Peisajul genomic al bovinelor africane indigene

Secvențiere, asamblare și identificare a polimorfismelor de un singur nucleotid

Genomurile individuale a 48 de bovine africane indigene (Boran, Ogaden, Kenana, Ankole și N’Dama) au fost generate la o acoperire de ~11 X fiecare și au fost genotipate împreună cu genomurile disponibile public ale raselor comerciale de bovine (Angus, Jersey, Holstein și Hanwoo) (Fig. 1a, Fișierul suplimentar 1: Nota S1, Tabelul S1). Aceste rase cuprind Bos indicus (Boran, Ogaden și Kenana), Bos taurus african (N’Dama), Bos taurus european-asiatic și sanga (Ankole, încrucișare între taurin și zebu) . În total, au fost generate 6,50 miliarde de citiri sau ~644 Gbp de secvențe. Folosind Bowtie 2 , citirile au fost aliniate la secvența de referință a genomului taurin UMD 3.1 cu o rată medie de aliniere de 98,84% care a acoperit 98,56% din genomul de referință (Fișier suplimentar 1: Tabelul S2). În concordanță cu analiza anterioară a zebu Nellore , rata globală de aliniere a probelor africane de B. indicus la genomul de referință UMD 3.1 a fost considerată comparabilă cu cea obținută pentru probele africane de taurine (Fișier suplimentar 1: Tabelul S2). După ce am filtrat potențialele duplicate PCR și am corectat alinierile eronate datorate prezenței INDEL-urilor, am detectat polimorfismele de un singur nucleotid (SNP) folosind GATK 3.1 . S-au aplicat mai multe etape de filtrare pentru a minimiza numărul de apeluri fals-pozitive înainte de a utiliza SNP-urile candidate în analizele ulterioare. În special, SNP-urile au fost eliminate pe baza următoarelor criterii: scorul de calitate la scară phred, calitatea cartografierii, adâncimea calității și valoarea P la scară phred (a se vedea „Metode”). În final, au fost reținute în total ~37 de milioane de SNP, iar SNP-urile specifice rasei au fost identificate cu ajutorul SnpSift (Fig. 1b, Fișierul suplimentar 1: Tabelul S3). ADN-ul genomic din 45 de probe africane a fost genotipat suplimentar cu ajutorul BovineSNP50 Genotyping BeadChip (Illumina, Inc.) pentru a evalua acuratețea identificării SNP din datele de resecvenție. Am observat o concordanță generală a genotipurilor de ~95 % între SNP-urile BovineSNP50 Genotyping BeadChip și rezultatele resecvențării în toate probele, ceea ce oferă încredere în acuratețea apelării SNP (Fișier suplimentar 1: Tabelul S4).

Diversitatea și relațiile genomului african

Primorfisme de un singur nucleotid

Figura 1b ilustrează numărul de SNP-uri prezente în fiecare rasă, inclusiv cele specifice rasei, cu numere furnizate în Fișierul suplimentar 1: Tabelul S5. Analizând diferitele linii de bovine, cel mai mare număr de SNP se regăsește la bovinele zebu (Boran, Kenana, Ogaden), unde marea majoritate a SNP-urilor sunt homozigote în cele trei rase, reprezentând variante candidate specifice liniei zebu africane. Cele mai multe (65,13%) dintre SNP-uri au fost prezente în regiunile intergenice. Restul SNP-urilor au fost localizate în amonte (3,90%) și în aval (3,96%) de cadrul de lectură deschis, în introni (26,0%) și în regiunile netranslatate (UTR, 0,240%). Exonii conțineau 0,69% din totalul SNP-urilor cu 115 439 de mutații missense și 1336 de mutații nonsens (Fișier suplimentar 1: Tabelul S5).

