O genoma em mosaico do gado indígena africano como um recurso genético único para o pastoreio africano
Nature Genetics volume 52 , Páginas1099 - 1110 ( 2020 )
Resumo
A pecuária bovina desempenha um papel central na subsistência humana na África. No entanto, a história genética de seu sucesso permanece desconhecida. Aqui, por meio da análise da sequência do genoma inteiro de 172 bovinos indígenas africanos de 16 raças representativas dos principais grupos de bovinos, identificamos um grande evento de mistura de gado taurino × indicino datado de cerca de 750-1.050 anos atrás, que moldou o genoma do gado de hoje no Chifre da África. Identificamos 16 loci ligados a adaptações ambientais africanas em animais mestiços que mostram um excesso de ancestralidade taurina ou indicina. Estes incluem genes relacionados com imunidade, tolerância ao calor e reprodução. Além disso, identificamos um locus altamente divergente em gado taurino africano, que está supostamente ligado à tripanotolerância e presente em gado mestiço que vive em áreas infestadas por tripanossomose.Nossas descobertas indicam que uma combinação de taurina passada e recursos genéticos derivados de mistura de indicina recentes está na raiz do sucesso atual do pastoralismo africano.
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Disponibilidade de dados
As sequências recém-geradas para 114 bovinos africanos e duas amostras de búfalos africanos estão disponíveis no Sequence Read Archive (SRA) com o número de acesso do Bioproject PRJNA574857 . As sequências disponíveis ao público foram baixadas do SRA e do China National GeneBank (CNGB) com os seguintes números de acesso do projeto; CNP0000189 (Achai, Bhagnari, Cholistani, Dajal, Dhanni, Gabrali, Hariana, Lohani, Sindi, Sahiwal e Tharparkar), PRJNA318087 (Angus, Ankole, Jersey, Quênia Boran, Kenana, N'Dama e Ogaden), PRJNA514237 (Boskarin, Limia, Maremmana, Maronesa, Pajuna, Podolica e Sayaguesa), PRJNA324822 (Brahman), PRJNA343262(Brahman, Gir, Hereford, Nelore e Simental), PRJNA432125 (Brahman), PRJEB28185 (Eastern Finn e Finn Ocidental), PRJNA210523 (Hanwoo), PRJNA379859 (Hariana, Sahiwal e Thaparkar), PRJNA210521 (Holstein), PRJNA386202 (Muturu) e PRJNA507259 (Nelore). O arquivo de variantes conhecidas (ARS1.2PlusY_BQSR_v3.vcf.gz) para a recalibração da pontuação de qualidade básica foi fornecido pelo 1000 Bull Genomes Project ( http://www.1000bullgenomes.com/ ). A anotação das regiões candidatas foi baseada no arquivo ARS-UCD1.2 Gene Transfer Format (.gtf) do Ensembl versão 99 ( http://www.ensembl.org/ ). O banco de dados PANTHER (http://pantherdb.org/ ) foi usado para análise de enriquecimento funcional de um conjunto de genes candidatos.
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Reconhecimentos
Este trabalho foi apoiado por uma doação do Programa BioGreen 21 de Próxima Geração e Projeto Pós-Genoma (Projetos Nos. PJ01323701 e PJ01040601), Administração de Desenvolvimento Rural, República da Coréia. A amostragem das populações de gado foi apoiada pelo CGIAR Livestock and Fish CRP (Uganda e Etiópia), pela Universidade de Cartum (Sudão) e pela Agência Nacional de Desenvolvimento de Biotecnologia (NABDA) (Nigéria). As seguintes instituições e seus funcionários forneceram ajuda para a amostragem do gado africano: a Fazenda ILRI Kapiti; o Ministério dos Recursos Animais, Pesca e Gama (Sudão); a Ol Pejeta Conservancy (Quênia); o Instituto de Biodiversidade (Etiópia); e os Diretores de Serviços Veterinários e os criadores de gado da Etiópia, Quênia, Uganda e Sudão.O programa de genômica de gado do ILRI é apoiado pelo Programa de Pesquisa em Pecuária do CGIAR (CRP Livestock), que é apoiado por contribuintes do Fundo Fiduciário do CGIAR (http://www.cgiar.org/about-us/our-funders/) Esta pesquisa foi financiada em parte pela Fundação Bill & Melinda Gates e com a ajuda do Reino Unido do Foreign, Commonwealth and Development Office (Grant Agreement OPP1127286) sob os auspícios do Centro de Genética e Saúde de Animais Tropicais (CTLGH), estabelecido conjuntamente por a Universidade de Edimburgo, SRUC (Colégio Rural da Escócia) e o Instituto Internacional de Pesquisa de Gado. As descobertas e conclusões aqui contidas são de responsabilidade dos autores e não refletem necessariamente as posições ou políticas da Fundação Bill & Melinda Gates ou do Governo do Reino Unido. Agradecemos aos revisores por seus comentários críticos e construtivos sobre o manuscrito, e a D. Gifford-Gonzalez (Universidade da Califórnia, Santa Cruz, CA,EUA) para uma leitura crítica do manuscrito à luz dos conhecimentos atuais sobre a arqueologia e a história da pastorícia africana.
Informação sobre o autor
Afiliações
Contribuições
KK e OH desenvolveram as principais idéias conceituais. OH e HK administraram o projeto. DL, SC, SJO, H.-KL, OAM, TD, SK, OH e HK conceberam e projetaram todos os experimentos descritos. OAM, TD, BS, GMT e AT contribuíram com a coleta de amostras e trabalho laboratorial. KK, TK, DY, J. Jang, SS, SL, J. Jung e HJ analisaram os dados. KK, CJ, JK e OH redigiram o manuscrito. Todos os autores leram e aprovaram o manuscrito final.
