The genome landscape of indigenous African cattle

Sequencing, assembly, and identification of single nucleotide polymorphisms

Individual genomes of 48 indigenous African (Boran, Ogaden, Kenana, Ankole a N’Dama) skotu byly vytvořeny každý s pokrytím ~11 X a byly společně genotypovány s veřejně dostupnými genomy komerčních plemen skotu (Angus, Jersey, Holstein a Hanwoo) (obr. 1a, doplňkový soubor 1: poznámka S1, tabulka S1). Tato plemena zahrnují Bos indicus (Boran, Ogaden a Kenana), africký Bos taurus (N’Dama), evropsko-asijský Bos taurus a sanga (Ankole, kříženec taurina a zebu) . Celkem bylo vygenerováno 6,50 miliardy čtení nebo ~644 Gbp sekvencí. Pomocí nástroje Bowtie 2 byly čtení zarovnány k referenční sekvenci genomu taurina UMD 3.1 s průměrnou mírou zarovnání 98,84 %, která pokrývala 98,56 % referenčního genomu (Additional file 1: Table S2). Ve shodě s předchozí analýzou zebu Nellore , byla zjištěna celková míra zarovnání afrických vzorků B. indicus k referenčnímu genomu UMD 3.1 srovnatelná s mírou získanou pro africké vzorky taurinů (Additional file 1: Table S2). Po odfiltrování potenciálních PCR duplikátů a opravě chybných zarovnání v důsledku přítomnosti INDEL jsme detekovali jednonukleotidové polymorfismy (SNP) pomocí GATK 3.1 . Před použitím kandidátních SNP v dalších analýzách bylo použito několik filtračních kroků k minimalizaci počtu falešně pozitivních volání. Konkrétně byly SNP odstraněny na základě následujících kritérií: phred-skóre kvality, kvalita mapování, hloubka kvality a phred-skóre P hodnoty (viz „Metody“). Nakonec bylo zachováno celkem ~37 milionů SNP a pomocí SnpSift byly identifikovány SNP specifické pro plemeno (obr. 1b, doplňkový soubor 1: tabulka S3). Genomová DNA ze 45 afrických vzorků byla dodatečně genotypizována pomocí čipu BovineSNP50 Genotyping BeadChip (Illumina, Inc.), aby se vyhodnotila přesnost volání SNP z dat resekvenace. Zaznamenali jsme ~95% celkovou shodu genotypů mezi SNP BovineSNP50 Genotyping BeadChip a výsledky resekvenování napříč vzorky, což poskytuje jistotu ohledně přesnosti volání SNP (Additional file 1: Table S4).

Rozmanitost afrického genomu a příbuzenské vztahy

Jednonukleotidové polymorfismy

Obrázek 1b znázorňuje počet SNP přítomných u jednotlivých plemen, včetně plemenně specifických, s čísly uvedenými v Doplňkovém souboru 1: Tabulka S5. Při pohledu na různé linie skotu se největší počet SNP nachází u skotu plemene zebu (Boran, Kenana, Ogaden), kde je velká většina SNP homozygotních napříč třemi plemeny představujícími kandidátské varianty specifické pro africkou linii zebu. Většina (65,13 %) SNP se vyskytovala v intergenových oblastech. Zbývající SNP se nacházely před (3,90 %) a za (3,96 %) otevřeným čtecím rámcem, v intronech (26,0 %) a v nepřekládaných oblastech (UTR, 0,240 %). Exony obsahovaly 0,69 % všech SNP se 115 439 missense a 1336 nonsense mutacemi (Additional file 1: Table S5).