Diversitatea nucleotidică măsoară gradul de polimorfism în cadrul unei populații și este definită ca fiind numărul mediu de diferențe de nucleotide per situs între oricare două secvențe de ADN alese la întâmplare din populația eșantionului . Pe o scară de fereastră de 10 Mb la nivelul întregului genom, rasele comerciale europene prezintă niveluri reduse de diversitate nucleotidică în comparație cu toate rasele indigene africane (Fig. 2d). În acest caz, nivelul redus al diversității nucleotidelor la nivelul întregului genom este de așteptat și este probabil rezultatul unei selecții artificiale intensive de-a lungul generațiilor și/sau al unei derive genetice urmate de o istorie demografică caracterizată de o dimensiune efectivă scăzută a populației. În mod interesant, N’Dama prezintă, de asemenea, o diversitate genetică relativ scăzută, poate o moștenire a unei dimensiuni inițiale scăzute a populației efective și/sau a unui blocaj al populației ca urmare a provocărilor cauzate de boli . Diversitatea nucleotidelor este cea mai mare la zebu african (Boran, Ogaden, Kenana) și la Ankole sanga. Acestea sunt rase de taurine × zebu amestecate, cu o dimensiune efectivă a populației relativ mare. Diversitatea relativ ridicată a nucleotidelor în cazul rasei comerciale Hanwoo poate reflecta o istorie de selecție mai slabă, țintită și mai scurtă în comparație cu alte rase comerciale .

Structura și relațiile dintre populații

Am efectuat analiza componentelor principale (PCA) a datelor de genotip ale SNP-urilor autosomale (Fig. 2a) folosind EIGENSTRAT . Analiza ignoră apartenența la rasă, dar, cu toate acestea, relevă structuri clare ale rasei, deoarece eșantioanele din aceeași rasă se grupează împreună. Primele două PC, care explică 16,0 % și, respectiv, 3,4 % din variația totală, separă rasele africane de cele non-africane, cu bovinele Ankole pe o poziție intermediară. PCA bazată pe eșantioane africane, comerciale și taurine separat (Fișier suplimentar 1: Figura S1) nu arată nicio dovadă de amestec între rase sau prezența unor animale aberante în cadrul raselor.

Pentru a înțelege mai bine gradul de amestec în cadrul populațiilor, am folosit STRUCTURE pe un subset de SNP-uri eșantionate aleatoriu (~20.000 SNP-uri). Am crescut K de la 1 la 9, unde K este numărul presupus de populații ancestrale (Fig. 2b și Fișierul suplimentar 1: Figura S2). Analiza a sugerat K = 2 ca fiind cel mai probabil număr de grupuri distincte din punct de vedere genetic în cadrul eșantioanelor noastre (Fig. 2b), reflectând divergența dintre taurine și zebu în populația de bovine. La K = 3, Ankole a prezentat dovezi clare de eterogenitate genetică cu o ascendență genomică comună cu fondul genetic taurin african (N’Dama), zebu asiatic și comercial (Holstein, Jersey, Angus, Hanwoo). Valorile crescânde ale lui K au indicat niveluri mai ridicate de omogenitate a rasei în populația comercială în comparație cu rasele de zebu african. În plus, un arbore de îmbinare a vecinilor (Fig. 2c) separă fiecare rasă în propria sa cladă separată. Rasele europene se grupează împreună, apoi cu Hanwoo și N’Dama. În mod similar, toate rasele africane de zebu se grupează împreună, iar animalele Ankole se găsesc într-o poziție intermediară între zebu și N’Dama.

Historia demografică și evenimentele de migrație

Variația dimensiunii efective a populației de-a lungul timpului este prezentată în Fig. 3a și în fișierul suplimentar 1: Figura S3. N’Dama pare să fi suferit un declin mai puternic al populației în comparație cu celelalte populații africane. Această observație este compatibilă cu o gâtuire inițială a populației în urma sosirii și adaptării populației ancestrale în mediul tropical subumed și umed din Africa de Vest. Aceste populații de bovine din Africa de Vest au fost supuse în ultima vreme la noi presiuni de mediu care au impus constrângeri puternice de adaptare (de exemplu, noi agenți patogeni, inclusiv paraziți). În plus, estimările din Ogaden și Kenana arată o ușoară creștere a dimensiunii populației în urmă cu aproximativ 1000 de ani, ceea ce corespunde cu momentul primului val de sosire a zebușilor prin Cornul continentului . Toate împărtășesc un declin comun al populației începând cu aproximativ 10.000 BP, o consecință probabilă a evenimentelor de domesticire din neolitic .

