Il paesaggio genomico del bestiame africano indigeno

Sequencing, assemblaggio e identificazione di polimorfismi a singolo nucleotide

I genomi individuali di 48 bovini africani indigeni (Boran, Ogaden, Kenana, Ankole e N’Dama) sono stati generati con una copertura di ~11 X ciascuno e sono stati genotipizzati insieme ai genomi pubblicamente disponibili di razze bovine commerciali (Angus, Jersey, Holstein e Hanwoo) (Fig. 1a, file aggiuntivo 1: nota S1, tabella S1). Queste razze comprendono Bos indicus (Boran, Ogaden, e Kenana), Bos taurus africano (N’Dama), Bos taurus europeo-asiatico, e sanga (Ankole, incrocio tra taurina e zebù) . In totale, sono state generate 6,50 miliardi di letture o ~ 644 Gbp di sequenze. Utilizzando Bowtie 2 , le letture sono state allineate alla sequenza del genoma di riferimento di taurina UMD 3.1 con un tasso di allineamento medio del 98,84% che ha coperto il 98,56% del genoma di riferimento (file aggiuntivo 1: Tabella S2). Concordando con l’analisi precedente di zebù Nellore, il tasso di allineamento complessivo dei campioni africani di B. indicus al genoma di riferimento UMD 3.1 è stato trovato comparabile a quello ottenuto per i campioni africani di taurina (file aggiuntivo 1: Tabella S2). Dopo aver filtrato i potenziali duplicati della PCR e corretto i disallineamenti dovuti alla presenza di INDEL, abbiamo rilevato i polimorfismi a singolo nucleotide (SNPs) utilizzando GATK 3.1 . Diversi passaggi di filtraggio per ridurre al minimo il numero di chiamate false-positive sono stati applicati prima di utilizzare i candidati SNPs in ulteriori analisi. In particolare, gli SNP sono stati rimossi in base ai seguenti criteri: punteggio di qualità scalato dal phred, qualità della mappatura, profondità di qualità e valore P scalato dal phred (vedi “Metodi”). Un totale di ~37 milioni di SNPs sono stati infine conservati e gli SNPs specifici della razza sono stati identificati usando SnpSift (Fig. 1b, Additional file 1: Table S3). Il DNA genomico di 45 campioni africani è stato inoltre genotipizzato utilizzando il BovineSNP50 Genotyping BeadChip (Illumina, Inc.) per valutare la precisione della chiamata SNP dai dati di risequenziamento. Abbiamo osservato ~ 95% di concordanza complessiva del genotipo, tra il BovineSNP50 Genotyping BeadChip SNPs e il ri-sequenziamento risultati attraverso i campioni, fornendo fiducia sulla precisione della chiamata SNP (Additional file 1: Tabella S4).

Diversità del genoma africano e relazioni

Polimorfismi a singolo nucleotide

La figura 1b illustra il numero di SNP presenti in ogni razza, compresi quelli specifici della razza, con numeri forniti nel file aggiuntivo 1: tabella S5. Guardando le diverse stirpi di bovini, il maggior numero di SNPs si trova nel bestiame zebù (Boran, Kenana, Ogaden), dove la grande maggioranza degli SNPs sono omozigoti in tutte e tre le razze che rappresentano le candidate varianti specifiche della stirpe zebù africana. La maggior parte (65,13%) degli SNP erano presenti nelle regioni intergeniche. I restanti SNP si trovavano a monte (3,90%) e a valle (3,96%) della struttura di lettura aperta, negli introni (26,0%) e nelle regioni non tradotte (UTR, 0,240%). Gli esoni contenevano lo 0,69% del totale degli SNPs con 115.439 mutazioni missense e 1336 nonsense (Additional file 1: Table S5).

