Genomlandskapet hos inhemska afrikanska nötkreatur

Sekvensering, sammansättning och identifiering av enskilda nukleotidpolymorfismer

Individuella genomer från 48 inhemska afrikanska nötkreatur (Boran, Ogaden, Kenana, Ankole och N’Dama) genererades med ~11 X täckning vardera och genotypades gemensamt med offentligt tillgängliga genomer av kommersiella nötkreatursraser (Angus, Jersey, Holstein och Hanwoo) (Fig. 1a, Additional file 1: Note S1, Table S1). Dessa raser omfattar Bos indicus (Boran, Ogaden och Kenana), afrikansk Bos taurus (N’Dama), europeisk-asiatisk Bos taurus och sanga (Ankole, korsning mellan taurin och zebu) . Totalt genererades 6,50 miljarder läsningar eller ~644 Gbp sekvenser. Med hjälp av Bowtie 2 anpassades läsningarna till den taurinska referensgenomsekvensen UMD 3.1 med en genomsnittlig anpassningsgrad på 98,84 % som täckte 98,56 % av referensgenomet (Additional file 1: Table S2). I överensstämmelse med tidigare analyser av zebu Nellore konstaterades att den totala anpassningsgraden för de afrikanska B. indicus-proverna till referensgenomet UMD 3.1 var jämförbar med den som erhölls för de afrikanska taurinproverna (Additional file 1: Table S2). Efter att ha filtrerat de potentiella PCR-duplikaten och korrigerat för felanpassningar på grund av förekomsten av INDELs, upptäckte vi polymorfismer av enskilda nukleotider (SNP) med hjälp av GATK 3.1 . Flera filtreringssteg för att minimera antalet falskt positiva anropningar tillämpades innan kandidat-SNP:er användes i ytterligare analyser. Framför allt avlägsnades SNP:erna utifrån följande kriterier: phred-skalad kvalitetspoäng, kartläggningskvalitet, kvalitetsdjup och phred-skalat P-värde (se ”Metoder”). Totalt ~37 miljoner SNP:er behölls slutligen och rasspecifika SNP:er identifierades med hjälp av SnpSift (fig. 1b, Additional file 1: Table S3). Genomiskt DNA från 45 afrikanska prover genotypades dessutom med hjälp av BovineSNP50 Genotyping BeadChip (Illumina, Inc.) för att utvärdera noggrannheten i SNP-kallandet från resekvenseringsdata. Vi observerade ~95 % övergripande genotypöverensstämmelse mellan BovineSNP50 Genotyping BeadChip SNP:erna och resultaten från omsekvenseringarna i alla prover, vilket ger förtroende för SNP-kallningens noggrannhet (Additional file 1: Table S4).

Afrikansk genomdiversitet och relationer

Enkla nukleotidpolymorfismer

Figur 1b illustrerar antalet SNP:er som finns i varje ras, inklusive rasspecifika SNP:er, med siffror som anges i Additional file 1: Table S5. Om man tittar på olika nötkreaturslinjer finns det största antalet SNP:er hos zebukor (Boran, Kenana, Ogaden), där den stora majoriteten av SNP:erna är homozygota i de tre raserna som representerar kandidatvarianter som är specifika för afrikanska zebus linjer. De flesta (65,13 %) av SNP:erna fanns i intergeniska regioner. De återstående SNP:erna fanns uppströms (3,90 %) och nedströms (3,96 %) i den öppna läsramen, i introner (26,0 %) och otranslaterade regioner (UTR, 0,240 %). Exoner innehöll 0,69 % av de totala SNPs med 115 439 missense- och 1336 nonsensmutationer (Additional file 1: Table S5).