Apoi am reconstruit arborele de maximă verosimilitate (Fig. 3b) și matricea reziduală (Fișier suplimentar 1: Figura S4) a celor nouă rase folosind Treemix pentru a aborda relațiile de istorie a populației și pentru a identifica perechile de populații care sunt înrudite între ele independent de cea capturată de acest arbore. Adăugând secvențial evenimente de migrație la arbore, am constatat că o singură margine de migrație dedusă produce un arbore cu cele mai mici reziduuri și, astfel, se potrivește cel mai bine datelor (Fișier suplimentar 1: Figura S4). Am observat o muchie de migrație semnificativă din punct de vedere statistic (P < 2,2E-308) cu o pondere estimată de 11,4 %; această muchie oferă dovezi pentru fluxul genetic de la B. taurus european (reprezentat aici de Jersey, Holstein și Angus) în Ankole. În ultimii ani, bovinele Ankole au fost din ce în ce mai mult încrucișate cu rasa taurină, inclusiv cu bovinele Holstein, care au fost introduse pentru prima dată în Uganda în urmă cu 50 de ani .

Adaptarea bovinelor africane la stresul de mediu și la selecția umană

Am comparat genomurile raselor de bovine africane pentru a identifica în cadrul fiecărei rase semnături de selecție pozitivă în urma presiunilor de selecție de mediu și umană. Spre deosebire de datele cu cipuri SNP, unde diversitatea este supraestimată în neamurile de taurine și subestimată în neamurile de indicine , secvențierea întregului genom poate depăși această limită a prejudecății de constatare pentru a permite în mod corespunzător analize populaționale ale ambelor populații și pentru a identifica țintele selecțiilor și la B. indicus african. În special, am examinat homozigozitatea extremă a haplotipurilor și diferențierea frecvenței alelelor în regiunile legate extinse, utilizând homozigozitatea extinsă a haplotipurilor între populații (XP-EHH) și raportul de verosimilitate compozit între populații (XP-CLR) . Având în vedere distanța genetică strânsă dintre B. indicus africane (Fișier suplimentar 1: Tabelul S6), rasele de bovine N’Dama și Ankole au fost comparate separat cu toate celelalte rase africane pentru identificarea semnăturilor specifice rasei africane. XP-EHH menține puterea cu o dimensiune mică a eșantionului (până la zece eșantioane) . În plus, atunci când estimările distanței genetice (F ST ) între perechile de populații sunt mai mari sau apropiate de 0,05, așa cum s-a întâmplat în analizele noastre (Fișier suplimentar 1: Tabelul S6), mai puțin de 20 de indivizi per populație ar trebui să fie suficiente pentru analiza diferențierii populațiilor . Pentru a permite compararea regiunilor genomice între populații, am împărțit genomul în segmente de 50 Kb care nu se suprapun . Regiunile aberante (primele 0,5 % din statisticile XP-EHH sau XP-CLR) au fost considerate a fi regiuni candidate specifice rasei pentru analize ulterioare (haplotipuri și polimorfisme). Distribuțiile valorilor brute XP-EHH și XP-CLR ale fiecărei comparații și densitatea SNP în fiecare fereastră de 50 Kb care nu se suprapune sunt furnizate în fișierul suplimentar 1: Figurile S5-S7.

Adaptarea N’Dama la provocarea tripanosomului

Am investigat mai întâi modul în care toleranța la provocarea tripanosomului ar fi putut avea un impact asupra genomului bovinelor africane. Tripanosomii africani sunt paraziți protozoari extracelulari care provoacă boli grave la om (boala somnului) și la animalele domestice (nagana); aproximativ 60 de milioane de oameni și 50 de milioane de bovine trăiesc la risc de infecție cu tripanosomi . Dintre cele câteva rase de bovine africane indigene „trypanotolerante”, N’Dama din Africa de Vest este cea mai bine caracterizată, în timp ce „noii veniți” B. indicus sunt, în general, foarte sensibili la tripanosomoză . Prin urmare, am comparat genomul N’Dama cu toate celelalte rase de bovine africane.