La diversità nucleotidica misura il grado di polimorfismo all’interno di una popolazione ed è definita come il numero medio di differenze nucleotidiche per sito tra due sequenze di DNA scelte a caso dalla popolazione campione. Su una scala di finestra genomica di 10 Mb, le razze commerciali europee mostrano livelli ridotti di diversità nucleotidica rispetto a tutte le razze indigene africane (Fig. 2d). Qui, il livello ridotto di diversità nucleotidica a livello dell’intero genoma è previsto ed è probabilmente il risultato di un’intensa selezione artificiale nel corso delle generazioni e/o della deriva genetica seguita da una storia demografica caratterizzata da una bassa dimensione effettiva della popolazione. È interessante notare che i N’Dama mostrano anche una diversità genetica relativamente bassa, forse un’eredità di una dimensione effettiva iniziale della popolazione bassa e/o di un collo di bottiglia della popolazione in seguito a sfide di malattie. La diversità nucleotidica è la più alta tra gli zebù africani (Boran, Ogaden, Kenana) e la sanga Ankole. Queste sono razze taurine × zebù miste con una dimensione di popolazione effettiva relativamente grande. La diversità nucleotidica relativamente alta nella Hanwoo commerciale può riflettere una storia di selezione più debole, mirata e più breve rispetto ad altre razze commerciali.

Struttura della popolazione e relazioni

Abbiamo eseguito l’analisi delle componenti principali (PCA) dei dati del genotipo autosomico SNPs (Fig. 2a) usando EIGENSTRAT . L’analisi ignora l’appartenenza alla razza, ma rivela comunque chiare strutture di razza, poiché i campioni della stessa razza si raggruppano insieme. Le prime due PC, che spiegano rispettivamente il 16,0% e il 3,4% della variazione totale, separano le razze africane da quelle non africane, con il bestiame Ankole in una posizione intermedia. La PCA basata su campioni africani, commerciali e taurini separatamente (file aggiuntivo 1: Figura S1) non mostra alcuna prova di commistione tra le razze o la presenza di animali outlier all’interno delle razze.

Per comprendere ulteriormente il grado di commistione nelle popolazioni, abbiamo usato STRUCTURE su un sottoinsieme di SNPs campionato a caso (~20.000 SNPs). Abbiamo aumentato K da 1 a 9, dove K è il numero presunto di popolazioni ancestrali (Fig. 2b e Additional file 1: Figura S2). L’analisi ha suggerito K = 2 come il numero più probabile di gruppi geneticamente distinti all’interno dei nostri campioni (Fig. 2b), riflettendo la divergenza di taurini e zebù nella popolazione bovina. A K = 3, Ankole ha mostrato una chiara evidenza di eterogeneità genetica con ascendenza genetica condivisa con africani (N’Dama), zebù asiatici, e commerciale (Holstein, Jersey, Angus, Hanwoo) fondo genetico taurino. Valori crescenti di K indicavano livelli più alti di omogeneità di razza nella popolazione commerciale rispetto alle razze di zebù africane. Inoltre, un albero neighbor-joining (Fig. 2c) separa ogni razza in un proprio clade separato. Le razze europee si raggruppano insieme, poi con la Hanwoo e la N’Dama. Allo stesso modo, tutte le razze africane di zebù si raggruppano insieme e gli animali Ankole si trovano in una posizione intermedia tra zebù e N’Dama.

Storia demografica ed eventi migratori

La variazione della dimensione effettiva della popolazione nel tempo è mostrata in Fig. 3a e nel file aggiuntivo 1: Figura S3. N’Dama sembra aver subito un declino della popolazione più forte rispetto alle altre popolazioni africane. Questa osservazione è compatibile con un collo di bottiglia iniziale della popolazione dopo l’arrivo e l’adattamento della popolazione ancestrale nell’ambiente tropicale sub-umido e umido dell’Africa occidentale. Queste popolazioni di bovini dell’Africa occidentale sono state sottoposte in tempi recenti a nuove pressioni ambientali che impongono forti vincoli adattativi (ad esempio, nuovi patogeni compresi i parassiti). Inoltre, le stime di Ogaden e Kenana mostrano un leggero aumento della dimensione della popolazione intorno a 1000 anni fa, che corrisponde al tempo della prima ondata di arrivo degli zebù attraverso il Corno del continente. Tutti condividono un comune declino della popolazione a partire da circa 10.000 BP, una probabile conseguenza degli eventi di addomesticamento neolitico.