Nukleotidová diverzita měří stupeň polymorfismu v populaci a je definována jako průměrný počet nukleotidových rozdílů na jedno místo mezi libovolnými dvěma sekvencemi DNA náhodně vybranými z populace vzorku . V měřítku celého genomového okna o velikosti 10 Mb vykazují komerční evropská plemena sníženou úroveň nukleotidové diverzity ve srovnání se všemi původními africkými plemeny (obr. 2d). Zde je snížená úroveň nukleotidové diverzity na úrovni celého genomu očekávaná a je pravděpodobně výsledkem intenzivní umělé selekce v průběhu generací a/nebo genetického driftu následovaného demografickou historií charakterizovanou nízkou efektivní velikostí populace. Zajímavé je, že N’Dama také vykazuje relativně nízkou genetickou diverzitu, která je možná dědictvím počáteční nízké efektivní velikosti populace a/nebo populačního zúžení v důsledku výskytu nemocí . Nukleotidová diverzita je nejvyšší u afrických zebu (Boran, Ogaden, Kenana) a Ankole sanga. Jedná se o příbuzná plemena taurin × zebu s relativně velkou efektivní velikostí populace. Relativně vysoká nukleotidová diverzita u komerčního plemene hanwoo může odrážet slabší, cílenou a kratší historii selekce ve srovnání s ostatními komerčními plemeny .

Struktura populace a vztahy

Provedli jsme analýzu hlavních komponent (PCA) dat genotypů autozomálních SNP (obr. 2a) pomocí programu EIGENSTRAT . Analýza ignoruje příslušnost k plemeni, ale přesto odhaluje jasné struktury plemen, protože vzorky ze stejného plemene se shlukují dohromady. První dva PC, které vysvětlují 16,0 %, resp. 3,4 % celkové variability, oddělují africká a neafrická plemena, přičemž skot Ankole se nachází na mezilehlé pozici. PCA založená na afrických, komerčních a taurských vzorcích zvlášť (Doplňkový soubor 1: Obrázek S1) neukazuje žádné důkazy příměsi mezi plemeny ani přítomnost odlehlých zvířat v rámci plemen.

Pro další pochopení míry příměsi v populacích jsme použili program STRUCTURE na náhodně vybrané podskupině SNP (~20 000 SNP). Zvýšili jsme počet K z 1 na 9, kde K je předpokládaný počet předků populace (obr. 2b a doplňkový soubor 1: obr. S2). Analýza navrhla K = 2 jako nejpravděpodobnější počet geneticky odlišných skupin v rámci našich vzorků (obr. 2b), což odráží divergenci taurinů a zebu v populaci skotu. Při K = 3 vykazoval Ankole jasný důkaz genetické heterogenity se společným genomovým původem s africkým (N’Dama), asijským zebu a komerčním (Holstein, Jersey, Angus, Hanwoo) genetickým pozadím taurinů. Zvyšující se hodnoty K naznačovaly vyšší úroveň homogenity plemene v komerční populaci ve srovnání s africkými plemeny zebu. Kromě toho sousedský spojovací strom (obr. 2c) odděluje každé plemeno do vlastního samostatného kladu. Evropská plemena se shlukují společně, dále pak s plemenem Hanwoo a N’Dama. Podobně se všechna africká plemena zebu shlukují dohromady a zvířata Ankole se nacházejí na mezipoloze mezi zebu a N’Dama.

Demografická historie a migrační události

Změny efektivní velikosti populace v čase jsou znázorněny na obr. 3a a v doplňkovém souboru 1: Obrázek S3. Zdá se, že u N’Damy došlo v porovnání s ostatními africkými populacemi k výraznějšímu populačnímu poklesu. Toto pozorování je slučitelné s počátečním populačním úzkým hrdlem po příchodu a adaptaci původní populace v tropickém subhumidním a humidním prostředí západní Afriky. Tyto západoafrické populace skotu byly v nedávné době vystaveny novým environmentálním tlakům, které představují silná adaptační omezení (např. nové patogeny včetně parazitů). Odhady Ogadenu a Kenany navíc ukazují mírný nárůst velikosti populace zhruba před 1000 lety, což odpovídá době první vlny příchodu zebu přes Horn kontinentu . Všem je společný pokles populace počínající přibližně 10 000 BP, pravděpodobný důsledek neolitických domestikačních událostí .