Nukleotiddiversitet mäter graden av polymorfism inom en population och definieras som det genomsnittliga antalet nukleotidskillnader per plats mellan två DNA-sekvenser som väljs slumpmässigt från provpopulationen . På ett genomövergripande fönster på 10 Mb visar de kommersiella europeiska raserna minskade nivåer av nukleotiddiversitet jämfört med alla inhemska afrikanska raser (fig. 2d). Här är den minskade nukleotiddiversiteten på helgenomnivå förväntad och är sannolikt ett resultat av intensivt artificiellt urval under generationer och/eller genetisk drift följt av en demografisk historia som kännetecknas av en låg effektiv populationsstorlek. Intressant nog uppvisar N’Dama också en relativt låg genetisk mångfald, vilket kanske är ett arv från en ursprungligen låg effektiv populationsstorlek och/eller en flaskhals i populationen till följd av sjukdomsproblem. Nukleotiddiversiteten är högst bland afrikanska zebus (Boran, Ogaden, Kenana) och Ankole sanga. Dessa är blandade taurin × zebu-raser med en relativt stor effektiv populationsstorlek. Den relativt höga nukleotiddiversiteten hos den kommersiella Hanwoo kan återspegla en svagare, riktad och kortare urvalshistoria jämfört med andra kommersiella raser .

Populationsstruktur och relationer

Vi utförde en huvudkomponentanalys (PCA) av de autosomala SNPs genotypdata (fig. 2a) med hjälp av EIGENSTRAT . Analysen ignorerar rastillhörighet men avslöjar ändå tydliga rasstrukturer eftersom prover från samma ras grupperar sig tillsammans. De två första PC:erna, som förklarar 16,0 % respektive 3,4 % av den totala variationen, skiljer afrikanska från icke-afrikanska raser med Ankole-kvigorna i en mellanposition. PCA baserade på afrikanska, kommersiella och tauriska prover separat (Additional file 1: Figure S1) visar inga tecken på blandning mellan raserna eller förekomst av outlier-djur inom raserna.

För att ytterligare förstå graden av blandning i populationerna använde vi STRUCTURE på en slumpmässigt utvald delmängd av SNP:er (~20 000 SNP:er). Vi ökade K från 1 till 9, där K är det antagna antalet förfäderspopulationer (fig. 2b och Additional file 1: Figure S2). Analysen föreslog K = 2 som det mest sannolika antalet genetiskt distinkta grupper inom våra prover (Fig. 2b), vilket återspeglar divergensen mellan taurin- och zebu nötkreatur i nötkreaturspopulationen. Vid K = 3 visade Ankole tydliga tecken på genetisk heterogenitet med delad arvsmassa med afrikansk (N’Dama), asiatisk zebu och kommersiell (Holstein, Jersey, Angus, Hanwoo) taurin genetisk bakgrund. Ökande värden på K tyder på högre nivåer av rashomogenitet i den kommersiella populationen jämfört med afrikanska zeburaser. Dessutom separeras varje ras i en egen separat klad i ett träd med grannsamverkan (fig. 2c). Europeiska raser grupperar sig tillsammans, sedan med Hanwoo och N’Dama. På samma sätt klumpas alla afrikanska zeburaser ihop och Ankole-djuren återfinns i en mellanposition mellan zebu och N’Dama.

Demografisk historia och migrationshändelser

Variation av den effektiva populationsstorleken genom tiderna visas i fig. 3a och Additional file 1: Figur S3. N’Dama verkade ha drabbats av en starkare populationsnedgång jämfört med de andra afrikanska populationerna. Denna observation är förenlig med en inledande populationsflaskhals efter ankomsten och anpassningen av den ursprungliga populationen till den tropiska sub-fuktiga och fuktiga västafrikanska miljön. Dessa västafrikanska boskapspopulationer har på senare tid utsatts för nya miljöpåfrestningar som medför starka anpassningsbegränsningar (t.ex. nya patogener och parasiter). Dessutom visar uppskattningarna för Ogaden och Kenana en liten ökning av befolkningsstorleken för omkring 1 000 år sedan, vilket motsvarar tiden för den första vågen av zebus ankomst genom kontinentens horn . Alla delar en gemensam befolkningsminskning med början omkring 10 000 BP, en trolig konsekvens av neolitiska domesticeringshändelser .