Fereșele aberante din analizele XP-EHH și XP-CLR includ 124 și, respectiv, 106 gene, dintre care 28 au fost comune ambelor analize (tabelul 1, fișierele suplimentare 2 și 3). Această suprapunere relativ modestă a rezultat, probabil, din diferența de putere dintre testele concepute pentru a detecta regiunile afectate de mături selective complete (XP-EHH) sau incomplete (XP-CLR).

Printre acestea, am găsit HCRTR1 (XP-CLR = 597.3) care codifică receptorul A al hipocretinei (Fig. 4), care aparține subfamiliei de clasă I din cadrul superfamiliei de receptori cuplați G și este cuplat la mobilizarea Ca2+. Hipocretinele sunt produse de un grup mic de neuroni din zonele hipotalamice laterale și periforice și sunt implicate în controlul comportamentului alimentar al mamiferelor . În comparație cu alte bovine africane, N’Dama prezintă o homozigozitate haplotipică aproape pură în regiunea HCRTR1 și am detectat, de asemenea, șapte variante nesinonime în genă (Fig. 4b) (Fișier suplimentar 1: Tabelul S7). Numeroase studii indică faptul că polimorfismul în cadrul genelor de hipocretină este asociat cu modificări ale comportamentelor de hrănire și băutură . În special, orexina-A, liganzii endogeni pentru receptorul cuplat cu proteina G, a stimulat consumul de alimente, iar ARN-ul mesager al orexinei este suprareglementat prin post . Aceste studii independente indică faptul că hipocretinele au un rol major în reglarea alimentației. Aceasta poate explica capacitatea superioară a N’Dama de a menține greutatea corporală și de a rezista la apatie și emaciere în urma infecției cu tripanosomi .

Vitele N’Dama ating tripanotoleranța cu cel puțin două caracteristici suplimentare: capacitatea de a rezista la anemie și de a controla proliferarea paraziților . Anemia este cel mai proeminent și consecvent semn clinic al infecției cu Trypanosoma și este principalul indicator pentru tratament . Am găsit cinci gene în regiunile genomului selectate pozitiv în mod presupus pozitiv (ferestre aberante) care sunt asociate cu anemia (SLC40A1, STOM, SBDS, EPB42 și RPS26). Exportatorul de fier SLC40A1 (XP-EHH = 3.32, XP-CLR = 831.1) este esențial pentru homeostazia fierului și, prin urmare, este legat de anemia feriprivă . Această genă prezintă o reducere locală a diversității nucleotidelor și un model de haplotip extins (Fig. 4c). În special, am găsit un haplotip SLC40A1 fix la N’Dama, cu o frecvență de 24% și, respectiv, 58% la alte bovine africane și rase comerciale, ceea ce susține puternic selecția la nivelul genei (Fig. 4d, e). Stomatina (STOM, XP-CLR = 525,0) este o genă numită după o anemie hemolitică umană rară , și codifică o proteină integrală de membrană de 31-kDa. Mutațiile în genele SBDS (XP-EHH = 2,91) EPB42 (XP-CLR = 511,1) sunt responsabile de anemia hipocromică și, respectiv, de anemia hemolitică ereditară , în timp ce mutațiile la gena RPS26 (XP-CLR = 562,8) au fost identificate la pacienții cu anemie Diamond-Blackfan .

Am analizat în continuare aceste gene candidate pentru mutații nesinonime reprezentând variante funcționale putative. În special, SNP-urile missense au schimbat aminoacizi în proteinele STOM (p.Met48Val) și EPB42 (p.Arg503His). Ambele variante alele acestor variante alele sunt complet fixate la bovinele N’Dama, spre deosebire de toate celelalte rase (Fig. 4f și g).

