Det oprindelige afrikanske kvægs genomlandskab

Sekventering, samling og identifikation af enkeltnukleotid-polymorfismer

Individuelle genomer af 48 oprindelige afrikanske (Boran, Ogaden, Kenana, Ankole og N’Dama) kvæg blev genereret til ~11 X dækning hver og blev genotypet i fællesskab med offentligt tilgængelige genomer af kommercielle kvægracer (Angus, Jersey, Holstein og Hanwoo) (Fig. 1a, Additional file 1: Note S1, Tabel S1). Disse racer omfatter Bos indicus (Boran, Ogaden og Kenana), afrikansk Bos taurus (N’Dama), europæisk-asiatisk Bos taurus og sanga (Ankole, krydsning mellem taurin og zebu) . I alt blev der genereret 6,50 milliarder læsninger eller ~644 Gbp sekvenser. Ved hjælp af Bowtie 2 blev læsningerne afstemt med taurinreferencegenomsekvensen UMD 3.1 med en gennemsnitlig afstemmelsesgrad på 98,84 %, der dækkede 98,56 % af referencegenomet (Additional file 1: Table S2). I overensstemmelse med tidligere analyser af zebu Nellore blev den samlede tilpasningsrate for de afrikanske B. indicus-prøver til referencegenomet UMD 3.1 fundet sammenlignelig med den, der blev opnået for de afrikanske taurinprøver (Yderligere fil 1: Tabel S2). Efter filtrering af potentielle PCR-duplikater og korrektion for fejljusteringer på grund af tilstedeværelsen af INDEL’er påviste vi enkeltnukleotidpolymorfismer (SNP’er) ved hjælp af GATK 3.1 . Flere filtreringstrin for at minimere antallet af falsk-positive kald blev anvendt, før vi brugte kandidat-SNP’er i yderligere analyser. Især blev SNP’er fjernet på grundlag af følgende kriterier: phred-skaleret kvalitetsscore, kortlægningskvalitet, kvalitetsdybde og phred-skaleret P-værdi (se “Metoder”). I alt ~37 millioner SNP’er blev i sidste ende tilbageholdt, og racespecifikke SNP’er blev identificeret ved hjælp af SnpSift (Fig. 1b, Additional file 1: Table S3). Det genomiske DNA fra 45 afrikanske prøver blev desuden genotypet ved hjælp af BovineSNP50 Genotyping BeadChip (Illumina, Inc.) for at evaluere nøjagtigheden af SNP-kaldet fra resekventeringsdataene. Vi observerede ~95 % generel genotypeoverensstemmelse mellem BovineSNP50 Genotyping BeadChip SNP’erne og re-seksekventeringsresultaterne på tværs af prøverne, hvilket giver tillid til SNP-kaldets nøjagtighed (Additional file 1: Table S4).

Afrikansk genomdiversitet og relationer

Single nucleotide polymorphisms

Figur 1b illustrerer antallet af SNP’er, der er til stede i hver race, herunder racespecifikke SNP’er, med numre angivet i Yderligere fil 1: Tabel S5. Hvis man ser på forskellige kvægstammer, findes det største antal SNP’er i zebukvæg (Boran, Kenana, Ogaden), hvor langt størstedelen af SNP’erne er homozygote på tværs af de tre racer, der repræsenterer kandidatvarianter af afrikanske zebukvægs-stammer, der er specifikke varianter. De fleste (65,13 %) af SNP’erne var til stede i intergeniske regioner. De resterende SNP’er var placeret opstrøms (3,90 %) og nedstrøms (3,96 %) i den åbne læseramme, i introner (26,0 %) og i utranslaterede regioner (UTR’er, 0,240 %). Exons indeholdt 0,69% af de samlede SNP’er med 115,439 missense- og 1336 nonsense-mutationer (Additional file 1: Table S5).