Poté jsme rekonstruovali strom maximální věrohodnosti (obr. 3b) a reziduální matici (Additional file 1: Figure S4) devíti plemen pomocí Treemixu, abychom se zabývali vztahy v populační historii a identifikovali dvojice populací, které jsou navzájem příbuzné nezávisle na tom, co zachycuje tento strom. Při postupném přidávání migračních událostí do stromu jsme zjistili, že jedna odvozená migrační hrana vytváří strom s nejmenšími reziduálními hodnotami, a nejlépe tak odpovídá datům (Doplňkový soubor 1: Obrázek S4). Zaznamenali jsme statisticky významnou migrační hranu (P < 2,2E-308) s odhadovanou váhou 11,4 %; tato hrana poskytuje důkaz o toku genů z evropského plemene B. taurus (zde reprezentovaného plemeny Jersey, Holstein a Angus) do Ankole. V posledních letech se skot Ankole stále častěji kříží s taurskými plemeny včetně holštýnského skotu, který byl do Ugandy poprvé dovezen před 50 lety .

Adaptace afrického skotu na environmentální stresy a lidskou selekci

Srovnávali jsme genomy afrických plemen skotu, abychom v rámci každého plemene identifikovali známky pozitivní selekce v důsledku environmentálních a lidských selekčních tlaků. Na rozdíl od dat z čipů SNP, kde je diverzita nadhodnocena u taurinních linií a podhodnocena u indických linií , může celogenomové sekvenování překonat tento limit zkreslení zjištění a řádně umožnit populační analýzy obou populací a identifikovat cíle selekce i u afrického B. indicus. Zkoumali jsme zejména extrémní haplotypovou homozygotnost a diferenciaci frekvence alel v rozšířených propojených oblastech pomocí mezipopulační rozšířené haplotypové homozygotnosti (XP-EHH) a mezipopulačního složeného poměru pravděpodobnosti (XP-CLR) . Vzhledem k těsné genetické vzdálenosti mezi africkými plemeny skotu B. indicus (doplňkový soubor 1: tabulka S6) byla plemena skotu N’Dama a Ankole pro identifikaci afrických plemenných znaků porovnávána zvlášť se všemi ostatními africkými plemeny. XP-EHH si zachovává sílu i při malé velikosti vzorku (pouhých deset vzorků) . Navíc pokud jsou odhady genetické vzdálenosti (F ST ) mezi dvojicemi populací větší nebo blízké 0,05, jako v našich analýzách (Additional file 1: Table S6), mělo by pro analýzu populační diferenciace stačit méně než 20 jedinců na populaci . Abychom umožnili srovnání genomických oblastí napříč populacemi, rozdělili jsme genom na nepřekrývající se segmenty o velikosti 50 Kb . Odlehlé oblasti (horních 0,5 % statistiky XP-EHH nebo XP-CLR) byly považovány za kandidátské oblasti specifické pro plemeno pro další analýzu (haplotypy a polymorfismy). Rozdělení hrubých hodnot XP-EHH a XP-CLR jednotlivých srovnání a hustota SNP v každém nepřekrývajícím se 50kb okně jsou uvedeny v doplňkovém souboru 1: Obrázky S5-S7.

Adaptace N’Damy na trypanosomovou výzvu

Nejprve jsme zkoumali, jak mohla tolerance k trypanosomové výzvě ovlivnit genom afrického skotu. Africké trypanosomy jsou extracelulární protozoární parazité, kteří způsobují závažná onemocnění u lidí (spavá nemoc) a domácích zvířat (nagana); přibližně 60 milionů lidí a 50 milionů kusů skotu žije v ohrožení trypanosomovou infekcí . Z několika „trypanotolerantních“ původních afrických plemen skotu je nejlépe charakterizováno západoafrické plemeno N’Dama, zatímco „nově příchozí“ B. indicus jsou obecně k trypanosomóze velmi vnímaví . Proto jsme porovnali genom N’Damy se všemi ostatními africkými plemeny skotu.

