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基因组分析识别不同的选择模式 在驯化的猪和藏野猪摘要：我们报告的测序 131 ×覆盖范围，从头组装和母藏野猪基因组的分析我们还重新排序的 30 藏野猪的全基因组从六个主要分布地点和 18 日在中国地理相关的猪我们的特点的遗传多样性，种群结构和演化的模式我们在选择，其中包括参与缺氧，嗅觉，能量代谢和药物反应的基因搜索的基因组区域藏野猪基因组与邻国中国国内的猪比较进一步表明了千百年的人工选择和选择的野猪和家猪不同的特征的影响我们还报告基因改编藏野猪与高海拔相关，国内猪唾液分泌增加的遗传基础的特征西藏野猪最初仅发现青藏高原，与 4268 米海拔（补充图 1 ） ，平均海拔的自然和恶劣环境这幸存的物种在野生状态，直到最近才引起的，因为肉类生产在高海拔地区的兴趣增加（补充图 2 ）关注相比之下，目前国内猪已在全国 Eurasia1,2 多个位置经历，因为驯化非常强的选择生物，农业和生物医学的重要性大约一万年前欧洲国内杜洛克猪的猪基因组测序联盟的测序和分析，确定了欧洲和亚洲之间 pigs1 深厚亲缘分裂藏野猪，亚洲野猪的代表，和比较序列与国内杜洛克猪基因组的分析可能会揭示基因猪的多样性以及由高海拔适应西藏野猪和人工塑造的遗传组分光选择在国内猪。

在这里，我们利用 Illumina 测序技术进行测序一个母藏野猪的基因组超过 131 倍的覆盖范围（ 〜 319 千兆）和一个全基因组鸟枪法策略（附加表 1 ） 该基因组中具有高的杂合 SNP 率（1.82 ×10-3 ） ，并使用 SOAPdenovo （补充说明） ，它产生了一个重叠群 N50 大小的基因组中（50 ％ ，组装是在 20.7 kb 的，为 1.1 Mb 的支架 N50 大小和总共 2.43 千兆无缺口序列的，这是非常相似的杜洛克猪 genome1 并有相似的基因组特征（例如， 2.34同线性该长度或更长）的片段 GB，或藏野猪基因组的 93.41 ％ ） （见表 1 ，补充图 3-11 和补充表 2-11 ） 我们还进行了 30 藏野猪了全基因组测序的六个主要分布地点和地理 18 相关猪在中国（ 15 家猪和 3 野猪）大约五倍覆盖每个个体（ 〜 659 GB 的总）研究遗传多样性，有效群体大小和基因组区域下选择结果基因家族的进化我们预测 21806 个蛋白质编码基因在藏族野猪基因组（表 1 和补充表格 12-16 ） ，与 10,190 个基因（ 46.73 ％ ）正与杜洛克猪和人共享一套核心表 1 的藏野猪的特点和杜洛克猪的基因组比较基因组功能藏野猪杜洛克猪皮加组装基因组大小（GB ） B2.432.52重叠群 N50 （ BP ）C2068869669脚手架 N50 （ BP ）C1062107576008GC 含量（％）41.8241.70重复率（ ％ ）39.4740.55预测的蛋白质编码基因2180621640平均基因长度（bp）的3211726781平均 CDS 长度（ bp）的15821370每个基因外显子的平均数量8.648.44aFrom 参考。

在无间隙的基因组组装日内务 1.碎片使用片段长于 500bp 的被计算出的基因组装配的 CN50 值补充图 12 和 13） 西藏野猪具有较高的比例系特异性基因（的 21806 3074 ，或14.10 ％ ） ，与 1752 这样的基因在杜洛克猪相比最具体的藏野猪（共 3074 1903 ，或61.91 ％ ）的基因转录有（补充表 17 ）的证据，表明更多的新基因出现在西藏野猪后，这两个品种的相互分歧具体到藏野猪基因是显著（ P <0.05）富含 DNA 聚合酶活性， DNA 的复制和整合和血液循环系统有关的基因本体论（GO）类，特别是“血管平滑肌收缩' （ 23 个基因） ，以及抗病相关的类别，包括“致病性大肠杆菌感染” （ 17 个基因） ， “白细胞跨内皮迁移”（19 个基因）和“趋化因子信号传导途径” （20 个基因） （补充表 18 ） ，这可能反映了藏族野猪进行自然选择压力，以适应恶劣环境 Duroc-特定基因被过度代表的“干扰素诱导免疫” （ 8 个基因）和“嗅觉传导” （ 35 个基因）类，其中可能体现了人工选择对个人有一个更好的先天免疫，并可能向更广泛的范围内更好地响应食品类（补充表 18） 。

