【纪事】探索牦牛变白的奥秘——兰州大学与中国农科院兰州牧药所研究揭秘白牦牛进化来源

探索牦牛变白的奥秘

——兰州大学与中国农科院兰州牧药所研究揭秘白牦牛进化来源

天祝县舍饲养殖的白牦牛。 新甘肃·甘肃日报记者 王朝霞

　　新甘肃·甘肃日报记者 王朝霞 王思璇 张燕茹

　　甘肃天祝藏族自治县，白雪皑皑的马牙雪山下，广袤的抓喜秀龙草原上，全身毛色纯白的白牦牛成群结队，怡然自得地漫步、吃草。

　　“天下白牦牛，唯天祝独有”，天祝县是世界上白牦牛唯一产地。天祝白牦牛是中国一个珍贵而特异的地方牦牛良种，2012年获得原农业部农产品地理标志认证。

　　相较于常见的黑牦牛，白牦牛在古代藏族神话中被尊为“神牛”。白牦牛是从何演化而来的？白牦牛的毛色为什么是白色？有人怀疑是黑牦牛得了白化病，有人认为是黑牦牛的一个变种，但如何变种也不清楚……

　　备受科学上困扰的白牦牛毛色之谜，日前得以揭晓。兰州大学与中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所的科研团队通力合作，揭示了家养牦牛广泛遗传渗入导致的表型变异。这一发现科学阐述了白牦牛的演化过程，家养黑牦牛和花黄牛的种间杂交产生了花牦牛，而花牦牛再经过遗传变异产生了白牦牛。相关研究成果近日发表于国际学术期刊《Nature Communications（自然通讯）》上。

　　寻找白牦牛的身世之谜

　　“众所周知，家养牦牛是人类由野牦牛驯化而来。我们2020年启动了此课题的研究，一开始并不偏重牦牛毛色表型，主要是研究牦牛对高海拔严苛环境的适应性背后的遗传机制。”科研团队主要负责成员、兰州大学生态学院博士研究生刘鑫锋向记者介绍，牦牛作为青藏高原的原生物种，对研究人类和其他高原动物适应极端环境具有重要的参考价值。

　　家养牦牛95%左右的群体分布在中国，其余群体分布在印度、尼泊尔、蒙古国以及俄罗斯的西伯利亚等海拔3000米以上的地区。它们已经适应了稀薄的空气和严寒的气温，能够在极端条件下生存。部分家养牦牛品种也适应低海拔（如2000米左右）的较高温度地区生活。

　　兰州大学生态学院刘建全教授前期带领课题组公布了世界上第一个牦牛的参考基因组，紧接着又对家养牦牛的驯化历史进行了深入研究。研究发现家养牦牛是由野牦牛驯化而来，驯化时间约在7300年前。因此，牦牛的驯化至少是全新世早期。黄牛主要在约8000年前至1万年前的近东地区被驯化，驯化后的家养黄牛跟随人类来到青藏高原的时间应该不早于4000年前。由于黄牛与牦牛没有生殖隔离，因此，在自然或者人为干预下，黄牛可与牦牛发生杂交。随着这种杂交的频繁发生以及后期的选择导致了它们各自表型变异和适应新的生境。

　　由于这种频繁的杂交渐渗，导致研究人员对牦牛的适应和驯化的遗传机制分析存在一些难度。针对以上问题，兰州大学刘建全教授的课题组与中国农科院兰州牧药所阎萍研究员等专家合作，通过近30年的野外采样和野外科学考察的数据积累，取得了大量一手研究材料。结合考察期间记录的表型数据，基因组学数据以及分子功能实验的数据对牦牛的演化历程进行了深入分析。

　　研究发现，近90%的家养牦牛都存在来自黄牛的基因渐渗，这些来自黄牛的遗传渗入是导致不同品种家养牦牛表型变异的重要遗传基础和分子标记。例如，家养花牦牛是由家养黑牦牛与花色黄牛杂交引入来自花黄牛相应的基因组结构变异。有趣的是，他们发现这种渗入随后引发了新的遗传突变，导致了纯白牦牛的出现。因此，人类将黄牛引入到青藏高原，家养牦牛和黄牛在共同放牧过程中，主动或被动的种间杂交导致了花牦牛的出现，花牦牛再通过自然突变产生了白牦牛。这些发现揭开了白牦牛的身世之谜。

　　“所以说，白牦牛并不是突然出现的，而是经历了一系列复杂的遗传突变过程。”刘鑫锋说，在采样过程中发现，牦牛颜色的变化远比他们想象的要丰富。除了黑色和白色之外，还有棕色、青色等。

　　此外，在家养牦牛群体中排除黄牛的基因流之后，他们发现与神经发育和大脑发育相关的基因在家养牦牛驯化过程中起到关键的作用。这些结果表明人们在最初牦牛驯化的过程中，控制牦牛的攻击性、温顺性和社交性的遗传变异及其表现出来的表型是最为主要的驯化目标。

　　“人类驯化野牦牛，将其变成家养牦牛，需要它们变得温顺、适应群养等。最初选择或进化出来的个体，是具有这些表型特征的。”刘鑫锋进一步解释，这些基因主要与神经系统发育相关，比如，家养牦牛的头部明显比野牦牛较小，头部的大小可能与神经发育有关，从而使家养牦牛更易接近人，而不像野牦牛那么脾气暴躁。

　　课题组还发现，来自黄牛的大量结构变异在家养牦牛适应低海拔环境方面发挥关键作用。同时，在适应高海拔环境时，大多数青藏高原黄牛也获得了家养牦牛适应高原的等位基因，这种双向的基因渗入对牦牛和黄牛的环境适应性具有重要影响。

　　野外考察采样时的经历

科研人员在做实验。 图片由受访者提供

　　研究牦牛，必须深入青藏高原腹地，考察牦牛、接触牦牛、观察牦牛及采集取样。

　　兰州大学生态学院刘建全教授带领的进化生态学课题组与中国农科院兰州牧药所阎萍研究员所在的牦牛资源与育种团队，在此项科研过程中，除了大量查阅文献，无数次实验室试验，沉下心来坐“冷板凳”，还需要到野外考察及采样。

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