Cell Genomics | 李奎团队解密欧亚野猪百万年西迁路中关键适应基因

野猪（Sus scrofa）是家猪的祖先，其跨越欧亚大陆的迁徙历程是研究物种适应环境变化的经典物种。起源于东南亚热带地区的野猪，历经数百万年向西、向北扩散至欧洲和中亚高纬度地区，面临严寒、紫外线减弱等挑战。然而，作为东西方关键通道的中亚地区野猪种群的遗传历史及适应机制，长期缺乏深入研究。

2025年7月24日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）李奎团队联合国内外多个科研团队在《细胞·基因组学（Cell Genomics）》上在线发表了一篇题为“Genomic insights into the demographic history and local adaptation of wild boars across Eurasia”的研究论文。

该研究通过整合47个新测序和49个公开的高质量野猪全基因组数据（覆盖东亚、中亚、欧洲等地区），系统描绘了野猪跨欧亚大陆的迁徙路线图，并深入解析了中亚种群适应环境的独特遗传密码，为理解大型哺乳动物如何应对环境变化提供了全新视角。

研究团队首先对来自东亚、中亚及欧洲的47头野猪基因组进行测序，并结合公共数据库已有的49个基因组（包括7头东南亚疣猪Sus cebifrons作为外群），构建了一个全面的数据集。这个数据集涵盖了52头东亚野猪（中国南部32头、北部10头、韩国10头）、27头欧洲野猪、3头近东野猪和7头中亚野猪。经过严格的质量控制，研究人员共鉴定出近4000万个单核苷酸多态性位点（SNP），其中约79万个位于基因的外显子区域（直接影响蛋白质编码）。虽然中亚样本采集于该区域的边界地带，但线粒体DNA单倍型分析显示，它们与已发表的其他中亚野猪样本高度相似，证实了这些样本能够代表中亚野猪的遗传特征。

随后，研究人员通过系统发育树、主成分分析（PCA）和群体结构分析一致表明野猪主要分为东亚支系和包含中亚、欧洲、近东野猪的西方支系。遗传多样性呈现梯度变化：从起源中心东南亚向外递减（中国南部最高，近东最低）。连锁不平衡（LD）衰减和纯合性片段（ROH）分析进一步支持东亚种群（尤其中国南部）历史有效群体规模最大、多样性最丰富。群体间遗传分化指数（FST）与地理距离基本吻合。紧接着，研究人员利用进化分析软件TreeMix（以疣猪为外群）重建了野猪的迁徙历史。结果显示，野猪与疣猪分化后，最早分支（约180万年前）将中亚祖先与中国南部祖先分开。东北亚祖先约100万年前从中国南部野猪分化，向东北扩散。欧洲和近东野猪祖先约95万年前从中亚祖先分离，并于约68万年前彼此分化。MSMC2模型显示种群波动与更新世冰期-间冰期旋回相关（温暖期扩张，冰期衰退）。fastsimcoal2模型细化分化时间点（如欧亚东西支系分歧约182万年前），并检测到中国南部与东北亚野猪间显著的基因交流（迁移率~10.1%）。

为了揭示中亚野猪如何适应高纬度环境，研究人员对比了中国南部野猪和中亚野猪的基因组，整合了三种常用的选择信号检测方法（群体分化指数FST、群体间核苷酸多样性比值θπ ratio、跨群体复合似然比XP-CLR）。通过滑动窗口分析（窗口大小10kb），最终筛选出601个受到强烈自然选择的基因组区域，这些区域共覆盖了320个基因。对受选择基因的功能分析（KEGG通路富集）显示，它们显著富集在代谢相关通路中。这非常符合生物学预期：在寒冷环境中，动物需要提高基础代谢率来维持体温和能量供应。研究人员发现了两个关键的候选基因：（1）ADAMTS20基因：该基因在多个选择指标上都位于最显著的前列（FST = 0.77, log2(θπ比值) = 3.81, XP-CLR = 4.22）。它参与调控黑色素细胞分化和体表色素沉着。研究人员推测，这种选择压力可能与不同纬度地区紫外线辐射强度的差异有关；（2）PDPK1基因：该基因是FST值排名前十的基因之一，参与促进黑色素细胞增殖。有趣的是，它在非洲人群适应不同紫外线环境导致肤色差异的研究中也曾被报道过，暗示这个基因在动物（野猪浅色体毛）和人类（肤色）适应光照环境方面可能有保守的功能。