Outlier okna z analýzy XP-EHH a XP-CLR zahrnují 124, resp. 106 genů, z nichž 28 bylo společných pro obě analýzy (tabulka 1, doplňkové soubory 2 a 3). Toto relativně mírné překrývání bylo pravděpodobně důsledkem rozdílu v síle testů určených k detekci oblastí postižených úplným (XP-EHH) nebo neúplným selekčním zásahem (XP-CLR).

Mezi nimi jsme nalezli HCRTR1 (XP-CLR = 597.3) kódující hypokretinový receptor A (obr. 4), který patří do podrodiny třídy I v rámci superrodiny receptorů spřažených s G a je spřažen s mobilizací Ca2+. Hypokretin je produkován malou skupinou neuronů v laterálních hypotalamických a perifornálních oblastech a podílí se na kontrole potravního chování savců . V porovnání s ostatním africkým skotem vykazují N’Damy téměř čistou haplotypovou homozygozitu v oblasti HCRTR1 a v genu jsme také zjistili sedm nesynonymních variant (obr. 4b) (Additional file 1: Table S7). Četné studie naznačují, že polymorfismus v rámci genů pro hypokretin je spojen se změnami v chování při krmení a pití . Zejména orexin-A, endogenní ligandy pro receptor spřažený s G proteinem, stimulují konzumaci potravy a orexinová messengerová RNA je regulována hladověním . Tyto nezávislé studie naznačují, že hypokretinové látky hrají významnou roli v regulaci krmení. To může vysvětlovat vynikající schopnost N’Damy udržet si tělesnou hmotnost a odolávat apatii a vyhublosti po infekci trypanosomami .

N’damský skot dosahuje trypanotolerance s nejméně dvěma dalšími vlastnostmi: schopnost odolávat anémii a kontrolovat množení parazitů . Anémie je nejvýraznějším a nejkonzistentnějším klinickým příznakem trypanosomové infekce a je hlavním ukazatelem pro léčbu . Našli jsme pět genů v domněle pozitivně selektovaných oblastech genomu (outlier windows), které jsou spojeny s anémií (SLC40A1, STOM, SBDS, EPB42 a RPS26). Exportér železa SLC40A1 (XP-EHH = 3,32, XP-CLR = 831,1) je nezbytný pro homeostázu železa, a proto souvisí s anémií z nedostatku železa . Tento gen vykazuje lokální snížení nukleotidové diverzity a rozšířený haplotypový vzorec (obr. 4c). Pozoruhodné je, že jsme zjistili fixní haplotyp SLC40A1 u plemene N’Dama s frekvencí 24 % a 58 % u ostatních plemen afrického skotu a komerčních plemen, což silně podporuje selekci v tomto genu (obr. 4d, e). Stomatin (STOM, XP-CLR = 525,0) je gen pojmenovaný podle vzácné lidské hemolytické anémie , který kóduje integrální membránový protein o velikosti 31 kDa. Mutace v genech SBDS (XP-EHH = 2,91) EPB42 (XP-CLR = 511,1) jsou zodpovědné za hypochromní anémii, respektive hereditární hemolytickou anémii , zatímco mutace v genu RPS26 (XP-CLR = 562,8) byly identifikovány u pacientů s Diamond-Blackfanovou anémií .

Dále jsme tyto kandidátní geny prověřovali na nesynonymní mutace představující předpokládané funkční varianty. Zejména missense SNP změnily aminokyseliny v proteinech STOM (p.Met48Val) a EPB42 (p.Arg503His). Obě tyto alelové varianty jsou u skotu plemene N’Dama na rozdíl od všech ostatních plemen zcela fixovány (obr. 4f a g).