Nukleotiddiversitet måler graden af polymorfisme inden for en population, og den er defineret som det gennemsnitlige antal nukleotidforskelle pr. sted mellem to DNA-sekvenser, der vælges tilfældigt fra prøvepopulationen . På et genomdækkende vindue på 10 Mb viser de kommercielle europæiske racer et lavere niveau af nukleotiddiversitet sammenlignet med alle indfødte afrikanske racer (fig. 2d). Her er det reducerede niveau af nukleotiddiversitet på hele genomniveau forventeligt og er sandsynligvis et resultat af intensiv kunstig udvælgelse gennem generationer og/eller genetisk drift efterfulgt af en demografisk historie, der er kendetegnet ved en lav effektiv populationsstørrelse. Interessant nok udviser N’Dama også en relativt lav genetisk diversitet, hvilket måske er en arv fra en oprindelig lav effektiv populationsstørrelse og/eller fra en flaskehals i populationen efter sygdomsproblemer . Nukleotiddiversiteten er størst blandt de afrikanske zebu’er (Boran, Ogaden, Kenana) og Ankole sanga’erne. Der er tale om blandede taurin × zebu-racer med en relativt stor effektiv populationsstørrelse. Den relativt høje nukleotiddiversitet i den kommercielle Hanwoo kan afspejle en svagere, målrettet og kortere selektionshistorie sammenlignet med andre kommercielle racer .

Populationsstruktur og relationer

Vi udførte en hovedkomponentanalyse (PCA) af de autosomale SNP-genotypedata (Fig. 2a) ved hjælp af EIGENSTRAT . Analysen ignorerer racetilhørsforhold, men afslører ikke desto mindre klare racestrukturer, da prøver fra samme race grupperes sammen. De første to PC’er, der forklarer henholdsvis 16,0 % og 3,4 % af den samlede variation, adskiller afrikanske fra ikke-afrikanske racer med Ankole-kvæg i en mellemliggende position. PCA baseret på afrikanske, kommercielle og tauriske prøver separat (Additional file 1: Figur S1) viser ingen tegn på blanding mellem racer eller tilstedeværelsen af outlier-dyr inden for racerne.

For yderligere at forstå graden af blanding i populationerne anvendte vi STRUCTURE på en tilfældigt udtaget delmængde af SNP’er (~20.000 SNP’er). Vi øgede K fra 1 til 9, hvor K er det formodede antal forfædres populationer (Fig. 2b og Additional file 1: Figur S2). Analysen foreslog K = 2 som det mest sandsynlige antal genetisk adskilte grupper inden for vores prøver (Fig. 2b), hvilket afspejler divergensen mellem taurin- og zebukvæg i kvægpopulationen. Ved K = 3 viste Ankole klare beviser for genetisk heterogenitet med fælles genetisk forfædre med afrikansk (N’Dama), asiatisk zebu og kommerciel (Holstein, Jersey, Angus, Hanwoo) taurin genetisk baggrund. Stigende værdier af K indikerede højere niveauer af racehomogenitet i den kommercielle population sammenlignet med afrikanske zeburacer. Desuden adskiller et nabosammenføjningstræ (fig. 2c) hver race i sin egen separate klade. De europæiske racer grupperer sig sammen, derefter med Hanwoo og N’Dama. På samme måde klynger alle de afrikanske zeburacer sig sammen, og Ankole-dyrene findes i en mellemliggende position mellem zebu og N’Dama.

Demografisk historie og migrationsbegivenheder

Variation i den effektive populationsstørrelse gennem tiden er vist i fig. 3a og Additional file 1: Figur S3. N’Dama syntes at have lidt en stærkere befolkningsnedgang sammenlignet med de andre afrikanske populationer. Denne observation er forenelig med en indledende populationsflaskehals efter ankomsten og tilpasningen af den oprindelige population i det tropiske subhumide og fugtige vestafrikanske miljø. Disse vestafrikanske kvægpopulationer er i den seneste tid blevet udsat for nye miljømæssige belastninger, som har medført stærke tilpasningsbegrænsninger (f.eks. nye patogener, herunder parasitter) . Desuden viser skønnene for Ogaden og Kenana en lille stigning i populationsstørrelsen for omkring 1000 år siden, hvilket svarer til tidspunktet for den første bølge af zebuer, der ankom gennem kontinentets Horn . Alle har en fælles befolkningsnedgang, der begynder omkring 10 000 BP, hvilket sandsynligvis er en følge af domesticeringsbegivenheder i bondestenalderen .

