馬是與人類關(guān)系密切的家畜資源，體高、毛色、步態(tài)、奔跑性能、繁殖能力等都是備受關(guān)注的重要性狀。

　　近日，中外科學(xué)家團隊成功解析了中國家馬體高變異的主效基因，并發(fā)現(xiàn)該基因突變最早出現(xiàn)在距今2300年前的中亞古馬群體，隨后迅速擴張至整個歐亞大陸所有現(xiàn)代馬群體。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《當(dāng)代生物學(xué)》。

　　　西方矮馬體高基因在中國馬中不存在

　　馬主要分布在亞歐大陸地區(qū)。論文通訊作者、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所(以下簡稱牧醫(yī)所)研究員蔣琳告訴《中國科學(xué)報》，全世界家馬大約有313個品種，中國有51個品種，占全世界馬品種的16%。

　　“我國有以耐力著稱的蒙古馬、矮小體格的西南馬、適應(yīng)藏區(qū)極端氣候的藏馬、善于走對側(cè)步的岔口驛馬，以及適應(yīng)極端寒冷天氣的鄂倫春馬等。中國馬的遺傳資源極其豐富，為世界家馬的體高、適應(yīng)性等一系列重要性狀的精準(zhǔn)鑒定提供了重要素材�！笔Y琳說。

　　“尤其是分布在我國西南山區(qū)的矮馬，體高不足100厘米，在相對閉鎖的環(huán)境下形成了獨特的性狀，是十分珍貴的資源�！闭撐牡谝蛔髡摺⒛玲t(yī)所博士劉雪雪告訴《中國科學(xué)報》，矮馬指成年體高在106厘米以下的馬。

　　20世紀70年代末，世界公認的自然矮馬品種僅指英國的舍特蘭馬。

　　然而，我國自漢代起就有矮馬記載，古稱“果下馬”。20世紀80年代起，牧醫(yī)所王鐵權(quán)等人在我國西南馬群中率先發(fā)現(xiàn)矮馬資源群體。2005年，論文共同通訊作者、牧醫(yī)所研究員馬月輝進行了品種資源的收集并妥善保存。之后，中國矮馬逐漸為世界所認識。

　　前期研究發(fā)現(xiàn)，在西方矮馬中，比如舍特蘭矮馬、法拉貝拉矮馬，其體高相關(guān)的突變位于HMGA2等候選基因上。

　　“然而，我們發(fā)現(xiàn)，這個突變在基因組選擇中并沒有達到顯著的水平，而且在中國出土的古馬中也沒有檢測到HMGA2的突變存在�！笔Y琳說，西方馬體高性狀的遺傳機制不能解釋中國馬的體高變異，并且體高性狀的主效位點一直未被鑒定。

　　　尋找中國馬體高變異的分子機制

　　既然如此，那么必定存在另一種調(diào)控機制導(dǎo)致中國馬體高的差異化。

　　牧醫(yī)所畜禽種質(zhì)資源保護與利用科技創(chuàng)新團隊聯(lián)合法國國家科學(xué)研究中心圖盧茲人類生物學(xué)和基因組學(xué)實驗室教授Ludovic Orlando團隊，對此開展了深入研究。

　　劉雪雪介紹，他們首先構(gòu)建了187份中國家馬種質(zhì)資源的基因組(包括75份矮馬和112份普通馬)及其體高數(shù)據(jù)記錄，進行了全基因組選擇信號和全基因組關(guān)聯(lián)分析，成功定位到8號染色體上一段連鎖區(qū)域，并發(fā)現(xiàn)該區(qū)域內(nèi)TBX3基因增強子上的兩個突變可能是體高性狀變異的主效突變。

　　該團隊進一步進行了763份中國家馬遺傳資源的大規(guī)模基因鑒定、國外數(shù)千份古馬基因組的衍生等位基因頻率軌跡重建、雙熒光素酶試驗和基因編輯小鼠模型構(gòu)建，明確了上述兩個突變中的TBX3是主效突變。