采用在六个哺乳动物基因组的共享 1141 高可信度的单拷贝同源基因的进化树（图1a）构建（补充图 13 和图 14 ）表示，西藏野猪和杜洛克猪分歧〜 6.9 （置信区间， 3.4-12.9 ）万年前，这是略早于 490 万年以前，在其中牦牛和牛 diverged3 和媲美，在人类和黑猩猩 diverged4 的时间保护的两个基因剧目和氨基酸序列支持谱系关系（补充图 15 和16 ，并补充表 19 ） 基因的复制是主要贡献者，以获得新的功能和 physiology5 之一相较于杜洛克猪，藏野猪显示了基因家族扩张更少事件的基因家族的收缩（84 相比 20） （图 1a） （92 相比 232）和更多的事件值得注意的是，藏野猪示出了铁蛋白基因家族的显着膨胀，对于集中器蛋白是在铁和氧代谢在脊椎动物的中心（补充表 20） 6 的重链和轻链亚单位的代码铁蛋白是上调在缺氧和具有下hypoxia6 介导的细胞保护应答的关键作用在对比中杜洛克猪中发现的 12 铁蛋白基因（ 7 重链和 5 轻链份，与一个在每一类被指定一个假基因）和其他低海拔哺乳动物，我们观察到 27 个基因的一个引人注目的膨胀（16 重链和 11 轻链拷贝）中的藏野猪铁蛋白家族，其可能与本独特低氧适应动物（图 1b） 。

杜洛克猪具有显着更多的嗅觉相关的基因（ 1240 ） ，比藏野猪（ 752） （图 1c 和补充图 17）中，与序列的含有所有三种哺乳动物特异性较高比例（ 79.09 ％）在杜洛克猪相比那些藏野猪（ 65.74 ％ ） ，和杜洛克猪也具有较高的发散率（在西藏野猪 1.14 元相比， 1.35 的主题可变氨基酸） （补充图 18 ）保守的嗅觉受体域这表明，在一方面， olfactory-缺乏在高海拔地区，那里的自然栖息地缺乏食物的多样性，因此在人工饲养提供的化学资源的依赖自然选择压力此外，增味剂和嗅粘膜的受体之间的相互作用，也削弱了在高海拔环境中，其中较低的气压限制每单位体积的恶臭分子的数量，降低湿度降低的空气进行加臭剂结合到蒸汽分子的能力，并较低的温度会降低臭气 molecules7 的扩散另一方面，基因组的证据表明，家猪更依赖气味杜洛克猪经历了扩张的嗅觉基因家族（每个家庭 2.21 基因在杜洛克猪相比，西藏野猪 1.61 ） ，但保留了单拷贝的嗅觉基因家族同样数量相比，在这项研究中所使用的其他六个哺乳动物的基因组（图 1c） 这表明，由于大多数嗅觉神经元表达的单个嗅觉基因或甚至单个 allele8,9 ，哺乳动物可能倾向于增加在某些家族基因号码和演化为新的家庭，而不是扩大各家庭（补充图 17 和 19） 。

此外，嗅觉的基因加速了杜洛克猪和藏野猪之间的分歧，平均蛋白质序列的 87.5 ％对 94.2 ％，比所有的直系同源蛋白（补充图 20 和 21 ）的身份更大和更多样化的嗅觉基因剧目可以帮助杜洛克猪认识到从更多种类的化学品的散发气味，包括更广泛的食品种类和调味剂中存在的人工饲料中，从而获得更高的采食量和猪肉 yield1 ， 9 一个更好的嗅觉也可以通过人工选择的青睐，如果它增强了疾病的厌恶或促进发情母猪，这是由公猪唾液费洛蒙刺激排卵，然后提高女性的性感受 behavior10,11 事实上，杜洛克猪特有的扩张免疫球蛋白和主要组织相容性复合体（MHC ） I 类基因（补充表 20 ） ，该码对于充当参与个体识别和交配 preferences12 该气味的来源的蛋白质，可能部分膨胀在嗅觉受体的基因组的反应双向选择在西藏和杜洛克猪迅速发展的基因背后的适应特性的特点是同义到同义替换增加的比率（ KA / KS ，或ω ） 13 我们估计值 ω 西藏野猪，杜洛克猪和人之间共享的 7917 单拷贝同源基因（补充图 12 ） ，并使用人类直系同源基因作为外群，确定 215 和藏野猪 182 正选择基因（前列腺分泌颗粒）和杜洛克猪（ P <0.05 ，似然比检验（ LRT） ） ，分别为（补充图 22 和补充表 21 ） 。