Vi rekonstruerede derefter maximum likelihood-træet (Fig. 3b) og restmatrixen (Additional file 1: Figur S4) for de ni racer ved hjælp af Treemix for at behandle populationshistoriske relationer og for at identificere par af populationer, der er relateret til hinanden uafhængigt af det, der er indfanget af dette træ. Ved at tilføje sekventielle migrationsbegivenheder til træet fandt vi, at en udledt migrationskant giver et træ med de mindste residualer og dermed passer bedst til dataene (Additional file 1: Figur S4). Vi observerede en statistisk signifikant migrationskant (P < 2,2E-308) med en anslået vægt på 11,4 %; denne kant giver beviser for genstrømmen fra europæisk B. taurus (her repræsenteret ved Jersey, Holstein og Angus) til Ankole. I de seneste år er Ankole-kvæg i stigende grad blevet krydset med taurinracer, herunder Holstein-kvæg, som først blev introduceret til Uganda for 50 år siden .

Afrikansk kvægs tilpasning til miljøstress og menneskelig udvælgelse

Vi sammenlignede genomerne af afrikanske kvægracer for at identificere inden for hver race signaturer af positiv selektion efter miljømæssige og menneskelige selektionspres. I modsætning til SNP-chipdata, hvor diversiteten overvurderes i taurine-linjer og undervurderes i indicine-linjer , kan sekventering af hele genomet overvinde denne begrænsning af konstateringsbias for korrekt at muliggøre populationsanalyser af begge populationer og for at identificere mål for udvælgelser i afrikansk B. indicus også. Vi undersøgte især ekstrem haplotypehomozygotitet og allelfrekvensdifferentiering over udvidede forbundne regioner ved hjælp af udvidet haplotypehomozygotitet på tværs af populationer (XP-EHH) og det sammensatte sandsynlighedsforhold på tværs af populationer (XP-CLR) . I betragtning af den tætte genetiske afstand mellem afrikanske B. indicus (Additional file 1: Table S6) blev N’Dama- og Ankole-kvægracerne sammenlignet særskilt med alle andre afrikanske racer med henblik på identifikation af afrikanske racespecifikke signaturer. XP-EHHH bevarer sin styrke med en lille stikprøvestørrelse (så lavt som ti stikprøver) . Når estimaterne af den genetiske afstand (F ST ) mellem populationspar er større end eller tæt på 0,05, som i vores analyser (Additional file 1: Table S6), bør færre end 20 individer pr. population være tilstrækkeligt til analyse af populationsdifferentiering . For at muliggøre sammenligninger af genomiske regioner på tværs af populationer, opdelte vi genomet i ikke-overlappende segmenter på 50 Kb . Outlier-regioner (de øverste 0,5 % XP-EHH- eller XP-CLR-statistikker) blev betragtet som racespecifikke kandidatregioner til yderligere analyse (haplotyper og polymorphismer). Fordelingerne af rå XP-EHH- og XP-CLR-værdierne for hver sammenligning og SNP-tætheden i hvert ikke-overlappende 50-kb-vindue findes i Yderligere fil 1: Figurer S5-S7.

N’Dama’s tilpasning af N’Dama til trypanosomudfordring

Vi undersøgte først, hvordan tolerance over for trypanosomudfordring kan have påvirket genomet hos afrikansk kvæg. Afrikanske trypanosomer er ekstracellulære protozoer parasitter, der forårsager alvorlige sygdomme hos mennesker (sovesyge) og husdyr (nagana); ca. 60 millioner mennesker og 50 millioner kvæg lever i risiko for trypanosominfektion . Blandt nogle få “trypanotolerante” indfødte afrikanske kvægracer er den vestafrikanske N’Dama den bedst karakteriserede, mens den “nytilkomne” B. indicus generelt er meget modtagelig for trypanosomose . Vi sammenlignede derfor N’Dama-genomet med alle andre afrikanske kvægracer.