Vi rekonstruerade sedan maximalt sannolikhetsträdet (Fig. 3b) och residualmatrisen (Additional file 1: Figure S4) för de nio raserna med hjälp av Treemix för att ta itu med populationshistoriska relationer och för att identifiera par av populationer som är besläktade med varandra oberoende av det som fångas upp av detta träd. Genom att lägga till sekventiella migrationshändelser till trädet fann vi att en avledd migrationskant ger ett träd med de minsta residualerna och därmed stämmer bäst med data (Additional file 1: Figur S4). Vi observerade en statistiskt signifikant migrationskant (P < 2,2E-308) med en uppskattad vikt på 11,4 %; denna kant ger bevis för genflödet från europeisk B. taurus (här representerad av Jersey, Holstein och Angus) till Ankole. På senare år har Ankole nötkreatur i allt större utsträckning korsats med taurinraser inklusive Holstein nötkreatur som först introducerades till Uganda för 50 år sedan .

Anpassningen av afrikanska nötkreatur till miljöstress och mänsklig selektion

Vi jämförde genomet hos afrikanska nötkreatursraser för att inom varje ras identifiera signaturer av positiv selektion till följd av miljöpåverkan och mänskligt selektionstryck. I motsats till SNP-chipdata, där mångfalden överskattas i taurina linjer och underskattas i indicine linjer , kan sekvensering av hela arvsmassan övervinna denna begränsning av ascertainment bias för att på ett korrekt sätt möjliggöra populationsanalyser av båda populationerna och för att identifiera mål för selektion i afrikansk B. indicus också. Vi har särskilt undersökt extrem haplotyphomozygositet och allelfrekvensdifferentiering över utvidgade länkade regioner med hjälp av utvidgad haplotyphomozygositet över populationsgränserna (XP-EHH) och det sammansatta sannolikhetsförhållandet över populationsgränserna (XP-CLR) . Med tanke på det nära genetiska avståndet mellan afrikanska B. indicus (Additional file 1: Table S6) jämfördes N’Dama och Ankole nötkreatursraserna separat mot alla andra afrikanska raser för att identifiera afrikanska rasspecifika signaturer. XP-EHHH bibehåller sin styrka med små urvalsstorlekar (så lågt som tio urval) . När uppskattningar av det genetiska avståndet (F ST ) mellan populationspar är större än eller nära 0,05, som i våra analyser (Additional file 1: Table S6), bör dessutom färre än 20 individer per population räcka för analys av populationsdifferentiering . För att möjliggöra jämförelser av genomiska regioner mellan populationer delade vi upp genomet i icke överlappande segment på 50 Kb . Utslagsregioner (de bästa 0,5 % XP-EHH- eller XP-CLR-statistik) betraktades som rasspecifika kandidatregioner för vidare analys (haplotyper och polymorfismer). Fördelningen av råa XP-EHH- och XP-CLR-värden för varje jämförelse och SNP-tätheten i varje icke överlappande 50-kb-fönster finns i tilläggsfil 1: Figurer S5-S7.

Anpassningen av N’Dama till trypanosomutmaning

Vi undersökte först hur tolerans mot trypanosomutmaning kan ha påverkat genomet hos afrikanska nötkreatur. Afrikanska trypanosomer är extracellulära protozo-parasiter som orsakar allvarliga sjukdomar hos människor (sömnsjuka) och husdjur (nagana). Cirka 60 miljoner människor och 50 miljoner nötkreatur lever i riskzonen för trypanosominfektion . Bland några få ”trypanotoleranta” inhemska afrikanska nötkreatursraser är den västafrikanska N’Dama den bäst karakteriserade, medan ”nykomlingen” B. indicus i allmänhet är mycket mottaglig för trypanosomos . Vi jämförde därför N’Dama-genomet med alla andra afrikanska nötkreatursraser.

Outlierfönster från XP-EHH- och XP-CLR-analyser omfattar 124 respektive 106 gener, varav 28 var gemensamma för båda analyserna (tabell 1, tilläggsfiler 2 och 3). Denna relativt blygsamma överlappning berodde sannolikt på skillnaden i styrka mellan de tester som utformats för att upptäcka regioner som påverkats av fullständiga (XP-EHH) eller ofullständiga selektiva svepningar (XP-CLR).

