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涨知识：鸭子驯化记

来源：萌宠菠菠乐园时间：2024-09-24 07:07

竹外桃花三两枝，春江水暖鸭先知。

蒌蒿满地芦芽短，正是河豚欲上时。

——苏轼《惠崇春江晓景》

作为我国重要的三大家禽（鸡、鸭、鹅）之一，鸭在中国的饮食文化中是相当重要的食材，像北京烤鸭、南京盐水鸭都是大家所熟知的风味名菜。当我们沉醉在这些美食当中时，作为科研汪的你也许不由自主地就会想，这些优良品种的鸭，是什么时候被驯化的？与祖先相比它们的行为、形态又发生了哪些变化？在驯化过程中基因组上发生了哪些变异导致了这些变化呢？

动物的驯化可追溯到新石器时代，当时人类驯化并圈养牲畜、野兽，这一过程使得人类的生活发生了从狩猎到农耕的转变。经过长期的驯养后，驯化的动物与其野生祖先在行为、生理、形态、繁殖等方面都发生了很大的不同。今天小编和大家分享一篇文献“Whole-genome resequencing reveals signatures of selection and timing of duck domestication”，与大家一起追溯下鸭子的驯化历史吧。

材料

78只鸭，其中野鸭22只（不同地理来源的2个种群）；驯化鸭56只，共包括7个品种，每个品种8只。

方法

对78只鸭构建DNA小片段文库，Hiseq 2500测序平台，PE100或PE150测序，平均测序深度为6.42X。

结果

1、变异检测

共鉴定到39.2million个变异，其中SNPs为36.1 million，InDels为3.1million。对驯化鸭和野生鸭进行了比较，发现驯化鸭的变异数目、核苷酸多态性低于野生鸭，纯合性高于野生鸭。这与驯化鸭受到了较高的人工选择和近交相一致。

图-9个鸭群体的变异检测结果

2、群体结构分析

进化树结果显示鸭能分成3个组，分别为野生鸭群体、肉鸭群体、蛋鸭群体，肉蛋兼用鸭GY与蛋鸭聚到了一起。

Structure分析：当K=2时，能够分成野生鸭、驯化鸭两大类；当K=3时，驯化鸭又分成了蛋鸭、肉鸭两大类，肉蛋兼用鸭被划分到了蛋鸭里。

PCA的结果同系统进化树、Structure结果一致，都能将鸭分成三个组。

图-鸭的群体结构分析结果

3、种群历史分析

蛋鸭、肉鸭是同时从野生鸭驯化而来的还是鸭子先驯化后又分化成蛋鸭、肉鸭呢？针对这个问题，作者进行了种群历史分析。

首先基于PSMC软件进行了有效群体大小（Ne）的分析，结果显示在0.3-0.13百万年前期间鸭的有效群体大小扩增；在大部分的末次冰期，有效群体大小变小，在冰盛期达到最小。蛋鸭、肉鸭有效群体大小变化趋势一致。

图-鸭有效群体大小分析

接着又用∂a∂i进行了分析，结果显示鸭大约在2228年前被驯化，驯化约100年之后，肉鸭、蛋鸭发生了分化。分析还发现从肉鸭、蛋鸭到野鸭之间的基因流分别为1.12和3.92。以上的分析结果表明鸭发生了单驯化事件，驯化后发生了快速的选择，导致肉鸭、蛋鸭的分化。

图-根据∂a∂i对鸭的驯化历史进行分析

4、与羽色有关的选择压力分析

鸭驯化最显著的特点是羽毛颜色的变化，产生了白色羽毛。因此对白色羽毛鸭群体和非白色羽毛鸭群体进行了基于FST的选择压力分析，鉴定到二者之间高度分化的区域（FST=0.69），该区域与黑色素生成相关转录因子MITF重叠。分析发现，24只白色羽毛鸭的MITF的内含子区域都存在13个纯合SNPs，2个纯合InDels；而54只非白色羽毛鸭都不存在这些变异。结果表明MITF的变异与白色羽毛的产生有关。

图-MITF在白色羽毛鸭和非白色羽毛鸭之间表现出不同的遗传特征

5、与其它驯化相关性状的选择压力分析

对野生鸭群体和驯化鸭群体进行了选择压力分析，鉴定到292个受到正选择的基因，这些基因主要与神经发育、脂质代谢、能量代谢有关。比如GRIK2基因能够编码谷氨酸受体的一个亚单位，在突触可塑性中起作用。

选取了7只野鸭、7只驯化鸭的脑、肝、胸肌组织进行了转录组测序。与野生鸭相比，驯化鸭的脑、肝中有5个显著差异表达的基因，包括在选择压力分析中受到正选择的PDC基因。

以上分析结果表明GRIK2、PDC等基因在鸭的驯化过程中对大脑和神经系统起调节作用，能够使鸭子变得更加温顺。这也与早期动物驯化目标一致，人们在早期对动物的选择往往与行为有关，更加倾向于选择那些安静、温顺、适合圈养的动物。

图-在野鸭和驯化鸭群体中受到强烈选择的基因组区域

研究结论

鸭子是两千多年前被驯化的，该驯化发生在近期是比较复杂的过程；驯化之后，肉鸭、蛋鸭发生了分化。MITF基因的变异导致了鸭子产生了白色的羽毛。在驯化过程中，一些与大脑和神经系统发育有关的基因受到了正选择，使得鸭子变得更加温顺。本研究的数据为鸭进化、驯化和性状鉴定等研究提供了宝贵资源。

群体进化分析是对同一物种的不同亚群或不同地理分布的品种进行高通量测序，通过与参考基因组进行比对，获得大量高精度SNP、InDel、SV等变异信息，基于这些变异信息，可进行群体遗传结构、连锁不平衡分析、选择消除分析等群体遗传学分析，从而在基因组水平上揭示群体遗传结构、群体进化动态、基因交流情况、物种形成机制、环境适应性机制等生物学问题。

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参考文献

Zhang Z, Jia Y, Almeida P, et al. Whole-genome resequencing reveals signatures of selection and timing of duck domestication.[J]. Gigascience, 2018, 7(4).

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