Outlier-vinduer fra XP-EHH- og XP-CLR-analyser omfatter henholdsvis 124 og 106 gener, hvoraf 28 var fælles for begge analyser (Tabel 1, Additional files 2 og 3). Denne relativt beskedne overlapning skyldes sandsynligvis forskellen i styrke mellem de tests, der er designet til at påvise regioner, der er påvirket af fuldstændige (XP-EHH) eller ufuldstændige selektive sweeps (XP-CLR).

I blandt disse fandt vi HCRTR1 (XP-CLR = 597.3), der koder for hypokretinreceptor A (Fig. 4), som hører til klasse I-underfamilien inden for superfamilien af G-koblede receptorer og er koblet til Ca2+-mobilisering. Hypokretiner produceres af en lille gruppe neuroner i de laterale hypothalamiske og periforniske områder, og de er involveret i kontrollen af pattedyrs ædeadfærd . Sammenlignet med andet afrikansk kvæg viser N’Dama næsten ren haplotypehomozygotitet i HCRTR1-regionen, og vi påviser også syv ikke-synonyme varianter i genet (Fig. 4b) (Additional file 1: Table S7). Talrige undersøgelser viser, at polymorfisme inden for hypokretingener er forbundet med ændringer i fodrings- og drikkeadfærd . Især orexin-A, endogene ligander for G-protein-koblet receptor, stimulerede fødeindtagelse, og orexin messenger RNA er opreguleret af faste . Disse uafhængige undersøgelser tyder på, at hypokretinerne spiller en vigtig rolle i reguleringen af fodring. Det kan forklare N’Dama’s overlegne evne til at opretholde kropsvægten og modstå sløvhed og afmagring efter trypanosominfektion .

N’Dama-kvæg opnår trypanotolerance med mindst to yderligere egenskaber: evnen til at modstå anæmi og til at kontrollere parasitforplantning . Anæmi er det mest fremtrædende og konsekvente kliniske tegn på Trypanosoma-infektion, og det er den vigtigste indikator for behandling . Vi fandt fem gener inden for genomregioner putativt positivt udvalgt (outlier-vinduer), der er forbundet med anæmi (SLC40A1, STOM, SBDS, EPB42 og RPS26). Jerneksportøren SLC40A1 (XP-EHH = 3,32, XP-CLR = 831,1) er afgørende for jernhomøostase, og den er derfor relateret til jernmangelanæmi . Dette gen viser en lokal reduktion i nukleotiddiversiteten og et udvidet haplotypemønster (fig. 4c). Især fandt vi en fast SLC40A1 haplotype i N’Dama med en frekvens på henholdsvis 24% og 58% i andre afrikanske kvæg- og kommercielle racer, hvilket kraftigt understøtter selektion på genet (Fig. 4d, e). Stomatin (STOM, XP-CLR = 525,0) er et gen opkaldt efter en sjælden menneskelig hæmolytisk anæmi , og det koder for et 31 kDa integralt membranprotein. Mutationer i generne SBDS (XP-EHH = 2,91) EPB42 (XP-CLR = 511,1) er ansvarlige for henholdsvis hypokrom anæmi og arvelig hæmolytisk anæmi , mens mutationer i genet RPS26 (XP-CLR = 562,8) er blevet identificeret hos patienter med Diamond-Blackfan-anæmi .

Vi screenede yderligere disse kandidatgener for ikke-synonyme mutationer, der repræsenterer putative funktionelle varianter. Navnlig ændrede missense SNP’er aminosyrer i STOM (p.Met48Val) og EPB42 (p.Arg503His) proteinerne. Begge disse allelvarianter er fuldstændig fikseret hos N’Dama-kvæg i modsætning til alle de andre racer (fig. 4f og g).