Genele selectate pozitiv la N’Dama au fost semnificativ (P < 0,05) suprareprezentate în „cascada I-kappaB kinază/NF-kappaB” (GO:0007249, Fișier suplimentar 4). Factorul de transcripție factorul nuclear-kappaB (NF-kB) este esențial pentru răspunsul imunitar înnăscut și dobândit la agenții patogeni microbieni, coordonând răspunsurile celulare la prezența infecției. De fapt, pe baza dovezilor moleculare conform cărora Trypanosoma cruzi activează NF-kB într-o serie de celule, NF-kB a fost sugerat ca fiind un factor determinant al supraviețuirii intracelulare și al tropismului tisular al T. cruzi, care provoacă boala somnului la om . Aceste studii pot sugera că genele implicate în cascada NF-kB au suferit o selecție pozitivă la N’Dama pentru a-și modifica funcțiile în vederea reglementării eficiente a infecției cu tripanosomul bovin. Am găsit, de asemenea, un semnal semnificativ la nivelul receptorului 2 asemănător interleukinei 1 (IL1RL2), în concordanță cu observația că răspunsul inițial al sistemului imunitar al gazdei la infecția cu tripanosomi include activarea macrofagelor care secretă molecule proinflamatorii, cum ar fi IL-1 . În special, s-a raportat anterior că infecțiile cu T. brucei duc la creșterea secreției de IL-1 .

Impactul selecției umane asupra genomului Ankole

În comparațiile dintre Ankole și toate celelalte bovine africane, am identificat 187 de gene în cadrul ferestrelor genomului aberant (tabelul 1, fișierele suplimentare 2 și 3). Regiunile genomice presupuse a fi selectate includ loci candidați care au funcții biologice legate de culoarea hainei: receptorul melanocortinei 1 (MC1R) (XP-CLR = 295,0) și KIT (XP-EHH = 1,80), ambele fiind susținute de analiza de partajare a haplotipurilor care arată un nivel ridicat de homozigozitate a haplotipurilor în cadrul rasei (Fișier suplimentar 1: Figura S8). Bovinele Ankole sunt caracterizate de coarnele lor albe masive și de culoarea predominant roșie a hainei . Rezultatele sunt în concordanță cu rapoartele anterioare conform cărora mutațiile în MC1R generează culori roșii (sau castanii) ale blănii la diferite specii, inclusiv la bovine, cai, șoareci și câini . Produsul KIT este probabil implicat în pătarea albă a blănii, nu numai la bovine, ci și la alte mamifere domestice . Descoperirile noastre sunt în concordanță cu observația că, în timp ce culoarea hainei de la Ankole este predominant roșie, aceasta este, de asemenea, uneori cu pete albe . Interesant, Holstein, de asemenea cunoscut pentru marcajele lor alb-negru, împărtășesc același haplotip (Fișier suplimentar 1: Figura S8) în regiunea genei KIT ca și cel observat la Ankole, indicând o origine comună a haplotipului în liniile de taurine africane și europene și/sau încrucișări recente de bovine Ankole cu Holstein. Am găsit, de asemenea, genele MITF (XP-EHH = 1,90) și PDGFRA (XP-EHH = 2,56, XP-CLR = 319,3) în cadrul regiunilor aberante; acestea au fost asociate anterior, de asemenea, cu petele albe în diferite rase de bovine de lapte și alte specii (Tabelul 1, Fișierele suplimentare 2 și 3).

Am găsit, de asemenea, regiuni candidate selecționate putative care ar fi putut modela cornul masiv la Ankole. Am evaluat inițial o variantă candidată raportată anterior, responsabilă de prezența coarnelor la Holstein . Toate probele Ankole au prezentat genotipul G/G la BTA1:1390292G > A, indicând că Ankole a urmat genotipul vitelor Holstein cu coarne . Analiza de supra-reprezentare a termenilor ontologiei genice (GO) (Fișier suplimentar 4) arată că Ankole are o creștere a categoriilor GO implicate în calea de semnalizare a factorului de creștere a fibroblastului (FGF) (MAP3K5, PPP2R2C, FGF18 și FRS3, P00021) și în dezvoltarea sistemului scheletic ACVRL1, CASR, TLX3, ACVR1B și RUNX3, GO:0001501). Niciunul dintre acești termeni nu a fost îmbogățit de genele selectate pozitiv în alte bovine africane, ceea ce indică faptul că ar putea fi, prin urmare, legate de dezvoltarea extremă a coarnelor observată la această rasă. Cornul este o excrescență a osului frontal acoperită de un înveliș dur de epiteliu modificat, derivat din țesutul conjunctiv dermic și subcutanat . Calea de semnalizare a FGF include FGF18 (XP-CLR = 182.3), care este responsabil pentru diferențierea osteoblastelor în timpul dezvoltării osului calvarial și este asociat cu proliferarea condrocitelor la șoarece. Aceste gene împreună ar putea sta la baza morfologiei distinctive a cornului Ankole față de alte bovine.