Abbiamo poi ricostruito l’albero di massima verosimiglianza (Fig. 3b) e la matrice dei residui (Additional file 1: Figura S4) delle nove razze utilizzando Treemix per affrontare le relazioni della storia della popolazione e per identificare coppie di popolazioni che sono correlate tra loro indipendentemente da quello catturato da questo albero. Aggiungendo sequenzialmente eventi di migrazione all’albero, abbiamo trovato che un bordo di migrazione dedotto produce un albero con i residui più piccoli e quindi si adatta meglio ai dati (Additional file 1: Figura S4). Abbiamo osservato un bordo di migrazione statisticamente significativo (P < 2.2E-308) con un peso stimato di 11,4%; questo bordo fornisce la prova del flusso genico da B. taurus europeo (rappresentato qui da Jersey, Holstein e Angus) in Ankole. Negli ultimi anni, i bovini Ankole sono stati sempre più incrociati con razze taurine, tra cui i bovini Holstein, introdotti per la prima volta in Uganda 50 anni fa.

L’adattamento dei bovini africani agli stress ambientali e alla selezione umana

Abbiamo confrontato i genomi delle razze bovine africane per identificare all’interno di ogni razza le firme della selezione positiva in seguito alle pressioni di selezione ambientale e umana. In contrasto con i dati del chip SNP, dove la diversità è sovrastimata nei lignaggi taurini e sottostimata nei lignaggi indicini, il sequenziamento del genoma intero può superare questo limite di bias di accertamento per consentire correttamente le analisi della popolazione di entrambe le popolazioni e per identificare gli obiettivi delle selezioni in B. indicus africano pure. In particolare, abbiamo esaminato l’omozigosi estrema dell’aplotipo e la differenziazione della frequenza allelica su regioni collegate estese utilizzando l’omozigosi estesa dell’aplotipo cross-popolazione (XP-EHH) e il likelihood ratio composito cross-popolazione (XP-CLR). Considerando la stretta distanza genetica tra i B. indicus africani (file aggiuntivo 1: tabella S6), le razze bovine N’Dama e Ankole sono state confrontate separatamente con tutte le altre razze africane per l’identificazione delle firme specifiche delle razze africane. XP-EHH mantiene la potenza con una piccola dimensione del campione (solo dieci campioni). Inoltre, quando le stime di distanza genetica (F ST ) tra coppie di popolazioni sono maggiori o vicine a 0,05, come nelle nostre analisi (file aggiuntivo 1: Tabella S6), meno di 20 individui per popolazione dovrebbe essere sufficiente per l’analisi di differenziazione della popolazione. Per consentire il confronto delle regioni genomiche tra le popolazioni, abbiamo diviso il genoma in segmenti non sovrapposti di 50 Kb. Le regioni outlier (il top 0,5% delle statistiche XP-EHH o XP-CLR) sono state considerate come regioni candidate specifiche della razza per ulteriori analisi (aplotipi e polimorfismi). Le distribuzioni dei valori XP-EHH e XP-CLR grezzi di ogni confronto e la densità SNP in ogni finestra non sovrapposta di 50 kb sono fornite nel file aggiuntivo 1: Figure S5-S7.

L’adattamento di N’Dama alla sfida del tripanosoma

Abbiamo innanzitutto studiato come la tolleranza alla sfida del tripanosoma possa aver influito sul genoma dei bovini africani. I tripanosomi africani sono parassiti protozoi extracellulari che causano gravi malattie nell’uomo (malattia del sonno) e negli animali domestici (nagana); circa 60 milioni di persone e 50 milioni di bovini vivono a rischio di infezione da tripanosoma. Tra le poche razze bovine africane indigene “tripanotolleranti”, la N’Dama dell’Africa occidentale è quella meglio caratterizzata, mentre i “nuovi arrivati” B. indicus sono generalmente molto suscettibili alla tripanosomosi. Abbiamo quindi confrontato il genoma del N’Dama con tutte le altre razze bovine africane.