Autores correspondentes
Declarações de ética
Interesses competitivos
Os autores declaram não haver interesses conflitantes.
Informação adicional
Nota do editor A Springer Nature permanece neutra em relação a reivindicações de jurisdição em mapas publicados e afiliações institucionais.
Dados estendidos
Dados estendidos Fig. 1 Melhoria na concordância do genótipo após o refinamento do genótipo usando BEAGLE como uma função da cobertura de profundidade.
O eixo y mostra a concordância entre genótipos chamados a partir de dados de sequenciamento em comparação com genótipos obtidos usando o BovineSNP50 Genotyping BeadChip.
Dados estendidos Fig. 2 Delta K do número de agrupamento K na análise de agrupamento genético usando ADMIXTURE.
Um subconjunto de ~ 1,6 milhões de SNPs (poda baseada em desequilíbrio de ligação (LD) usando PLINK v1.9 com opção '-indep-pairwise 50 10 0.1') foi usado para K de 1 a 10. A análise delta K sugere K = 2 como o número mais provável de ancestrais genéticos distintos entre os 10 Ks (delta K = 31,02).
Dados estendidos Fig. 3 Valores médios de Fst aos pares entre raças de gado representadas por mais de um animal.
Sheko é indicado como amarelo.
Dados estendidos Fig. 4 Heterozigosidade estimada de raças de gado.
Os limites inferior e superior da caixa correspondem ao primeiro e terceiro quartis (o 25º e 75º percentis), respectivamente. A linha horizontal na caixa representa o valor médio. O bigode superior e inferior se estendem dos limites ao maior e menor valor não mais do que 1,5 * intervalo interquartil (IQR), respectivamente. O número de animais biologicamente independentes usados nesta análise para cada raça é o seguinte: Achai (2), Afar (9), Angus (10), Ankole (10), Arsi (10), Barka (9), Bhagnari (3 ), Boskarin (1), Brahman (20), Butana (20), Cholistani (2), Dajal (1), Dhanni (2), Finn oriental (5), Boran etíope (10), Fogera (9), Gabrali (2), Gir (4), Goffa (10), Hanwoo (23), Hariana (3), Hereford (18), Holstein (10), Horro (11), Jersey (10), Kenya Boran (10), Kenana (13), Limia (1), Lohani (1), Maremmana (3), Maronesa (1), Mursi (10),Muturu (10), N'Dama (13), Nelore (10), Ogaden (9), Pajuna (2), Poldolica (1), Red Sindhi (1), Sahiwal (2), Sayaguesa (2), Sheko ( 9), Simmental (11), Tharparkar (3) e Wetern Finn (5). Sheko é indicado como amarelo.
Dados estendidos Fig. 5 Execuções de padrões de homozigosidade de raças de gado.
Sheko é indicado como amarelo.
Dados estendidos Fig. 6 Decaimento LD ponderado na raça Kenya Boran antes e depois de equipado com um modelo de mistura de pulso duplo.
A curva vermelha mostra o ajuste exponencial aos dados. a , LD ponderado ajustado por um modelo de mistura de pulso único, ao usar EAT e Muturu como população de referência separadamente. b , LD ponderado ajustado por um modelo de mistura de pulso duplo, ao usar EAT e Muturu como população de referência separadamente.
Dados estendidos Fig. 7 Distribuição de proporções de SNPs com | iHS | ≥ 2 e ancestralidade taurina em cada janela de 50 kb.
a , Distribuição de proporções de SNPs com | iHS | ≥ 2. b , Distribuição da ancestralidade taurina. As janelas com SNPs inferiores a 10 foram removidas. As linhas tracejadas indicam o maior 1% para a , e o maior ou menor 0,5% em b .
Dados estendidos Fig. 8 Distribuição da ancestralidade taurina nas regiões candidatas (o mais alto 1% para proporção de SNPs com | iHS | ≥ 2) e janelas do genoma inteiro.
As linhas tracejadas indicam a média (1% superior na análise de iHS: 26,14% e genoma completo: 32,49%).
Dados estendidos Fig. 9 Distribuição da ancestralidade taurina de acordo com quantis de proporções de SNPs com | iHS | ≥ 2 em cada janela de 50 kb.
Os limites inferior e superior da caixa correspondem ao primeiro e terceiro quartis (o 25º e 75º percentis), respectivamente. A linha horizontal na caixa representa o valor médio. O bigode superior e inferior se estendem dos limites ao maior e menor valor não mais do que 1,5 * intervalo interquartil (IQR), respectivamente. Asterisco indica o 1% mais alto com proporções de SNPs com | iHS | ≥ 2. n = 149 (gado africano corcunda) animais biologicamente independentes foram usados nesta análise.
Dados estendidos Fig. 10 Distribuição da ancestralidade taurina média gerada pela reamostragem de janelas aleatórias (o mesmo número de janelas que o candidato) por 0,1 milhão de vezes.
O asterisco indica ancestralidade taurina média das janelas candidatas da análise iHS.
Informação suplementar
Informação suplementar
Nota complementar, tabelas 1–13 e figs. 1-3
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Kim, K., Kwon, T., Dessie, T. et al. O genoma em mosaico do gado indígena africano como recurso genético único para o pastoralismo africano. Nat Genet 52, 1099-1110 (2020). https://doi.org/10.1038/s41588-020-0694-2
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