家驢到底來(lái)自哪里？如何馴化的？

由于缺乏考古證據(jù)和全基因組多樣性數(shù)據(jù)，目前人類關(guān)于家驢的進(jìn)化認(rèn)識(shí)還不完整。為了填補(bǔ)這一空白，來(lái)自中國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)完成了國(guó)際首個(gè)組裝到染色體水平的家驢基因組參考圖譜，并分析了126頭家養(yǎng)驢和7頭野驢的基因組。

前述研究歷時(shí)6年，完成了家驢的“尋祖認(rèn)宗”。研究發(fā)現(xiàn)：世界上所有家驢均起源于非洲野驢。種群遺傳關(guān)系分析進(jìn)一步表明熱帶非洲家驢群體與非洲野驢關(guān)系更緊密，埃及家驢群體次之，這表明家驢可能被馴化于熱帶非洲，隨后通過(guò)埃及擴(kuò)散到歐洲、中亞及東亞。

非洲野驢

全基因組范圍的變異位點(diǎn)為研究家驢種群演化歷史提供了全面信息。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)家驢在演化早期具有與非洲野驢相似的種群變化歷史，而家驢在從非洲野驢中分離出來(lái)后，不同群體間仍然具有高度相似的種群演化歷史，說(shuō)明家驢的起源比較單一。

家驢群體結(jié)構(gòu)及基因交流分析

6年前，也就是2014年，山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院奶牛研究中心與東阿阿膠股份有限公司（000423）發(fā)起了“德州驢基因組開(kāi)發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”項(xiàng)目，聯(lián)合華大基因（300676）等多家國(guó)內(nèi)外單位，成功破譯德州驢基因組，獲得國(guó)際首個(gè)組裝到染色體水平的家驢基因組參考圖譜，研究成果于12月9日在國(guó)際期刊Nature Communications上在線發(fā)表。

研究者還研究了毛色的遺傳基礎(chǔ)。野驢的毛色呈淡灰色(暗褐色表型)，而家養(yǎng)驢的毛色未呈淡黑色或栗色(非暗褐色)，這可能是在馴化過(guò)程中形成的。研究還發(fā)現(xiàn)非暗褐色表型是由TBX3基因下游1 bp的缺失引起的，該基因的表達(dá)減少并抑制色素沉積。

驢和馬的馴化極大地增強(qiáng)了人類的活動(dòng)能力，大大促進(jìn)了遙遠(yuǎn)區(qū)域間的貨物貿(mào)易。此前學(xué)者普遍認(rèn)為，驢的馴化始于非洲的熱帶或亞熱帶地區(qū)，但這一過(guò)程的確切時(shí)間和確切地點(diǎn)仍不清楚。

在埃爾奧馬里(距今6800-6500年)、Maadi(距今6000-6500年)和Abydos(距今5000年)的埃及前王朝遺址中，人們均發(fā)現(xiàn)了家驢的考古遺跡。然而，驢馴化的確切時(shí)間仍然不清楚，因?yàn)榭脊艑W(xué)家還在亞洲也門的Ash Shumah遺址發(fā)現(xiàn)了非洲野驢和早期馴養(yǎng)驢的遺骸，時(shí)間可以追溯到距今大約8500年前。

另一方面，家驢馴養(yǎng)中心的確切位置仍然存在爭(zhēng)議。在埃及阿比多斯法老墓葬群中發(fā)現(xiàn)了具有5000年歷史的驢骨架，這些骨架帶有典型的轉(zhuǎn)載損傷，這為驢可能是由非洲尼羅河流域的埃及村民馴養(yǎng)的提供了證據(jù)。另一種說(shuō)法是，驢是由來(lái)自非洲的游牧民族馴養(yǎng)驢，作為應(yīng)對(duì)撒哈拉沙漠日益干旱(距今7000-6500年前)的一種策略。最近一項(xiàng)基于微衛(wèi)星數(shù)據(jù)的研究則支持了后一種假設(shè)。