Av dessa fann vi HCRTR1 (XP-CLR = 597.3) som kodar för hypokretinreceptor A (fig. 4), som tillhör klass I-underfamiljen inom superfamiljen av G-kopplade receptorer och är kopplad till Ca2+-mobilisering. Hypokretiner produceras av en liten grupp neuroner i de laterala hypotalamiska och periforniska områdena och de är involverade i kontrollen av ätbeteendet hos däggdjur . Jämfört med andra afrikanska nötkreatur uppvisar N’Dama nästan ren haplotyphomozygositet i HCRTR1-regionen och vi upptäcker också sju icke-synonyma varianter i genen (fig. 4b) (Additional file 1: Table S7). Många studier tyder på att polymorfism inom hypokretingenerna är förknippade med förändringar i ät- och drickbeteenden . Särskilt orexin-A, endogena ligander för G-proteinkopplade receptorer, stimulerar matkonsumtion, och orexin messenger RNA uppregleras av fasta . Dessa oberoende studier tyder på att hypokretinerna har en viktig roll i regleringen av matning. Det kan förklara den överlägsna förmågan hos N’Dama att bibehålla kroppsvikten och motstå slapphet och avmagring efter trypanosominfektion .

N’Dama-boskap uppnår trypanotolerans med minst två ytterligare egenskaper: förmågan att motstå anemi och att kontrollera parasitförökningen . Anemi är det mest framträdande och konsekventa kliniska tecknet på Trypanosomainfektion och är den viktigaste indikatorn för behandling . Vi hittade fem gener inom arvsmassoregioner som antas vara positivt utvalda (outlier windows) och som är förknippade med anemi (SLC40A1, STOM, SBDS, EPB42 och RPS26). Järnexportören SLC40A1 (XP-EHH = 3,32, XP-CLR = 831,1) är nödvändig för järnhomeostasen och är därför relaterad till järnbristanemi . Denna gen uppvisar en lokal minskning av nukleotiddiversiteten och ett utvidgat haplotypmönster (fig. 4c). Vi fann särskilt en fast SLC40A1 haplotyp hos N’Dama, med en frekvens på 24 % och 58 % hos andra afrikanska nötkreatur och kommersiella raser, vilket starkt stödjer selektion på genen (fig. 4d, e). Stomatin (STOM, XP-CLR = 525,0) är en gen som är uppkallad efter en sällsynt hemolytisk anemi hos människor, och den kodar för ett 31 kDa integralt membranprotein. Mutationer i generna SBDS (XP-EHH = 2,91) EPB42 (XP-CLR = 511,1) är ansvariga för hypokrom anemi respektive ärftlig hemolytisk anemi , medan mutationer i genen RPS26 (XP-CLR = 562,8) har identifierats hos patienter med Diamond-Blackfan-anemi .

Vi har vidare undersökt dessa kandidatgener för icke-synonyma mutationer som utgör möjliga funktionella varianter. Framför allt ändrades aminosyror i proteinerna STOM (p.Met48Val) och EPB42 (p.Arg503His) genom missense SNPs. Båda dessa allelvarianter är helt fixerade hos N’Dama nötkreatur till skillnad från alla andra raser (fig. 4f och g).

Gener som valdes ut positivt hos N’Dama var signifikant (P < 0,05) överrepresenterade i ”I-kappaB kinas/NF-kappaB kaskad” (GO:0007249, Additional file 4). Transkriptionsfaktorn nukleär faktor-kappaB (NF-kB) är central för det medfödda och förvärvade immunsvaret mot mikrobiella patogener och samordnar de cellulära reaktionerna på förekomsten av en infektion. Baserat på de molekylära bevisen för att Trypanosoma cruzi aktiverar NF-kB i ett antal celler föreslogs NF-kB som en faktor som bestämmer den intracellulära överlevnaden och vävnadstropismen hos T. cruzi, som orsakar sömnsjuka hos människor . Dessa studier kan tyda på att gener som är involverade i NF-kB-kaskaden har genomgått ett positivt urval hos N’Dama för att ändra funktionerna så att de effektivt kan reglera infektionen av trypanosomerna hos nötkreatur. Vi fann också en signifikant signal vid interleukin 1-receptor-liknande 2 (IL1RL2) i överensstämmelse med observationen att den första reaktionen från värdens immunsystem på trypanosominfektion innefattar aktivering av makrofager som utsöndrar proinflammatoriska molekyler som IL-1 . I synnerhet har det tidigare rapporterats att T. brucei-infektioner resulterar i ökad IL-1-sekretion.

