中国黄牛全基因组遗传多样性与资源保护研究

China has extremely rich resources of cattle breeds, which have obvious phylogeography structure and distinctive germplasm characteristics compared with European taurine and Indian indicine cattle. To our knowledge, the whole-genome data analysis of Chinese indigenous cattle were very limited. To aim the scientific problems of so many local cattle breeds in China and their difficult resources conservation, by using 180 samples (including 50 sequenced samples in our lab ) of 32 local cattle breeds in China and adjacent countries, 8 Chinese ancient cattle whole-genome resequencing data, related bovine species and modern cattle whole-genome data downloaded from NCBI, and bioinformatic techniques, this project will reveal the genetic variations and germplasm characteristics of autosome, Y-chromosome and mitochondrial genome of Chinese local cattle, investigate the origin and evolution, population history dynamics, gene flow, and migration events based on the whole-genome sequences of Chinese ancient and domestic cattle, clarify the historic introgression time and proportion between Chinese cattle and related Bovini species. Through comprehensive comparative genomics analysis of worldwide cattle and Chinese cattle, this project will systematic assess the genetic resources and develop a genetic diversity databank of Chinese indigenous cattle, contributing to the correction of synonyms and namesakes of Chinese cattle and strategies of breeds resource conservation. This research will provide the scientific basis for genome selection, resources conservation and utilization and new beef cattle breed cultivation of Chinese native cattle, which will be of great value in both theory and practice.

中国黄牛资源极其丰富，具有明显的系统地理结构和区别于欧洲牛与印度瘤牛的种质特性，但迄今对中国黄牛全基因组水平的研究很少。针对中国地方黄牛品种多、资源保护困难这一科学难题，本项目利用国内外家牛与近缘牛种的全基因组数据及生物信息学方法，以中国及周边国家32个品种180头（已重测序50头）及8头中国古代牛为对象，从全基因组水平揭示中国黄牛常染色体、Y染色体和线粒体基因组特有的遗传变异与种质特性，探讨其起源进化、种群历史动态、基因交流与迁徙事件，阐明中国黄牛与近缘牛种之间基因渗入时间与比例。通过中国黄牛与世界家牛全基因组数据比较，建立我国地方黄牛品种资源全基因组遗传多样性数据库，并对我国地方黄牛资源进行系统评估，解决地方黄牛广泛存在的同种异名和同名异种的科学问题，提出我国特有黄牛品种资源保护的策略。本项目将对我国黄牛全基因组选择、品种资源保护与肉牛新品种培育提供科学依据，具有重要的理论与实际意义。

本项目对中国地方黄牛、周边国家黄牛和8个石峁古牛样本进行基因组重测序，共获得843头牛的全基因组数据。基于全基因组和Y染色体基因组分析，把世界家牛分为5个祖先群体，中国黄牛起源于欧亚普通牛、东亚普通牛、中国瘤牛与印度瘤牛。中国北方黄牛主要起源于普通牛，南方黄牛主要起源于瘤牛，中原黄牛为普通牛与瘤牛的混合起源。中国南方瘤牛的基因组核苷酸多样性高于北方普通牛。对266个公牛基因组的单拷贝Y-SNPs分析，获得1412个单拷贝Y-SNPs，把全世界家牛Y染色体基因组细分为5个支系：欧洲普通牛Y1、欧亚普通牛Y2a、东亚普通牛Y2b、中国瘤牛Y3a与印度瘤牛Y3b。中国北方黄牛以Y2a为主，南方瘤牛以Y3a为主。对中国黄牛456个线粒体基因组序列进行系统发育分析，发现所有东亚普通牛都属于T单倍型组，中国普通牛主要为T3和T2两个支系；中国南方瘤牛有I1和I2两个支系，主要为I1a亚支系；2头西藏牛为牦牛线粒体支系；还发现T3 两个亚支系 (T3119与T3055) 为蒙古牛特有支系，西藏牛存在稀有单倍型组Q，表明西藏高原保存了史前家牛珍贵的遗传资源。本项目从全基因组水平对我国地方黄牛遗传资源进行了系统评估，并提出了我国特有地方黄牛品种资源保护名单。本项目还构建了包括中国黄牛在内的全世界54个品种432个样本的全基因组遗传变异数据库。印度瘤牛主要沿两条路线向中国传播：一支由青藏高原进入中国，渗入西北部黄牛群体，另一支由云南南部进入中国，渗入西南部瘤牛群体。中国南方瘤牛受爪哇牛基因组渗入，渗入比例为2.93 %，渗入时间为2900年前，与南方瘤牛耐湿热等环境适应性相关。西藏牛受牦牛基因组渗入，渗入比例为1.22 %，渗入时间为1900年前，与西藏牛适应高海拔相关。基于全基因组、父系和古DNA数据分析，推测普通牛分两次进入中国，最早的东亚普通牛进入中国最晚为3900年前，而欧亚普通牛则有可能通过北方游牧民族随后逐渐传入中国。本项目的研究结果对我国黄牛全基因组选择、品种资源保护与肉牛新品种培育提供了科学依据，具有重要的理论与实际意义。.