Le finestre di outlier dall’analisi XP-EHH e XP-CLR includono rispettivamente 124 e 106 geni, 28 dei quali erano comuni a entrambe le analisi (Tabella 1, file aggiuntivi 2 e 3). Questa sovrapposizione relativamente modesta è probabilmente il risultato della differenza di potenza tra i test progettati per rilevare le regioni interessate da spazzate selettive complete (XP-EHH) o incomplete (XP-CLR).

Tra questi, abbiamo trovato HCRTR1 (XP-CLR = 597.3) che codifica per il recettore A dell’ipocretina (Fig. 4), che appartiene alla sottofamiglia di classe I all’interno della superfamiglia dei recettori accoppiati a G ed è accoppiato alla mobilitazione di Ca2+. Le ipocretine sono prodotte da un piccolo gruppo di neuroni nelle aree ipotalamiche laterali e periforniche e sono coinvolte nel controllo del comportamento alimentare dei mammiferi. Rispetto ad altri bovini africani, N’Dama mostrano quasi pura omozigosi aplotipo alla regione HCRTR1 e rileviamo anche sette varianti non sinonimi nel gene (Fig. 4b) (file aggiuntivo 1: Tabella S7). Numerosi studi indicano che il polimorfismo all’interno dei geni ipocretina sono associati con alterazioni nei comportamenti di alimentazione e bere. In particolare, orexin-A, ligandi endogeni per il recettore accoppiato alla proteina G, stimolato il consumo di cibo, e orexin RNA messaggero è upregolato dal digiuno. Questi studi indipendenti indicano che le ipocretine hanno un ruolo importante nella regolazione dell’alimentazione. Può spiegare la capacità superiore di N’Dama per mantenere il peso corporeo e resistere svogliatezza e cachessia dopo l’infezione da tripanosoma.

I bovini N’Dama raggiungono la tripanotolleranza con almeno due caratteristiche aggiuntive: la capacità di resistere all’anemia e di controllare la proliferazione del parassita. L’anemia è il segno clinico più prominente e coerente dell’infezione da Trypanosoma ed è il principale indicatore per il trattamento. Abbiamo trovato cinque geni all’interno di regioni del genoma putativamente selezionati positivamente (finestre outlier) che sono associati con l’anemia (SLC40A1, STOM, SBDS, EPB42, e RPS26). L’esportatore di ferro SLC40A1 (XP-EHH = 3.32, XP-CLR = 831.1) è essenziale per l’omeostasi del ferro ed è quindi legato all’anemia da carenza di ferro. Questo gene mostra una riduzione locale della diversità nucleotidica e un modello di aplotipo esteso (Fig. 4c). In particolare, abbiamo trovato un aplotipo SLC40A1 fisso in N’Dama, con frequenza del 24% e 58% in altri bovini africani e razze commerciali, rispettivamente, sostenendo fortemente la selezione al gene (Fig. 4d, e). Stomatina (STOM, XP-CLR = 525.0) è un gene che prende il nome da una rara anemia emolitica umana, e codifica una proteina integrale di membrana di 31 kDa. Le mutazioni nei geni SBDS (XP-EHH = 2.91) EPB42 (XP-CLR = 511.1) sono responsabili dell’anemia ipocromica e dell’anemia emolitica ereditaria, rispettivamente, mentre le mutazioni al gene RPS26 (XP-CLR = 562.8) sono state identificate in pazienti con anemia Diamond-Blackfan. In particolare, SNPs missenso cambiato aminoacidi nelle proteine STOM (p.Met48Val) e EPB42 (p.Arg503His). Entrambe queste varianti alleliche sono completamente fissate nei bovini N’Dama in contrasto con tutte le altre razze (Fig. 4f e g).