Geny pozitivně selektované u plemene N’Dama byly významně (P < 0,05) nadreprezentovány v „I-kappaB kináze/NF-kappaB kaskádě“ (GO:0007249, doplňkový soubor 4). Transkripční faktor nukleární faktor-kappaB (NF-kB) má ústřední roli ve vrozené i získané imunitní odpovědi na mikrobiální patogeny a koordinuje buněčné odpovědi na přítomnost infekce. Na základě molekulárních důkazů, že Trypanosoma cruzi aktivuje NF-kB v řadě buněk, byl NF-kB navržen jako určující faktor vnitrobuněčného přežívání a tkáňového tropismu T. cruzi, která způsobuje lidskou spavou nemoc . Tyto studie mohou naznačovat, že geny zapojené do kaskády NF-kB prošly u N’Damy pozitivní selekcí, aby změnily své funkce a účinně regulovaly infekci trypanosomou skotu. Zjistili jsme také významný signál na receptoru podobném interleukinu 1 2 (IL1RL2) v souladu s pozorováním, že počáteční odpověď imunitního systému hostitele na infekci trypanosomami zahrnuje aktivaci makrofágů vylučujících prozánětlivé molekuly, jako je IL-1 . Konkrétně bylo již dříve uvedeno, že infekce T. brucei vedou ke zvýšení sekrece IL-1 .

Vliv lidské selekce na genom Ankole

Ve srovnání Ankole versus všechen ostatní africký skot jsme identifikovali 187 genů v oknech odlehlého genomu (tabulka 1, doplňkové soubory 2 a 3). Domněle vybrané genomové oblasti zahrnují kandidátní lokusy, které mají biologické funkce související se zbarvením srsti: receptor melanokortinu 1 (MC1R) (XP-CLR = 295,0) a KIT (XP-EHH = 1,80), které jsou podpořeny analýzou sdílení haplotypů vykazující vysokou úroveň homozygotnosti haplotypů v rámci plemene (Doplňkový soubor 1: Obrázek S8). Skot Ankole se vyznačuje mohutnými bílými rohy a převážně červenou barvou srsti . Výsledky jsou v souladu s předchozími zprávami, že mutace v MC1R vytvářejí červené (nebo kaštanové) zbarvení srsti u různých druhů včetně skotu, koní, myší a psů . Produkt KIT se pravděpodobně podílí na bílé skvrnitosti srsti nejen u skotu, ale i u dalších domestikovaných savců . Naše zjištění jsou v souladu s pozorováním, že zatímco barva srsti Ankole je převážně červená, někdy je také bíle skvrnitá . Je zajímavé, že holštýnský skot, který je rovněž známý svým černobílým zbarvením, má stejný haplotyp (Additional file 1: Figure S8) v oblasti genu KIT jako ten, který byl pozorován u Ankole, což naznačuje společný původ haplotypu v africké a evropské linii taurinů a/nebo nedávné křížení Ankole s holštýnským skotem. V odlehlých oblastech jsme také nalezli geny MITF (XP-EHH = 1,90) a PDGFRA (XP-EHH = 2,56, XP-CLR = 319,3); ty byly dříve také spojovány s bílou skvrnitostí u různých plemen mléčného skotu a jiných druhů (tabulka 1, doplňkové soubory 2 a 3).

Nalezli jsme také předpokládané kandidátské vybrané oblasti, které mohly formovat masivní rohovinu u Ankole. Nejprve jsme vyhodnotili dříve popsanou kandidátskou variantu odpovědnou za přítomnost rohů u holštýnského plemene . Všechny vzorky Ankole vykazovaly genotyp G/G u BTA1:1390292G > A, což naznačuje, že Ankole následoval genotyp rohatého holštýnského skotu . Analýza nadreprezentace termínů genové ontologie (GO) (doplňkový soubor 4) ukazuje, že Ankole má zvýšený počet kategorií GO zapojených do signální dráhy fibroblastového růstového faktoru (FGF) (MAP3K5, PPP2R2C, FGF18 a FRS3, P00021) a vývoje kosterního systému ACVRL1, CASR, TLX3, ACVR1B a RUNX3, GO:0001501). Ani jeden z těchto termínů nebyl obohacen z pozitivně vybraných genů u žádného jiného afrického skotu, což naznačuje, že mohou být proto spojeny s extrémním vývojem rohoviny pozorovaným u tohoto plemene. Roh je výrůstek čelní kosti pokrytý tuhým obalem z modifikovaného epitelu, pocházejícího z kožního a podkožního vaziva . Signální dráha FGF zahrnuje FGF18 (XP-CLR = 182.3), který je zodpovědný za diferenciaci osteoblastů během vývoje kalvariální kosti a je spojen s proliferací chondrocytů u myší. Tyto geny společně mohou být základem odlišné morfologie rohoviny Ankole oproti ostatním druhům skotu.