Inverkan av mänsklig selektion på Ankole-genomet

I jämförelserna mellan Ankole och alla andra afrikanska nötkreatur identifierade vi 187 gener inom de utbrytande genomfönstren (tabell 1, tilläggsfilerna 2 och 3). De förmodat utvalda genomiska regionerna inkluderar kandidatloci som har biologiska funktioner relaterade till pälsfärg: melanocortin 1-receptorn (MC1R) (XP-CLR = 295,0) och KIT (XP-EHH = 1,80), vilka båda stöds av analysen av haplotypdelning som visar på en hög nivå av haplotyphomozygositet inom rasen (Additional file 1: Figur S8). Ankole nötkreatur kännetecknas av sina massiva vita horn och sin övervägande röda pälsfärg . Resultaten stämmer överens med tidigare rapporter om att mutationer i MC1R genererar röda (eller kastanjefärgade) pälsar hos olika arter, inklusive nötkreatur, hästar, möss och hundar . Produkten av KIT är sannolikt inblandad i den vita pälsfärgen, inte bara hos nötkreatur utan även hos andra domesticerade däggdjur . Våra resultat stämmer överens med observationen att pälsfärgen hos Ankole är övervägande röd, men att den också ibland är vitfläckig . Intressant nog har Holstein, som också är kända för sina svart-vita markeringar, samma haplotyp (Additional file 1: Figur S8) i KIT-genregionen som den som observerats hos Ankole, vilket tyder på att haplotypen har ett gemensamt ursprung i de afrikanska och europeiska taurinlinjerna och/eller att Ankole nyligen korsats med Holstein-boskap. Vi hittade också MITF- (XP-EHH = 1,90) och PDGFRA- (XP-EHH = 2,56, XP-CLR = 319,3) generna inom outlier-regionerna; dessa har tidigare också förknippats med vita fläckar hos olika raser av mjölkboskap och andra arter (tabell 1, Additional files 2 och 3).

Vi hittade också putativa utvalda kandidatregioner som kan ha format det massiva hornet hos Ankole. Vi utvärderade först en tidigare rapporterad kandidatvariant som är ansvarig för förekomsten av horn hos Holstein . Alla Ankole-prover uppvisade genotypen G/G vid BTA1:1390292G > A vilket tyder på att Ankole följde genotypen hos horniga Holstein- nötkreatur . En analys av överrepresentation av GO-termer (Gene Ontology) (Additional file 4) visar att Ankole har ökat antalet GO-kategorier som är involverade i signalvägen för fibroblast growth factor (FGF) (MAP3K5, PPP2R2C, FGF18 och FRS3, P00021) och skelettsystemets utveckling (ACVRL1, CASR, TLX3, ACVR1B och RUNX3, GO:0001501). Ingen av dessa termer berikades av positivt utvalda gener hos andra afrikanska nötkreatur, vilket tyder på att de därför kan vara kopplade till den extrema hornutveckling som observeras hos rasen. Horn är en utväxt av frontalbenet som är täckt av ett segt skal av modifierat epitel som härstammar från dermal och subkutan bindväv . FGF-signalvägen omfattar FGF18 (XP-CLR = 182,3), som är ansvarig för differentiering av osteoblaster under utvecklingen av kalvarialbenet och är förknippad med kondrocytproliferation hos mus. Dessa gener kan tillsammans ligga bakom den distinkta morfologin hos Ankole horn jämfört med andra nötkreatur.