进一步分析这些受选择区域在基因组功能元件上的分布发现，它们显著富集在开放染色质区域（49%）和基因调控开关——增强子区域（24%）。这表明野猪对中亚环境的适应，很大程度上是由调控基因表达的非编码区变异驱动的，而不是直接改变蛋白质编码序列。对组织特异性增强子的分析则指出，脑、脾脏和肠道可能是适应性调控发生的核心器官。此外，将这些受选择区域与已知的猪数量性状位点（QTL）数据库比对，发现它们与肋骨数量增多、体长增加、皮下脂肪增厚等性状显著相关。这些变化符合动物适应寒冷环境的普遍规律（如贝格曼法则：高纬度动物体型增大以减少散热；皮下脂肪增厚则有助于保温）。

通过另一种选择信号检测方法（XP-EHH），研究人员找到了18,582个可能因自然选择而频率快速升高的遗传变异。通过交叉验证（结合FST, θπ ratio, XP-CLR的结果），最终锁定534个高置信度的受选择变异。其中，位于LPIN1基因内含子区域的两个紧密连锁（遗传上高度相关，R²=0.93）的SNP（rs340542212和rs324682561）尤为引人注目。功能验证实验表明，这两个SNP位于一个肌肉特异性的增强子内。祖先单倍型（CC型，在中国南部野猪中频率高达85%）相比衍生单倍型（TT型，在东北亚、中亚和欧洲野猪中富集）显著降低了该增强子的活性。利用大型猪基因表达数据库（PigGTEx）的数据也证实，携带祖先等位基因（C）的个体，其LPIN1基因的表达水平较低。LPIN1基因编码的蛋白是合成甘油三酯（脂肪的主要成分）的关键酶。因此，研究人员推测，TT单倍型通过增强LPIN1的表达，优化了脂肪代谢，帮助野猪在寒冷的中亚和更北地区积累必要的脂肪储备以应对能量需求和保温。

另一个重要发现在于ALPK2基因。研究人员在该基因中发现了5个错义突变（改变蛋白质氨基酸序列的变异）。其中一个突变（rs327271406）在中亚野猪和欧洲野猪群体中已经达到100%的固定频率！更重要的是，这个突变在欧洲家猪群体中也完全固定了。ALPK2基因在心脏和肌肉组织中高表达。通过大规模表型-基因关联分析（利用PigBioBank数据库），发现ALPK2基因与多个肉产量相关的性状（如背膘厚、日增重等）存在显著关联。这很好地解释了为什么欧洲家猪品种通常在生长速度和产肉性能上具有优势——这种优势可能部分源于其野生祖先（中亚和欧洲野猪）在自然选择过程中固定下来的有利遗传变异。

综上所述，该研究首次系统性重构了野猪跨越欧亚大陆百万年的迁徙历程，揭示了中亚作为东西方基因交流枢纽的角色。研究精准定位了野猪适应高纬度环境的“分子指纹”，特别是ALPK2和LPIN1等关键基因的适应性变异，为理解现代家猪重要经济性状（如生长速度、肉质）的演化根源提供了全新视角，也为家猪遗传改良提供了宝贵的“基因蓝图”。

基因组所（大鹏湾实验室）副研究员王子帅为本文第一作者。基因组所（大鹏湾实验室）李奎研究员、白立景副研究员和香港科技大学（广州）张延林助理教授为本文的共同通讯作者。文章的合作者还包括新疆石河子大学黄涛教授，扬州大学宋成义教授，黑龙江农业科学院刘娣研究员、张冬杰研究员，华中农业大学赵书红教授，河南农业大学乔瑞敏教授，瓦赫宁根大学的Martien A. M. Groenen、 Ole Madsen。西华师范大学李明洲校长和中国农业大学李孟华教授为本研究提供了相关指导和帮助。

该研究得到深圳市杰出人才项目，国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国农业科学院科学中心项目和深圳市科技计划等项目的支持。

原文链接：https://www.cell.com/cell-genomics/fulltext/S2666-979X(25)00210-1