重現(xiàn)家驢馴養(yǎng)和擴(kuò)散歷史的主要限制之一是缺乏考古遺跡，以及刻畫驢的巖石繪畫、文本記錄或雕刻等。在撒哈拉以南非洲，這些東西更是非常罕見(jiàn)。人類學(xué)家的解釋是，可能與馬和駱駝相比，驢在當(dāng)時(shí)的人類馴化的動(dòng)物中地位較低，不足以入畫。還有一種可能是，家驢的擴(kuò)散最初是緩慢而分散的，只有隨著長(zhǎng)途貿(mào)易的發(fā)展，家驢的存在感才有了實(shí)質(zhì)性的增強(qiáng)。

先前的研究表明，極度瀕危的努比野驢和已滅絕的索馬里野驢的親戚，可能是家驢的野生祖先。然而，這些發(fā)現(xiàn)完全依賴于對(duì)線粒體DNA (mtDNA)變異的分析，它只代表母系血統(tǒng)。

所有野驢，都顯示為暗褐色，其特征是色素淡化結(jié)合一些深色的身體區(qū)域例如背部條紋。相比之下，非暗褐色的毛色，如黑色和栗色，在家驢身上很常見(jiàn)。在馬中，暗褐色表型是由被突變損害了TBX3轉(zhuǎn)錄因子來(lái)表達(dá)的。

在這項(xiàng)工作中，研究者利用基于全基因組序列數(shù)據(jù)的群體基因組學(xué)方法來(lái)闡明驢馴化的歷史。

具體來(lái)說(shuō)，研究者利用了短讀長(zhǎng)測(cè)序、長(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序（PacBio sequencing）和染色體構(gòu)象捕獲技術(shù)（Hi-C）來(lái)構(gòu)建參考基因組，Scaffold N50達(dá)到93.37 Mb，是目前奇蹄目馬屬動(dòng)物中連續(xù)性最好的參考基因組。該研究成果為馬屬動(dòng)物遺傳資源保護(hù)和利用及家驢基因組育種和遺傳改良提供了重要理論支撐。

華大基因表示，父系遺傳物質(zhì)和母系遺傳物質(zhì)對(duì)于群體演化歷史研究具有重要的價(jià)值，研究團(tuán)隊(duì)成功組裝了家驢的Y染色體并構(gòu)建了家驢群體父系遺傳物質(zhì)的系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)，同時(shí)根據(jù)線粒體變異位點(diǎn)構(gòu)建了母系遺傳物質(zhì)的系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)。發(fā)現(xiàn)父系和母系種群演化間存在很大差異，母系遺傳物質(zhì)中除了索馬里野驢成分外還可能存在努比亞野驢成分，父系遺傳物質(zhì)可能在馴化過(guò)程中受到人類喜好的影響只來(lái)自于少數(shù)幾個(gè)雄性個(gè)體。

研究發(fā)現(xiàn)：我國(guó)大型優(yōu)良驢品種多為深毛色，小型驢品種及野驢多為淺毛色，其背后的分子機(jī)制對(duì)于培育優(yōu)良驢品種具有重要意義。SNP單倍型網(wǎng)絡(luò)分析表明深毛色驢由淺毛色驢馴化而來(lái)。

據(jù)華大基因，研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步比較了深毛色驢和淺毛色驢的基因組數(shù)據(jù)，通過(guò)基因組選擇信號(hào)分析鑒定了引起驢毛色變化的因果變異位點(diǎn)為TBX3基因下游的一個(gè)堿基的缺失。

通過(guò)基因功能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了深毛色驢中該突變位點(diǎn)導(dǎo)致參與“TGF-β依賴的毛囊發(fā)育調(diào)控”中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子NFIC的結(jié)合位點(diǎn)丟失，使得NFIC無(wú)法調(diào)控TBX3基因的表達(dá)，引起TBX3基因表達(dá)量大幅下調(diào)，進(jìn)而解除了對(duì)毛囊皮層角質(zhì)細(xì)胞中色素合成的抑制作用，使得毛色變深。

德州驢基因組不僅為馬屬動(dòng)物的起源進(jìn)化研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也為優(yōu)良遺傳資源保護(hù)和利用、家驢基因組選擇育種和遺傳改良、家驢分子設(shè)計(jì)育種提供數(shù)據(jù)支撐。