家犬在人工选择下的微进化研究

Animal domestication is one of the most important events in human evolution history. It was prerequisite to the rise of civilization. Domestication is a class of microevolution and the artificial selection is the primary impetus. Domestic dog is an excellent organism model to decipher microevolution because of its clear demographic history. In this proposal, we will sequence the whole genomes of indigenous dogs and wolves from Middle East, North Africa, and Arctic, and Australia dingos, respectively. Through the approaches of population genomics and the evolutionary genomics, we will: 1) scan the genomic difference between wolves and dogs to decipher the genetic basis of adapting domestic environment by artificial selection; 2) scan the genomic difference between dingos and dogs to figure out the fingerprint when losing artificial selection; 3) scan the genomic difference between different dog populations under different artificial selection. Finally, the proposal will reveal the genomic basis of artificial selection, the power of the microevolution, and the co-evolution of pathway or network.

家养动物的驯化是人类演化历史上的重大事件。驯化是一种微进化，人工选择是其第一推动力。家犬的驯化历程相对清晰，是研究人工选择和微进化的最佳模式动物之一。本项目计划对来自中东、北非、北极地区的家犬和灰狼，以及来自澳大利亚的野狗进行全基因组测序并计算得到全基因组变异频谱。利用群体基因组学和进化基因组学的方法，1）比较家犬基因组和灰狼基因组的差异以探讨人工选择作用下家犬适应人工环境的遗传机制；2）比较家犬和澳洲野狗的基因组差异以探讨人工选择压力放松后家犬基因组的变化，进而另一方向研究人工选择作用下基因组变异的规律；3）比较不同家犬群体受选择基因的差异以探讨家犬适应不同人工环境的遗传机制。综合以上三个方面阐明人工选择的基因组基础、微进化的作用力、和多基因协同共进化机制与网络调控的分子机制及其进化意义。

中文摘要（800）：家养动物的驯化是人类演化历史上的重大事件。驯化是一种微进化，人工选择是第一推动力。家犬的驯化历程相对清晰，是研究人工选择和微进化的最佳模式动物之一。在本项目的支持下，1）我们利用二代测序技术和群体基因组学勾勒家犬的起源和全球迁徙路线并为人们了解人类过去的社会活动和迁徙历史提供参考。2）利用广泛的国际合作，收集非洲家犬和野生犬科动物的样本和数据，证明非洲家犬有着独立的遗传组分，大约1万4千年前迁移到非洲，并与非洲金豺发生了基因交流。本研究揭示家犬在伴随人类的过程中适应非洲炎热的自然环境的遗传机制，为今后的非洲人群疟疾研究工作提供重要的靶点和参考。3）通过对家犬、灰狼、豺狗三个犬科物种的基因组比较分析，我们得到家犬驯化特异的结构变异图谱，阐明了家犬从肉食性到杂食性的遗传机制，展示了新基因在家养动物驯化过程中的作用，为家养动物的驯化研究提供了新的思路和视角。4）开发iDog 数据库，是家犬与野生犬科动物整合性资源数据库，成为犬科动物基础研究的信息知识宝库。除此之外，项目负责人为扩大研究的科学价值，推动全面的国际合作，于2016年6月组织了家犬基因组国际学术峰会，并和中国科学院张亚平院士、美国加州大学Robert K. Wayne教授、美国国立卫生研究院Elaine A. Ostrander 研究员共同发起家犬基因组研究国际联盟（Dog10K genomes international consortium）。研究联盟可帮助我们理解复杂性状的遗传基础和进化，为人类的演化历史提供崭新的视角，建立医学模型研究重大疾病的发生发展机理及人类健康研究。为了向全世界展示中国科学家的研究成果的科学价值，项目负责人积极参与各项国际会议。在2016年SMBE年会上，主持《Understanding domestication in the genomic era》分会。在2018年世界生命科学大会上做题为“History, selection, and genomic basis of complex traits of dogs”的分会场报告。