I geni selezionati positivamente in N’Dama erano significativamente (P < 0.05) sovrarappresentati in “I-kappaB kinase/NF-kappaB cascade” (GO:0007249, file addizionale 4). Il fattore di trascrizione fattore nucleare-kappaB (NF-kB) è centrale per la risposta immunitaria innata e acquisita agli agenti patogeni microbici, coordinando le risposte cellulari alla presenza dell’infezione. Infatti, sulla base dell’evidenza molecolare che il Trypanosoma cruzi attiva NF-kB in un certo numero di cellule, NF-kB è stato suggerito come un determinante della sopravvivenza intracellulare e del tropismo dei tessuti di T. cruzi, che causa la malattia del sonno umana. Questi studi possono suggerire che i geni coinvolti nella cascata di NF-kB hanno subito una selezione positiva in N’Dama per alterare le funzioni per regolare efficacemente l’infezione del tripanosoma bovino. Abbiamo anche trovato un segnale significativo al recettore dell’interleuchina 1-like 2 (IL1RL2) in accordo con l’osservazione che la risposta iniziale del sistema immunitario dell’ospite all’infezione da tripanosomi include l’attivazione dei macrofagi che secernono molecole pro-infiammatorie come IL-1 . In particolare, è stato precedentemente segnalato che T. brucei infezioni risultato in aumento della secrezione di IL-1.

L’impatto della selezione umana sul genoma Ankole

Nella Ankole rispetto a tutti gli altri bovini africani confronti, abbiamo identificato 187 geni all’interno delle finestre genoma outlier (Tabella 1, file aggiuntivi 2 e 3). Le regioni genomiche putativamente selezionate includono loci candidati che hanno funzioni biologiche legate al colore del mantello: recettore della melanocortina 1 (MC1R) (XP-CLR = 295.0) e KIT (XP-EHH = 1.80), entrambi supportati da analisi di condivisione dell’aplotipo che mostrano un alto livello di omozigosi dell’aplotipo all’interno della razza (file aggiuntivo 1: Figura S8). I bovini Ankole sono caratterizzati dalle loro corna bianche massicce e dal colore del mantello prevalentemente rosso. I risultati sono in accordo con i rapporti precedenti che le mutazioni in MC1R generare rosso (o castagna) colori del mantello in varie specie tra cui bovini, cavalli, topi e cani. Il prodotto di KIT è probabilmente coinvolto nella macchiatura bianca del cappotto, non solo nei bovini ma anche in altri mammiferi addomesticati. I nostri risultati sono coerenti con l’osservazione che mentre il colore del mantello di Ankole è prevalentemente rosso, è anche a volte bianco a macchie. È interessante notare che gli Holstein, noti anche per le loro macchie bianche e nere, condividono lo stesso aplotipo (Additional file 1: Figura S8) nella regione del gene KIT come quello osservato in Ankole, indicando un’origine comune dell’aplotipo nei lignaggi taurini africani ed europei e/o un recente incrocio di Ankole con bovini Holstein. Abbiamo anche trovato i geni MITF (XP-EHH = 1,90) e PDGFRA (XP-EHH = 2,56, XP-CLR = 319,3) all’interno delle regioni outlier; questi sono stati anche precedentemente associati alla maculatura bianca in varie razze di bovini da latte e altre specie (Tabella 1, file aggiuntivi 2 e 3).

Abbiamo anche trovato delle regioni candidate putative selezionate che potrebbero aver dato forma al corno massiccio in Ankole. Abbiamo inizialmente valutato una variante candidata precedentemente riportata responsabile della presenza di corna nella Holstein . Tutti i campioni di Ankole hanno mostrato il genotipo G/G a BTA1:1390292G > A indicando che Ankole ha seguito il genotipo dei bovini Holstein cornuti . L’analisi di sovra-rappresentazione dei termini dell’ontologia genica (GO) (file aggiuntivo 4) mostra che Ankole ha aumentato le categorie GO coinvolte nella via di segnalazione del fattore di crescita dei fibroblasti (FGF) (MAP3K5, PPP2R2C, FGF18, e FRS3, P00021) e lo sviluppo del sistema scheletrico ACVRL1, CASR, TLX3, ACVR1B, e RUNX3, GO:0001501). Nessuno dei due termini è stato arricchito da geni selezionati positivamente in qualsiasi altro bovino africano, indicando che possono quindi essere collegati all’estremo sviluppo del corno osservato nella razza. Il corno è un’escrescenza dell’osso frontale coperto da un duro guscio di epitelio modificato, derivato dal tessuto connettivo dermico e sottocutaneo. La via di segnalazione FGF include FGF18 (XP-CLR = 182.3), che è responsabile della differenziazione degli osteoblasti durante lo sviluppo dell’osso calvariale ed è associato alla proliferazione dei condrociti nel topo. Questi geni insieme potrebbero essere alla base della morfologia distintiva del corno di Ankole rispetto ad altri bovini.

