文 ｜ 《中国科学报》 记者 严涛 通讯员 周天弘
作为国家肉牛牦牛产业技术体系肉牛种质资源评价岗位科学家，西北农林科技大学动物科技学院教授雷初朝过去20余年对全球不同牛种的遗传和基因进行了研究，人称“牛专家”。近期，雷初朝等在东亚原牛研究方面取得新成果，首次揭示了已灭绝东亚原牛的演化历史及其对东亚家牛的遗传贡献。相关论文发表于《科学通报》（英文版）并被选为封面论文。我国东北松花江流域曾出土数量巨大、种类丰富的人类和动物化石及遗骸，其中包括广泛分布的东亚原牛。但是，由于缺乏考古学证据及可靠的年代测定数据，人们对该流域的动物和人类演化情况知之甚少。“说到东亚原牛，就不能不提在云南大学从事湖泊与气候变化、环境与动物群（包括人类）研究的张虎才教授。” 雷初朝说。“我和张虎才的交流与合作始于2005年。他在修改我们的一篇论文时敏感地指出，DNA数据与温度、降水具有很高的相关性，这启发我们将DNA数据与环境因子联系起来。随后的研究证明了我们早期发现并提出的中国黄牛基因与地理环境因子之间可能存在某种基因关联的推断，相关成果发表于《动物遗传学》杂志。”雷初朝告诉《中国科学报》。2013年，张虎才、雷初朝等联合分析了在东北出土的一例原牛下颚骨，发现具有人类管理痕迹的原牛的时代（10660年前）早于学术界公认的普通牛驯化时间。张虎才和雷初朝认为，这是东亚特有的一种原牛，与其他地区的原牛差异较大，所以将其暂时命名为原牛中的“C支系”，“C”代表中国。相关论文2013年发表于《自然-通讯》。两次成功合作为这项新成果奠定了基础。家牛分为普通牛和瘤牛，包括中国黄牛在内的家牛都属于普通牛，而原牛被认为是所有普通牛和瘤牛的祖先，但并不是所有地方的原牛都可以被驯化为家牛。原牛驯化的遗传机制一直是个谜。随着基因组技术的快速发展，雷初朝团队的研究方向逐渐由线粒体DNA转向基因组。在这个阶段，张虎才收集到了包括原牛在内的大量骨骼遗骸。二人继续合作并开启了一项新研究——用遗骸证明东亚原牛的基因贡献。合作团队选择了张虎才收集的中国东北地区59个具有碳-14测年的牛亚科动物遗骸，构建了该地区牛科动物约4.3万年前至3600年前的时间序列，并对松花江流域的18个牛亚科动物样本及1个至少可追溯至6400年前的青藏高原样本开展了遗传学分析。“通过线粒体基因组和核基因组分析，我们鉴定出其中16个样本为东亚原牛、3个样本为草原野牛，首次揭示了东亚原牛与欧洲原牛、西亚原牛、非洲原牛的基因组遗传分化明显，并将这些东亚原牛命名为一个新的原牛亚种——张氏中华原牛。” 张虎才告诉《中国科学报》。同时，研究人员利用全球古代、现代家牛的基因组数据进行了联合分析，发现东亚原牛从4000年前便对东亚早期家牛和现代家牛有持续性的基因组贡献。这表明东亚原牛虽已灭绝，但在东亚家牛基因组中留下了深深的印记。“研究人员也在研究世界其他区域原牛的遗传演化，但是在东亚原牛方面，我们的成果是目前最具系统性的，时间跨度和范围也是最大的。”雷初朝说。在这个团队中，“专业的人做专业的事”。比如，中国科学院昆明动物研究所研究员张晓明团队主要负责人类和动物的古DNA研究。“他们拥有国内最专业的古DNA实验室。我们这次研究对实验室要求很高，在研究过程中不能有任何污染，他们的实验室起了大作用。”雷初朝团队主要成员、西北农林科技大学动物科技学院副教授陈宁博说。尽管已经做过多次大规模研究，但这样的大范围分析对雷初朝团队来说也是第一次。由于原牛的古DNA序列都比较短，团队5个人花了一年时间才完成所有的数据拼接和分析。此时，雷初朝团队积累的全球各种牛的基因组数据库发挥了重要作用。“得益于团队这些年的积累，在牛这个亚科中，我们拥有大量的基因组和线粒体DNA数据，包括黄牛、水牛、牦牛以及一些野牛。在这次研究中，我们庞大的基因组数据库起到了很大作用。”雷初朝说。除了积累数据库，雷初朝觉得，20多年来，团队还干成了3件“大事”。一是研究清楚了中国黄牛的遗传多样性、起源演化情况，以及历史上的迁徙路线。二是研究清楚了中国瘤牛和印巴瘤牛的起源关系，发现中国瘤牛是印巴瘤牛迁徙到中国南方后形成的，但中国瘤牛又有自己复杂的遗传多样性。三是为更精确分类中国牛提供了科学依据。目前牛品种志上把中国所有的地方黄牛都归类为普通牛，而忽略了南方瘤牛这一重要独立分支。雷初朝认为这是需要修订的，团队已经初步搞清了南方瘤牛的品种名录。雷初朝与牛结缘于1997年。当时他硕士毕业留校任教，“偶尔做一些牛的染色体核型分析工作”。1998年读博以后，雷初朝正式开始牛的遗传基因研究，跟随导师利用线粒体DNA测序方法研究黄牛的母系遗传。“当时流行的方法是把线粒体DNA提取出来再用限制性内切酶‘切’，而且要有突变位点才能‘切’，实验精度有限。”雷初朝说，于是他就改用PCR扩增的方法，将线粒体DNA的D-loop区扩增后再测序，使实验精度提高了很多。雷初朝在博士论文中用这种方法采样分析了黄牛、水牛、牦牛和驴的线粒体DNA。由于当时经费少，为了节约成本，实验的总体样本数偏少，每个品种只做了3个个体。即便是这样，雷初朝的博士毕业论文还是获得了极高的评价。答辩时，一位教授点评说：“你这篇论文的水平，可以同时让3位博士毕业！”随着基因组技术的快速发展，2015年起，雷初朝转向用基因组方法研究中国牛的遗传多样性与起源演化。支撑雷初朝和团队走下去的，是一个更为宏大的“远景目标”。“中国地方黄牛有很好的‘风味’。但现在中国牛肉‘优质不优价’，饲养地方黄牛的老百姓越来越少，很多人养殖的都是国外引进品种，从种质资源安全角度看，这是有隐患的。”雷初朝说，通过研究把中国地方黄牛的品牌做起来，是他和团队今后的发展方向。陈宁博表示，团队的研究旨在保护中国地方黄牛种质资源，挖掘其优异的遗传性状，为利用分子育种技术选育生长快、肉质好、抗病力强的肉牛新品种打下基础，这也是做遗传资源研究的意义所在。相关论文信息：
https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.09.016
《中国科学报》 (2024-11-12 第1版 要闻)![]()