我们分析了使用 DAVID14 检查这些迅速发展的基因是否富含特定功能类的基因显示出增加 ω 值和前列腺分泌颗粒（附图 23 和补充表 22 和 23 ） 在西藏野猪的基因组，我们发现适应缺氧环境的强烈信号基因呈现升高 ω 值西藏野猪杜洛克猪相比有显著（ P <0.05）富集在缺氧反应和心血管系统的种类，包括“形态发生血管'（ 50 个基因）， ”血管的发展“ （62 个基因） ，'肥厚型心肌病” （ 25 种基因）和“心脏发育'（ 47个基因） （补充图 23 ） ，这与较大的肺（器官到身体的重量比，1.36 ％）和藏野猪心（ 0.48％ ）相比，杜洛克猪（肺， 0.83％相一致; 心脏， 0.35％ ） （补充图 2） 藏野猪检测前列腺分泌颗粒两种途径（ P <0.01 ） ， “ mTOR 信号” （ 10 前列腺分泌颗粒） ，并特别丰富“血管平滑肌收缩'（ 16 前列腺分泌颗粒） ，以及有关的反应，以氧含量 ' （15 前列腺分泌颗粒） ，并响应于低氧'（ 13 前列腺分泌颗粒） （补充表 22） GO 术语缺氧诱导的哺乳动物雷帕霉素（ mTOR 的）激活的目标减少靶向 mTOR 的，以增加血管生成响应于hypoxia15 。

我们确定氧平衡， HIFA （编码缺氧诱导因子 1α ） 16 的主调节器，以及在mTOR 通路藏野猪其他九个前列腺分泌颗粒： IGF1 （编码生长因子） ， Rictor 的（编码的结合伴侣 mTOR 的） ， FIGF ， PGF 和 VEGFC （ HIF1A 的三个目标） ， EIF4E2 ， EIF4E1B 和 RPS6KB2 （编码的 mTOR 三个下游信号效应物）与 PRKAA2 （编码 HIF-1α 的独立调节剂） （补充图 24a ） 我们还确定了各种前列腺分泌颗粒的通路上游和 mTOR pathway17 下游： “胰岛素信号通路' （用于氧 6 前列腺分泌颗粒编码独立的监管机构） ， “ MAPK 信号通路' （ 7 前列腺分泌颗粒编码上游传导监管） ， ” VEGF 信号通路' （ 3 前列腺分泌颗粒编码下游信号效应）和“自噬途径的调控” （ 2 前列腺分泌颗粒编码下游信号效应） （补充图 24a ） 血管收缩和舒张之间的平衡在低氧诱导肺动脉 hypertension18 和充血性心脏 failure19了举足轻重的作用我们还确定了“血管平滑肌收缩通道”类别西藏野猪，其中编码 6 血管收缩剂，血管扩张剂 9 和肌球蛋白磷酸酶在心脏（ PPP1R12B ） 20 目标亚基在 16 个前列腺分泌颗粒（补充图 24B ） 。

另外， 21（ 17.21 ％）总分 122 中的一组相关的“响应于低氧' 先验官能候选基因（补充表 24 ）呈阳性选择的证据藏野猪（ P < 0.01 ， LRT） （相对于一个基因在杜洛克猪） （补充表 25 ） ，这是比正选择的整个基因组（ 1.54％的背景水平） （ P < 10-16 ， χ2 检验） （补充图 25）显著高我们确定了两个再现相关的类别， “在子宫内胚胎发育'胎盘发展” （ 18 个基因）和（ 39 基因）进行藏野猪适应性进化（补充图 23 ） 虽然藏野猪具有相对较小的产仔数（每胎四到八个小猪）时，明显高于比出生体重母猪体重（ 2.83 ％ ，或 1.3 公斤 46 千克）相比，低空猪如杜洛克（0.57 ％，或1.7 公斤至 300 公斤，每窝 8 至 10 的仔猪）相关联以在高原（补。