L’adattamento del bestiame africano alle sfide delle zecche

Le razze bovine africane si sono evolute per adattarsi alle dure condizioni ambientali che prevalgono in tutta l’Africa sub-sahariana come le malattie tropicali del bestiame, l’alta radiazione solare e la temperatura, la siccità e le cattive condizioni nutrizionali. Queste condizioni ambientali prevalgono in tutta l’Africa sub-sahariana e un segnale di selezione positiva potrebbe essere comune a tutte le razze africane. Per indagare su questo, tutte le razze africane sono state combinate e confrontate con le razze commerciali per l’identificazione della firma comune e unica di selezione specifica del genoma africano. In questo confronto, le analisi XP-CLR e XP-EHH rivelano delle finestre fuori dal comune (top 0.5%) con 252 geni (file aggiuntivi 2 e 3). Tra questi, abbiamo trovato la regione che include il gene dell’antigene dei linfociti bovini (BOLA, XP-EHH = 1,19, XP-CLR = 110,1). Esaminando la regione in dettaglio abbiamo identificato sei blocchi di aplotipi BOLA in cui gli aplotipi maggiori dei bovini africani corrispondono agli aplotipi contrastanti o a quelli minori dei bovini commerciali (file aggiuntivo 1: Figura S9). Gli alleli di BOLA-DRB3 hanno mostrato un’associazione con la resistenza all’infestazione da zecche (Boophilus microplus) nel bestiame. Il complesso dell’antigene linfocitario bovino è stato ampiamente studiato negli ultimi 30 anni a causa della sua importanza nell’immunità dell’ospite. La maggior parte degli studi si sono concentrati su altri membri della famiglia BOLA e la loro rilevanza per le malattie parassitarie e quindi chiarire la funzione di questo gene BOLA nel bestiame africano può svelare i meccanismi dietro l’interazione tra il complesso BOLA e l’immunità innata contro diverse importanti malattie parassitarie tropicali come la febbre della costa orientale.

Tolleranza al calore nel bestiame africano

Per identificare le regioni genomiche responsabili della termoregolazione nel bestiame africano, abbiamo selezionato a priori i geni candidati utilizzando 13 regioni di tratti quantitativi di tolleranza al calore (QTL) precedentemente identificati e 18 proteine di shock termico. Nessuna di queste regioni è stata supportata dalla nostra metrica comune di XP-EHH e XP-CLR. Abbiamo quindi analizzato il modello di omozigosi degli aplotipi nel bestiame africano rispetto alla taurina europea e asiatica (razze commerciali sviluppate in aree temperate). Coerentemente con i nostri risultati precedenti, abbiamo trovato una condivisione di aplotipi molto più estesa nelle razze commerciali quando sono state esaminate regioni genomiche casuali (file aggiuntivo 1: Figura S10). Tuttavia, guardando le regioni candidate nelle razze africane rispetto a quelle commerciali, notevoli aplotipi a lungo raggio sono condivisi tra i bovini africani all’interno di uno dei QTL di tolleranza al calore (BTA22, 10.03-11.0 Mb) (Fig. 5a) e in una delle proteine da shock termico, la proteina 4 da shock termico 70 kDa (HSPA4) (Additional file 1: Figura S11), indicativa di spazzate selettive per la tolleranza al calore in questa regione. La tolleranza cellulare allo stress termico è mediata da una famiglia di proteine da shock termico. La proteina 70 dello shock termico è notevole per promuovere la protezione delle cellule contro i danni da calore e prevenire la denaturazione delle proteine. Il grado di condivisione dell’aplotipo in queste due regioni è stato notato essere più esteso nel bestiame africano B. indicus che nel N’Dama, il che è coerente con una precedente relazione che le razze zebù sono meglio in grado di regolare la temperatura corporea in risposta allo stress da calore. La regione QTL di tolleranza al calore qui identificata è ulteriormente supportata da più firme di selezione positiva all’interno delle popolazioni B. indicus che mostrano un elevato linkage-disequilibrio e un’alta divergenza di popolazione (Fst) rispetto alle razze taurine (Fig. 5a).

