家犬在人工选择下的高原适应机制研究

Domestic dogs rapidly adapt high-altitude envrionments under human’s protection. Because of unambiguous population history, domestic dog is a excellent organism model for studying the pattern of genomic variation under artificial selection, and studying the environment adaptation by multiple-gene interaction. Our previous study through mitochondrial and Y chromosome revealed that the domestic dog originated in southern China less than 16,300 years from several hundred wolves. In this proposal, we will present the genome-wide scan for single nuclear variation at 1 wolf population, 1 Tibetan mastiff population, 1 Tibetan indigenous dog population, 1 Chinese indigenous dog population, and 1 modern dog population. Through the approaches of population genomics, we will present genome-wide scan for positively selected genes under high-altitude adaptation by artificial selection, and locate the selective pathways/network by functional enrichment analysis. This proposal will suggest how dogs adapt high-altitude environment through changing pathways/networks, and help to understand the genetic adaptation of human beings.

不同于其他野生动物，家犬在人类的呵护下迅速登上了青藏高原，是人工选择下适应环境的绝佳范例。此外，家犬的驯化历史清晰，是探讨人工选择下基因组变异规律的最佳家养动物之一。本实验室长期从事家犬研究，不仅在家犬的驯化历史和人工选择领域做出了卓越的贡献，而且积累的大量的灰狼和家犬样品。申请人长期从事家犬的二代测序工作，拥有丰富的经验。本项目采用二代测序平台和等量混合建库技术，构建1个灰狼群体，2个高原家犬群体，2个平原家犬群体的全基因组遗传变异图谱，通过群体基因组学的方法，比较灰狼，高原品种，和平原品种在全基因组水平上的差异，寻找受人工选择的调控网络和信号通路，探讨人工选择下家犬适应高原环境的遗传机制。本研究旨在揭示家犬如何通过基因突变和多基因交互作用以快速适应人工选择，以及人工选择下高原适应的遗传机制，从而阐明微进化的分子机制，推动人工选择和进化理论的发展与完善。

家犬作为最早被驯化的家养动物，其驯化在人类历史上具有十分重要的意义。家犬在人类的呵护下迅速登上并适应青藏高原的极端环境，是探讨人工选择下适应自然和人工环境的最佳模式动物之一。.. 为探讨家犬高原适应的遗传机制，我们首先利用家犬全基因组SNP芯片技术获得了藏獒、中国土狗、灰狼的群体SNP数据，并利用群体遗传学方法挖掘到12个可能参与到藏獒的高原适应的基因；进而对藏獒，藏土狗，中国平原地区土狗和品种犬四个群体进行了全基因组测序工作，筛选确定EPAS1和HBB两个基因与藏犬低氧适应性相关。进一步的实验表明，EPAS1和HBB两个基因突变型所占比率和海拔呈显著正相关。藏犬群体表现出与藏族人群非常相似的高原适应性模式。不同环境的人类群体适应性机制不同，而相同环境的人类群体与狗的适应性模式却非常相似，这一现象提示相同的生存环境因素在人类与家犬的趋同进化过程中可能起到至关重要的作用。.其次，通过对世界各地的灰狼和家犬的全基因组测序，我们第一次从基因组角度描绘了家犬的全球驯化迁徙路线。家犬是在3万3千年前左右开始在东亚的南部地区逐渐被人类驯化，随后于1万5千年前开始向中东、非洲迁徙扩散，并在1万年前左右到达欧洲地区。我们首次提出了家犬起源的拾荒者假说：在人类定居于东亚南部以后，有一群灰狼开始在人类聚居区周边生活，并以人类丢弃的食物为生。随着和人类的不断交互，这群狼慢慢的被人类所驯化为家犬。本研究首次阐明家犬和人类存在显著的平行进化历程。以上研究为人们了解人类过去的社会活动和迁徙历史提供了参考材料，并为我们研究和理解人类的演化和疾病提供了崭新的视角。..资助期间，共发表SCI论文8篇，影响因子合计52，第一标注4篇。研究成果被Science、Nature、PNAS等引用。The Guardian、The New York Times等杂志皆专题报道过申请人的工作，引起国际广泛关注。一项工作被F1000收录并推荐。加利福尼亚大学洛杉矶分校的Bob Wayne认为申请人的研究成果在家犬驯化研究中书写了新的篇章。PloS Genetics撰文赞扬了申请人在利用基因组研究家犬驯化历史的工作。以上皆证明本项工作具有很高的创新性和科学价值。