Přizpůsobení afrického skotu výzvám klíšťat

Africká plemena skotu se vyvinula tak, aby se přizpůsobila drsným podmínkám prostředí, které panují v celé subsaharské Africe, jako jsou tropické nemoci hospodářských zvířat, vysoká sluneční radiace a teplota, sucho a špatné výživové podmínky . Tyto environmentální podmínky převládají v celé subsaharské Africe a lze očekávat, že signál pozitivní selekce bude společný pro všechna africká plemena. Za účelem prozkoumání této skutečnosti byla všechna africká plemena zkombinována a porovnána s komerčními plemeny za účelem identifikace společných a jedinečných afrických genomových specifických znaků selekce. Při tomto srovnání odhalily analýzy XP-CLR a XP-EHH odlehlá okna (horních 0,5 %) s 252 geny (doplňkové soubory 2 a 3). Mezi nimi jsme našli oblast zahrnující gen pro bovinní lymfocytární antigen (BOLA, XP-EHH = 1,19, XP-CLR = 110,1). Při podrobném zkoumání této oblasti jsme identifikovali šest bloků haplotypů BOLA, kde hlavní haplotypy afrického skotu odpovídají kontrastním nebo minoritním haplotypům u komerčního skotu (doplňkový soubor 1: obrázek S9). Alely BOLA-DRB3 vykazovaly souvislost s odolností vůči napadení klíšťaty (Boophilus microplus) u skotu . Komplex bovinních lymfocytárních antigenů je v posledních 30 letech intenzivně studován pro svůj význam v imunitě hostitele . Většina studií se zaměřila na ostatní členy rodiny BOLA a jejich význam pro parazitární onemocnění, a tak objasnění funkce tohoto genu BOLA u afrického skotu může odhalit mechanismy stojící za interakcí mezi komplexem BOLA a vrozenou imunitou proti několika důležitým tropickým parazitárním onemocněním, jako je horečka východního pobřeží .

Tolerance k teplu u afrického skotu

Pro identifikaci genomických oblastí zodpovědných za termoregulaci u afrického skotu jsme vybrali a priori kandidátní geny pomocí 13 dříve identifikovaných oblastí kvantitativních znaků tolerance k teplu (QTL) a 18 proteinů tepelného šoku. Žádná z těchto oblastí nebyla podpořena našimi společnými metrikami XP-EHH a XP-CLR. Poté jsme analyzovali strukturu haplotypové homozygotnosti u afrického skotu ve srovnání s evropským a asijským taurinem (komerční plemena vyšlechtěná v oblastech mírného pásma). V souladu s našimi předchozími výsledky jsme zjistili, že sdílení haplotypů je u komerčních plemen mnohem rozsáhlejší, pokud byly zkoumány náhodné genomické oblasti (Additional file 1: Figure S10). Pokud se však podíváme na kandidátské oblasti u afrických plemen ve srovnání s komerčními, pozoruhodně dlouhé haplotypy jsou sdíleny napříč africkým skotem v rámci jednoho z QTL tolerance k teplu (BTA22, 10,03-11,0 Mb) (obr. 5a) a v jednom z proteinů tepelného šoku, heat shock 70 kDa protein 4 (HSPA4) (Additional file 1: Figure S11), což svědčí o selektivních záchytech pro toleranci k teplu v této oblasti. Buněčná tolerance k tepelnému stresu je zprostředkována rodinou proteinů tepelného šoku. Protein tepelného šoku 70 se vyznačuje tím, že podporuje ochranu buněk před tepelným poškozením a zabraňuje denaturaci proteinů . Bylo zjištěno, že míra sdílení haplotypů v těchto dvou oblastech je u afrického skotu B. indicus rozsáhlejší než u plemene N’Dama, což je v souladu s předchozí zprávou, že plemena zebu jsou schopna lépe regulovat tělesnou teplotu v reakci na tepelný stres . Zde identifikovaná oblast QTL tolerance k teplu je dále podpořena četnými známkami pozitivní selekce v rámci populací B. indicus, které vykazují zvýšenou vazebnou nerovnováhu a vysokou populační divergenci (Fst) ve srovnání s taurskými plemeny (obr. 5a).