Adaptarea bovinelor africane la provocările căpușelor

Rasele de bovine africane au evoluat pentru a se adapta la condițiile de mediu dure care predomină în întreaga Africă subsahariană, cum ar fi bolile tropicale ale animalelor, radiațiile solare și temperaturile ridicate, seceta și condițiile nutriționale precare . Aceste condiții de mediu prevalează în întreaga Africă subsahariană și este de așteptat ca un semnal de selecție pozitivă să fie comun la toate rasele africane. Pentru a investiga acest lucru, toate rasele africane au fost combinate și comparate cu rasele comerciale pentru a identifica o semnătură de selecție comună și unică specifică genomului african. În cadrul acestei comparații, analizele XP-CLR și XP-EHH au evidențiat ferestre periferice (top 0,5 %) cu 252 de gene (fișiere suplimentare 2 și 3). Printre acestea, am găsit regiunea care include gena antigenului limfocitelor bovine (BOLA, XP-EHH = 1,19, XP-CLR = 110,1). Examinând regiunea în detaliu, am identificat șase blocuri de haplotipuri BOLA în care haplotipurile majore ale bovinelor africane corespund unor haplotipuri contrastante sau minore la bovinele comerciale (Fișier suplimentar 1: Figura S9). Alelele de BOLA-DRB3 au arătat o asociere cu rezistența la infestarea cu căpușe (Boophilus microplus) la bovine . Complexul antigenului limfocitelor bovine a fost studiat pe larg în ultimii 30 de ani, datorită importanței sale în imunitatea gazdei . Majoritatea studiilor s-au axat pe alți membri ai familiei BOLA și pe relevanța acestora pentru bolile parazitare și, prin urmare, elucidarea funcției acestei gene BOLA la bovinele africane ar putea dezvălui mecanismele care stau la baza interacțiunii dintre complexul BOLA și imunitatea înnăscută împotriva mai multor boli parazitare tropicale importante, cum ar fi febra coastei de est .

Toleranța la căldură la bovinele africane

Pentru a identifica regiunile genomice responsabile de termoreglare la bovinele africane, am selectat a priori genele candidate prin utilizarea a 13 regiuni de loci de trăsături cantitative (QTL) de toleranță la căldură identificate anterior și a 18 proteine de șoc termic. Niciuna dintre aceste regiuni nu a fost susținută de măsurătorile noastre comune de XP-EHH și XP-CLR. Am analizat apoi modelul de homozigozitate haplotipică la bovinele africane în comparație cu taurinele europene și asiatice (rase comerciale dezvoltate în zonele temperate). În concordanță cu rezultatele noastre anterioare, am constatat că partajarea haplotipurilor este mult mai extinsă la rasele comerciale atunci când au fost examinate regiunile genomice aleatorii (Fișier suplimentar 1: Figura S10). Cu toate acestea, analizând regiunile candidate din rasele africane în comparație cu cele comerciale, haplotipuri remarcabile cu rază lungă de acțiune sunt împărtășite la bovinele africane în cadrul unuia dintre QTL-urile de toleranță la căldură (BTA22, 10,03-11,0 Mb) (Fig. 5a) și în una dintre proteinele de șoc termic, proteina de șoc termic de 70 kDa 4 (HSPA4) (Fișier suplimentar 1: Figura S11), ceea ce indică existența unor mături selective pentru toleranța la căldură în această regiune. Toleranța celulară la stresul termic este mediată de o familie de proteine de șoc termic. Proteina 70 a șocului termic se remarcă prin faptul că promovează protecția celulară împotriva daunelor provocate de căldură și previne denaturarea proteinelor . S-a observat că gradul de partajare a haplotipurilor în aceste două regiuni este mai mare la bovinele africane B. indicus decât la N’Dama, ceea ce este în concordanță cu un raport anterior conform căruia rasele zebu sunt mai capabile să regleze temperatura corpului ca răspuns la stresul termic . Regiunea QTL de toleranță la căldură identificată aici este susținută și de multiple semnături de selecție pozitivă în cadrul populațiilor de B. indicus care prezintă un linkage-disequilibrium ridicat și o divergență ridicată a populației (Fst) în comparație cu rasele taurine (Fig. 5a).