Abbiamo anche trovato un forte segnale di selezione positiva al gene della superossido dismutasi 1 (SOD1, XP-CLR = 333.3) (file aggiuntivo 3) sia nel confronto tra razze africane e razze commerciali che tra B. indicus e razze commerciali. Okado-Matsumoto e Fridovich hanno dimostrato che il legame delle proteine da shock termico a forme mutanti di proteine abbondanti nei motoneuroni, come SOD1, rende le proteine da shock termico non disponibili per le loro funzioni antiapoptotiche. Considerando che i bovini B. indicus sono meglio adattati a temperature ambientali più elevate, e che il segnale di selezione era più forte in B. indicus, ulteriori confronti sono stati fatti solo tra B. indicus e razze commerciali. L’annotazione funzionale delle varianti localizzate in questo gene ha identificato una mutazione missenso (p.Ile95Phe) nell’esone 3 di SOD1 solo nella popolazione B. indicus. Questa mutazione non sinonima, in contrasto con il modello osservato nelle razze commerciali, ha quasi raggiunto la fissazione (95%) nelle popolazioni di zebù (Fig. 5b). Questi risultati suggeriscono che le variazioni nel gene SOD1 possono svolgere un ruolo importante nei tratti di tolleranza al calore osservati bovini africani.

Un recente studio ha ampliato la portata della biologia classica della prolattina. Mostra che la via di segnalazione della prolattina è coinvolta non solo nella lattazione, ma ha anche un impatto sulla morfologia del pelo e sui fenotipi di termoregolazione nel bestiame prevalentemente taurina Senepol. Questo è molto probabilmente mediato da due mutazioni reciproche nei geni della prolattina (PRL) e del suo recettore (PRLR). Analizzando tutti i bovini africani insieme rispetto alle razze commerciali, un significativo segnale di selezione, più forte se si esamina solo B. indicus (Tabella 1), è stato trovato nella regione del gene dell’ormone di rilascio della prolattina (PRLH, XP-EHH = 1,49) che stimola il rilascio della prolattina e regola l’espressione della prolattina. Abbiamo poi osservato che un SNP non sinonimo nell’esone 2, che codifica una sostituzione p.Arg76His, è altamente conservato nella popolazione di bovini B. indicus (73%) e assente nella taurina commerciale (Additional file 1: Figura S12). Questi risultati insieme suggeriscono che la mutazione PRLH può conferire un vantaggio selettivo nella regolazione dell’espressione della prolattina che potrebbe essere legata alla termotolleranza nei bovini africani, soprattutto in B. indicus.

La nostra analisi GO (file aggiuntivo 4) ha rivelato l’arricchimento più significativo della segnalazione Wnt (P00057) così come le vie coinvolte nella regolazione del flusso sanguigno della pelle: via di segnalazione endotelina (P00019) e via di segnalazione mediata dal recettore dell’istamina H1 (P04385). Il controllo termoregolatorio del flusso sanguigno cutaneo è vitale per il mantenimento di temperature corporee normali durante le sfide all’omeostasi termica e, in particolare, l’aumento del flusso sanguigno cutaneo durante il riscaldamento del corpo contiene una componente del recettore dell’istamina H1. Questi percorsi potrebbero essere in rapida evoluzione nei bovini africani, il che potrebbe spiegare il loro grado completamente diverso di termotolleranza a livello cellulare e fisiologico rispetto alle razze bovine temperate.