Zjistili jsme také silný signál pro pozitivní selekci u genu pro superoxiddismutázu 1 (SOD1, XP-CLR = 333,3) (doplňkový soubor 3) jak při porovnání afrických versus komerčních plemen, tak při porovnání B. indicus versus komerčních plemen. Okado-Matsumoto a Fridovich ukázali, že vazba proteinů tepelného šoku na mutantní formy proteinů hojně se vyskytujících v motorických neuronech, jako je SOD1, znemožňuje proteinům tepelného šoku jejich antiapoptotické funkce. Vzhledem k tomu, že skot B. indicus je lépe adaptován na vyšší okolní teplotu a selekční signál byl silnější u B. indicus, bylo provedeno další srovnání pouze mezi B. indicus a komerčními plemeny. Funkční anotace variant nacházejících se v tomto genu identifikovala missense mutaci (p.Ile95Phe) v exonu 3 SOD1 pouze u populace B. indicus. Tato nesynonymní mutace, na rozdíl od vzorce pozorovaného u komerčních plemen, dosáhla v populacích zebu téměř fixace (95 %) (obr. 5b). Tyto výsledky naznačují, že variace v genu SOD1 mohou hrát důležitou roli v pozorovaných vlastnostech tepelné tolerance afrického skotu.

Nedávná studie rozšířila záběr klasické biologie prolaktinu . Ukazuje, že signální dráha prolaktinu se podílí nejen na laktaci, ale má také vliv na morfologii srsti a fenotypy termoregulace u převážně taurinového senepolského skotu. To je s největší pravděpodobností zprostředkováno dvěma vzájemnými mutacemi v genech pro prolaktin (PRL) a jeho receptor (PRLR) . Při analýze všech afrických plemen skotu dohromady ve srovnání s komerčními plemeny byl zjištěn významný selekční signál, silnější, pokud se zkoumá pouze B. indicus (tabulka 1), v oblasti genu pro hormon uvolňující prolaktin (PRLH, XP-EHH = 1,49), který stimuluje uvolňování prolaktinu a reguluje expresi prolaktinu. Dále jsme zjistili, že jeden nesynonymní SNP v exonu 2, který kóduje záměnu p.Arg76His, je vysoce konzervovaný v populaci skotu B. indicus (73 %) a chybí v komerčním taurinu (Additional file 1: Figure S12). Tyto výsledky společně naznačují, že mutace PRLH může poskytovat selektivní výhodu v regulaci exprese prolaktinu, která by mohla souviset s termotolerancí afrického skotu, zejména u B. indicus.

Naše GO analýza (doplňkový soubor 4) odhalila nejvýznamnější obohacení signalizace Wnt (P00057) a také drah zapojených do regulace kožního průtoku krve: signální dráha endotelinu (P00019) a signální dráha zprostředkovaná histaminovým receptorem H1 (P04385). Termoregulační kontrola průtoku krve kůží je životně důležitá pro udržení normální tělesné teploty během problémů s tepelnou homeostázou a konkrétně zvýšení průtoku krve kůží během zahřívání těla obsahuje složku histaminového receptoru H1 . Tyto dráhy se mohou u afrického skotu rychle vyvíjet, což by mohlo vysvětlit jejich zcela odlišný stupeň termotolerance na buněčné a fyziologické úrovni ve srovnání s plemeny skotu mírného pásma

.