Gener, der var positivt udvalgt hos N’Dama, var signifikant (P < 0,05) overrepræsenteret i “I-kappaB kinase/NF-kappaB kaskade” (GO:0007249, Additional file 4). Transkriptionsfaktoren nuclear factor-kappaB (NF-kB) er central for det medfødte og erhvervede immunrespons på mikrobielle patogener, idet den koordinerer cellulære reaktioner på tilstedeværelsen af infektion. På baggrund af de molekylære beviser for, at Trypanosoma cruzi aktiverer NF-kB i en række celler, blev NF-kB foreslået som en determinant for den intracellulære overlevelse og vævstropisme af T. cruzi, som forårsager sovesyge hos mennesker . Disse undersøgelser kan tyde på, at gener, der er involveret i NF-kB-kaskaden, har været udsat for positiv udvælgelse hos N’Dama for at ændre deres funktioner med henblik på effektivt at regulere infektionen med trypanosomer hos kvæg. Vi fandt også et signifikant signal ved interleukin 1 receptor-lignende 2 (IL1RL2) i overensstemmelse med den observation, at værtens immunsystemets første reaktion på trypanosominfektion omfatter aktivering af makrofager, der udskiller proinflammatoriske molekyler såsom IL-1 . Især er det tidligere blevet rapporteret, at T. brucei-infektioner resulterer i en stigning i IL-1-sekretionen.

Indvirkningen af menneskelig udvælgelse på Ankole-genomet

I sammenligningerne mellem Ankole og alle andre afrikanske kvæg identificerede vi 187 gener inden for outlier-genomvinduerne (Tabel 1, Yderligere filer 2 og 3). De formodet udvalgte genomiske regioner omfatter kandidat loci, der har biologiske funktioner relateret til pelsfarve: melanocortin 1 receptor (MC1R) (XP-CLR = 295,0) og KIT (XP-EHH = 1,80), som begge understøttes af haplotype sharing analyse, der viser et højt niveau af haplotype homozygotitet inden for racen (Yderligere fil 1: Figur S8). Ankole-kvæg er kendetegnet ved deres massive hvide horn og overvejende røde pelsfarve . Resultaterne er i overensstemmelse med tidligere rapporter om, at mutationer i MC1R genererer røde (eller kastanjefarvede) pelsfarver hos forskellige arter, herunder kvæg, heste, mus og hunde . Produktet af KIT er sandsynligvis involveret i de hvide pletter i pelsen, ikke kun hos kvæg, men også hos andre domesticerede pattedyr . Vores resultater er i overensstemmelse med den observation, at mens pelsfarven hos Ankole overvejende er rød, er den også undertiden hvidplettet . Interessant nok har Holstein, der også er kendt for deres sort-hvide markeringer, den samme haplotype (Additional file 1: Figur S8) i KIT-genregionen som den, der er observeret hos Ankole, hvilket indikerer en fælles oprindelse af haplotypen i de afrikanske og europæiske taurin-linjer og/eller nyere krydsning af Ankole med Holstein-kvæg. Vi fandt også MITF- (XP-EHHH = 1,90) og PDGFRA- (XP-EHHH = 2,56, XP-CLR = 319,3) gener inden for udbryderregionerne; disse er tidligere også blevet associeret med hvide pletter hos forskellige malkekvægsracer og andre arter (Tabel 1, Yderligere filer 2 og 3).

Vi fandt også putative udvalgte kandidatregioner, der kan have formet det massive horn hos Ankole. Vi evaluerede i første omgang en tidligere rapporteret kandidatvariant, der er ansvarlig for tilstedeværelsen af horn hos Holstein . Alle Ankole-prøver viste genotypen G/G på BTA1:1390292G > A, hvilket indikerer, at Ankole fulgte genotypen for hornede Holstein-kvæg . Overrepræsentationsanalyse af gene ontologi (GO)-termer (Yderligere fil 4) viser, at Ankole har flere GO-kategorier, der er involveret i signalvejen for fibroblastvækstfaktor (FGF) (MAP3K5, PPP2R2C, FGF18 og FRS3, P00021) og udvikling af skeletsystemet (ACVRL1, CASR, TLX3, ACVR1B og RUNX3, GO:0001501). Ingen af disse termer var beriget med positivt udvalgte gener i andre afrikanske kvæg, hvilket indikerer, at de derfor kan være forbundet med den ekstreme hornudvikling, der er observeret hos racen. Horn er en udvækst af frontalknoglen, der er dækket af en hård skal af modificeret epitel, der stammer fra dermisk og subkutant bindevæv . FGF-signalvejen omfatter FGF18 (XP-CLR = 182,3), som er ansvarlig for differentiering af osteoblaster under udviklingen af kalvarialknogle og er forbundet med chondrocytproliferation hos mus. Disse gener kan tilsammen ligge til grund for den særlige morfologi af Ankole-horn i forhold til andre kvæg.