　　劉雪雪說，TBX3基因?qū)儆赥-box基因家族，在胚胎、肌肉和骨骼發(fā)育等方面起著重要作用，尤其是調(diào)控肢體發(fā)育方面。在小鼠中，TBX3缺失會導(dǎo)致小鼠肢體發(fā)育遲緩和指頭缺失。TBX3還是肌肉及其附屬組織必需的調(diào)控因子，缺乏TBX3時會引起尺骨—乳腺綜合征。這種疾病的主要特征包括上肢缺陷，大汗腺、乳腺、毛發(fā)發(fā)育不全，以及各種生殖器異常。

　　“TBX3突變加速了中國家馬體高性狀的變異，并促進了TBX3基因的轉(zhuǎn)錄表達，從而加速了動物四肢遠端骨骼的生長�！瘪R月輝說，作為重要的數(shù)量性狀，體高會受到基因組多個水平多基因的調(diào)控，“我們發(fā)現(xiàn)的是一個關(guān)鍵突變，可以解釋25%的體高變異。但是，不能否認還有其他的突變與體高相關(guān)，需要進一步的研究才能確認”。

　　　基因分型與史料記載吻合

　　“我們利用古馬的基因組信息，對發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵位點TBX3進行了基因型分型�！笔Y琳說。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該位點上的A等位基因是野生型，G是在體高增加的群體中新衍生的等位基因，具有極強的功能效應(yīng)，能解釋近10厘米的體高變異。

　　劉雪雪說，他們研究發(fā)現(xiàn)，G等位基因的突變首次出現(xiàn)在距今2300年前阿勒泰地區(qū)巴澤雷克(Pazyryk)文化遺址的古馬遺骸中，彼時是鐵器時期，正值我國秦朝早期，對于戰(zhàn)馬的大量需求加速了大體形中國馬種的選育。隨后，大量古馬遺骸中都呈現(xiàn)了該基因型，其中包括一些歐洲出土的古馬。

　　史料記載，我國馬的體高是逐漸增高的過程。由于古代樣品有分化和降解，研究人員利用現(xiàn)有的分析模型推測了古馬的體高。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在陜西省淳化縣棗樹溝腦遺址出土的先秦時期的馬，體高預(yù)計121~122厘米；到漢朝時，據(jù)《漢書》記載，“馬五尺九以上，齒未平不得出關(guān)”，漢武帝陵中發(fā)現(xiàn)的馬體高達到了135厘米，專家推測這是一匹汗血寶馬；再到唐太宗李世民的六駿圖，馬的體高進一步增加，與現(xiàn)代馬相近。

　　“而我國西南馬的矮小性狀因能適應(yīng)西南崎嶇山路而未受到大體形馬種的影響，保留了野生型A等位基因，因此保持了矮小的體形�！笔Y琳說。

　　馬月輝認為，這說明該位點是逐漸選擇和進化的。

　　為了進一步驗證，他們對比了現(xiàn)代僅存的野馬品種——普氏野馬。普氏野馬平均體高130厘米，研究人員對資源庫中的野馬進行基因分型，發(fā)現(xiàn)其攜帶的是和我國西南矮馬相同的基因型，即A等位基因。而現(xiàn)代的高馬中攜帶相反的基因型——G等位基因。

　　“這說明我們發(fā)現(xiàn)的TBX3位點突變比較古老�！眲⒀┭┱f。

　　蔣琳指出，這項工作利用了國家家養(yǎng)動物種質(zhì)資源庫收集保存的850份中國家馬遺傳資源。家馬體高關(guān)鍵位點的成功解析可以作為重要的遺傳標(biāo)記，為中國西南馬資源的保種和育種提供科學(xué)指導(dǎo)，還將為畜禽遺傳資源的挖掘提供方法借鑒，對促進畜牧業(yè)的發(fā)展和家馬種質(zhì)資源保存與開發(fā)利用等具有重要意義。