I241V改變RRM1第236到246位氨基酸的疏水力。
最后，本研究通過CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)構(gòu)建了RRM1I241V突變小鼠模型。其大腦轉(zhuǎn)錄組分析顯示，差異表達基因主要富集于谷氨酸能突觸等多種神經(jīng)突觸相關(guān)的信號通路。本研究在西北農(nóng)林科技大學(xué)動物醫(yī)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)實驗室進行了小鼠行為學(xué)實驗檢測，包括馴服行為實驗、高架十字、曠場實驗和社交實驗等多種行為學(xué)實驗，揭示了該突變影響了小鼠的多種行為表型。
綜上，本研究篩選得到位于RRM1基因且在物種中高度保守位點上的遺傳變異RRM1I241V，結(jié)合多組學(xué)分析、基因編輯小鼠模型的構(gòu)建以及多種行為學(xué)實驗驗證，揭示了在山羊馴化過程中，RRM1I241V 對山羊行為產(chǎn)生重大影響。這是首次將馴服行為和具體的基因突變關(guān)聯(lián)起來，對研究動物的行為改變具有啟示意義，或?qū)θ祟惥窦膊〉闹委熡薪梃b意義。
本研究得到十四五國家重點研發(fā)專項“主要農(nóng)業(yè)動物優(yōu)異種質(zhì)資源形成與演化機制” （2022YFF1000100），國家自然科學(xué)基金（U21A20247和32002140）以及陜西省自然科學(xué)基金（2021JCW-11和2022TD-10）等項目共同資助。
原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf4068
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