Afrikanske kvægs tilpasning til flåtudfordringer

Afrikanske kvægracer har udviklet sig til at tilpasse sig de barske miljøforhold, der er fremherskende i hele Afrika syd for Sahara, såsom tropiske husdyrsygdomme, høj solstråling og temperatur, tørke og dårlig ernæringstilstand . Disse miljøforhold er fremherskende i hele Afrika syd for Sahara, og et signal om positiv selektion kan forventes at være fælles for alle afrikanske racer. For at undersøge dette blev alle afrikanske racer kombineret og sammenlignet med de kommercielle racer med henblik på at identificere fælles og unikke afrikanske genomspecifikke selektionssignaturer. I denne sammenligning afslører XP-CLR- og XP-EHH-analyser udestående vinduer (de øverste 0,5 %) med 252 gener (Yderligere filer 2 og 3). Blandt disse fandt vi regionen, der omfatter genet bovin lymfocytantigen (BOLA, XP-EHHH = 1,19, XP-CLR = 110,1). Ved en nærmere undersøgelse af regionen identificerede vi seks BOLA-haplotypeblokke, hvor de vigtigste afrikanske kvæghaplotyper svarer til kontrasterende eller mindre vigtige haplotyper hos kommercielt kvæg (Yderligere fil 1: Figur S9). Alleler af BOLA-DRB3 viste en sammenhæng med resistens over for angreb af flåter (Boophilus microplus) hos kvæg . Det bovine lymfocytantigenkompleks er blevet undersøgt indgående i de sidste 30 år på grund af dets betydning for værtsimmuniteten . De fleste undersøgelser har fokuseret på andre medlemmer af BOLA-familien og deres relevans for parasitsygdomme, og en belysning af funktionen af dette BOLA-gen hos afrikansk kvæg kan således afdække mekanismerne bag interaktionen mellem BOLA-komplekset og den medfødte immunitet mod flere vigtige tropiske parasitsygdomme som f.eks. østkystfeber .

Varmetolerance hos afrikansk kvæg

For at identificere genomiske regioner, der er ansvarlige for termoregulering hos afrikansk kvæg, udvalgte vi på forhånd kandidatgener ved hjælp af 13 tidligere identificerede kvantitative karakteristiske loci (QTL) for varmetolerance og 18 varmechokproteiner. Ingen af disse regioner blev understøttet af vores fælles målinger af XP-EHHH og XP-CLR. Vi analyserede derefter mønsteret af haplotypehomozygotitet hos afrikansk kvæg sammenlignet med europæisk og asiatisk taurin (kommercielle racer udviklet i tempererede områder). I overensstemmelse med vores tidligere resultater fandt vi, at haplotypedeling var meget mere omfattende i de kommercielle racer, når tilfældige genomiske regioner blev undersøgt (Additional file 1: Figur S10). Hvis vi imidlertid ser på kandidatregionerne i afrikanske racer i sammenligning med de kommercielle racer, deles bemærkelsesværdige langtrækkende haplotyper på tværs af afrikansk kvæg inden for et af varmetolerance-QTL’erne (BTA22, 10,03-11,0 Mb) (Fig. 5a) og i et af varmechokproteinerne, heat shock 70 kDa protein 4 (HSPA4) (Yderligere fil 1: Figur S11), hvilket tyder på selektive sweeps for varmetolerance i denne region. Cellulær tolerance over for varmestress formidles af en familie af varmechokproteiner. Hedeshockprotein 70 er kendt for at fremme cellens beskyttelse mod varmeskader og forhindre denaturering af proteiner . Graden af haplotypedeling i disse to regioner blev konstateret at være mere omfattende hos B. indicus afrikansk kvæg end hos N’Dama, hvilket er i overensstemmelse med en tidligere rapport om, at zebu-racer er bedre i stand til at regulere kropstemperaturen som reaktion på varmestress . Varmetolerance QTL-regionen, der er identificeret her, understøttes yderligere af flere signaturer af positiv selektion inden for B. indicus-populationer, der viser forhøjet linkage-diskudjævnhed og høj populationsdivergens (Fst) sammenlignet med taurinracerne (Fig. 5a).