Am găsit, de asemenea, un semnal puternic de selecție pozitivă la gena superoxid dismutazei 1 (SOD1, XP-CLR = 333,3) (Fișier suplimentar 3) atât în comparațiile dintre rasele africane și cele comerciale, cât și dintre B. indicus și rasele comerciale. Okado-Matsumoto și Fridovich au arătat că legarea proteinelor de șoc termic la forme mutante de proteine abundente în neuronii motori, cum ar fi SOD1, face ca proteinele de șoc termic să nu fie disponibile pentru funcțiile lor antiapoptotice. Având în vedere că bovinele din rasa B. indicus sunt mai bine adaptate la o temperatură ambiantă mai ridicată, iar semnalul de selecție a fost mai puternic la B. indicus, s-au făcut comparații suplimentare doar între B. indicus și rasele comerciale. Adnotarea funcțională a variantelor localizate în această genă a identificat o mutație missense (p.Ile95Phe) în exonul 3 al SOD1 doar la populația B. indicus. Această mutație nesinonimă, spre deosebire de modelul observat la rasele comerciale, a ajuns aproape la fixare (95%) în populațiile de zebu (Fig. 5b). Aceste rezultate sugerează că variațiile în gena SOD1 pot juca un rol important în trăsăturile de toleranță la căldură observate la bovinele africane.

Un studiu recent a extins domeniul de aplicare al biologiei clasice a prolactinei . Acesta arată că calea de semnalizare a prolactinei este implicată nu numai în lactație, dar are, de asemenea, un impact asupra morfologiei părului și asupra fenotipurilor de termoreglare la bovinele Senepol, predominant taurine. Acest lucru este cel mai probabil mediat de două mutații reciproce în genele prolactinei (PRL) și ale receptorului acesteia (PRLR) . Analizând toate bovinele africane împreună în comparație cu rasele comerciale, un semnal de selecție semnificativ, mai puternic dacă se examinează doar B. indicus (tabelul 1), a fost găsit în regiunea genei hormonului de eliberare a prolactinei (PRLH, XP-EHH = 1,49) care stimulează eliberarea prolactinei și reglează expresia prolactinei. Am observat apoi că un SNP nesinonimic în exonul 2, care codifică o substituție p.Arg76His, este foarte bine conservat în populația de bovine B. indicus (73 %) și absent în taurinele comerciale (Fișier suplimentar 1: Figura S12). Aceste rezultate împreună sugerează că mutația PRLH poate conferi un avantaj selectiv în reglarea expresiei prolactinei, care ar putea fi legată de termotoleranța la bovinele africane, în special la B. indicus.

Analiza noastră GO (Fișier suplimentar 4) a evidențiat cea mai semnificativă îmbogățire a semnalizării Wnt (P00057), precum și a căilor implicate în reglarea fluxului sanguin cutanat: calea de semnalizare a endotelinei (P00019) și calea de semnalizare mediată de receptorul histaminei H1 (P04385). Controlul termoregulator al fluxului sanguin cutanat este vital pentru menținerea temperaturilor corporale normale în timpul provocărilor la adresa homeostaziei termice și, în mod specific, creșterea fluxului sanguin cutanat în timpul încălzirii corpului conține o componentă a receptorului histaminic H1 . Aceste căi ar putea evolua rapid la bovinele africane, ceea ce ar putea explica gradul lor complet diferit de termotoleranță la nivel celular și fiziologic în comparație cu rasele de bovine temperate.

.