Vi fandt også et stærkt signal for positiv selektion ved superoxiddismutase 1 (SOD1, XP-CLR = 333,3)-genet (Additional file 3) i både afrikanske versus kommercielle racer og B. indicus versus kommercielle racer sammenligninger. Okado-Matsumoto og Fridovich har vist, at binding af varmechokproteiner til muterede former af proteiner, der forekommer hyppigt i motoriske neuroner, såsom SOD1, gør varmechokproteinerne utilgængelige for deres antiapoptotiske funktioner. I betragtning af at B. indicus-kvæg er bedre tilpasset højere omgivelsestemperaturer, og at selektionssignalet var stærkere hos B. indicus, blev der foretaget yderligere sammenligninger mellem B. indicus og kommercielle racer alene. Ved funktionel annotering af varianter i dette gen blev der identificeret en missense-mutation (p.Ile95Phe) i exon 3 af SOD1, som kun findes i B. indicus-populationen. Denne ikke-synonyme mutation har i modsætning til det mønster, der er observeret hos kommercielle racer, næsten nået fiksering (95 %) i zebupopulationerne (fig. 5b). Disse resultater tyder på, at variationer i SOD1-genet kan spille en vigtig rolle i varme tolerance egenskaber observeret afrikansk kvæg.

En nylig undersøgelse har udvidet omfanget af den klassiske prolaktinbiologi . Den viser, at prolaktinsignalvejen ikke kun er involveret i laktation, men også har en indvirkning på hårmorfologi og termoreguleringsfænotyper i det overvejende taurin Senepol-kvæg. Dette skyldes sandsynligvis to gensidige mutationer i generne for prolaktin (PRL) og dets receptor (PRLR) . Ved at analysere alle afrikanske kvæg samlet i forhold til kommercielle racer blev der fundet et signifikant selektionssignal, der er stærkere, hvis kun B. indicus undersøges (tabel 1), i genregionen for prolaktinfrigivende hormon (PRLH, XP-EHHH = 1,49), som stimulerer prolaktinfrigivelsen og regulerer ekspressionen af prolaktin. Vi observerede derefter, at en ikke-synonym SNP i exon 2, som koder for en p.Arg76His-substitution, er meget konserveret i B. indicus-kvægpopulationen (73 %) og fraværende i den kommercielle taurin (Additional file 1: Figur S12). Disse resultater tyder tilsammen på, at PRLH-mutationen kan give en selektiv fordel i reguleringen af prolaktinudtrykket, som kan være forbundet med termotolerancen hos afrikansk kvæg, især hos B. indicus.

Vores GO-analyse (Yderligere fil 4) afslørede den mest signifikante berigelse af Wnt-signalering (P00057) samt veje involveret i regulering af hudens blodgennemstrømning: endothelin-signalvejen (P00019) og histamin H1-receptormedieret signalvejen (P04385). Termoregulerende kontrol af hudens blodgennemstrømning er afgørende for opretholdelsen af normale kropstemperaturer under udfordringer for den termiske homøostase, og specifikt indeholder stigningen i hudens blodgennemstrømning under opvarmning af kroppen en H1-histaminreceptorkomponent . Disse veje kan være under hurtig udvikling hos afrikansk kvæg, hvilket kan forklare deres helt anderledes grad af termotolerance på cellulært og fysiologisk niveau sammenlignet med tempererede kvægracer.