Anpassningen av afrikanska nötkreatur till fästingutmaningar

Afrikanska nötkreatursraser har utvecklats för att anpassa sig till de hårda miljöförhållanden som råder i hela Afrika söder om Sahara, t.ex. tropiska djursjukdomar, hög solstrålning och temperatur, torka och dåliga näringsförhållanden . Dessa miljöförhållanden råder i Afrika söder om Sahara och man kan förvänta sig att en positiv selektionssignal är gemensam för de afrikanska raserna. För att undersöka detta kombinerades alla afrikanska raser och jämfördes med kommersiella raser för att identifiera gemensamma och unika afrikanska genomspecifika urvalssignaturer. I denna jämförelse avslöjar XP-CLR- och XP-EHH-analyserna utskjutande fönster (högst 0,5 %) med 252 gener (Additional files 2 och 3). Bland dessa fann vi en region som omfattar genen för bovint lymfocytantigen (BOLA, XP-EHH = 1,19, XP-CLR = 110,1). När vi undersökte regionen i detalj identifierade vi sex BOLA haplotypsblock där de större haplotyperna hos afrikanska nötkreatur motsvarar kontrasterande eller mindre haplotyper hos kommersiella nötkreatur (Additional file 1: Figur S9). Alleler av BOLA-DRB3 visade ett samband med resistens mot fästingangrepp (Boophilus microplus) hos nötkreatur . Komplexet av bovint lymfocytantigen har studerats ingående under de senaste 30 åren på grund av dess betydelse för värdens immunitet . De flesta studier har fokuserat på andra medlemmar av BOLA-familjen och deras betydelse för parasitsjukdomar, och genom att belysa funktionen hos denna BOLA-gen hos afrikanska nötkreatur kan man avslöja mekanismerna bakom samspelet mellan BOLA-komplexet och det medfödda immunförsvaret mot flera viktiga tropiska parasitsjukdomar, t.ex. östkustfeber .

Värmetolerans hos afrikanska nötkreatur

För att identifiera genomiska regioner som ansvarar för värmereglering hos afrikanska nötkreatur valde vi på förhand ut kandidatgener med hjälp av 13 tidigare identifierade QTL-regioner (quantitative trait loci) för värmetolerans och 18 värmeschockproteiner. Ingen av dessa regioner stöddes av våra gemensamma mått XP-EHH och XP-CLR. Vi analyserade sedan mönstret av haplotyphomozygositet hos afrikanska nötkreatur jämfört med europeiska och asiatiska tauriner (kommersiella raser som utvecklats i tempererade områden). I överensstämmelse med våra tidigare resultat fann vi att haplotypdelning var mycket mer omfattande hos de kommersiella raserna när slumpmässiga genomiska regioner undersöktes (Additional file 1: Figur S10). Om man tittar på kandidatregionerna hos afrikanska raser i jämförelse med de kommersiella raserna delas dock anmärkningsvärda haplotyper med lång räckvidd hos afrikanska nötkreatur inom ett av QTL:erna för värmetolerans (BTA22, 10,03-11,0 Mb) (fig. 5a) och i ett av värmeskockproteinerna, värmeskock 70 kDa-protein 4 (HSPA4) (Additional file 1: figur S11), vilket tyder på att det finns selektiva svepningar för värmetolerans i denna region. Cellulär tolerans mot värmestress förmedlas av en familj av värmeschockproteiner. Värmeschockprotein 70 är känt för att främja cellskydd mot värmeskador och förhindra denaturering av proteiner . Graden av haplotypdelning i dessa två regioner noterades vara mer omfattande hos B. indicus afrikanska nötkreatur än hos N’Dama, vilket stämmer överens med en tidigare rapport om att zeburasen har bättre förmåga att reglera kroppstemperaturen som svar på värmestress . Den QTL-region för värmetolerans som identifierats här stöds vidare av flera signaturer av positivt urval inom B. indicus-populationer som visar förhöjd länkningsobalans och hög populationsdivergens (Fst) jämfört med taurinraserna (fig. 5a).

Vi fann också en stark signal för positivt urval vid genen för superoxiddismutas 1 (SOD1, XP-CLR = 333,3) (Additional file 3) i både afrikanska jämfört med kommersiella raser och B. indicus jämfört med kommersiella raser. Okado-Matsumoto och Fridovich har visat att bindning av värmeschockproteiner till muterade former av proteiner som förekommer rikligt i motoriska neuroner, t.ex. SOD1, gör att värmeschockproteiner inte är tillgängliga för sina antiapoptotiska funktioner. Med tanke på att B. indicus-kvägarna är bättre anpassade till högre omgivningstemperaturer och att selektionssignalen var starkare hos B. indicus, gjordes ytterligare jämförelser endast mellan B. indicus och kommersiella raser. Funktionell annotering av varianter i denna gen identifierade en missense-mutation (p.Ile95Phe) i exon 3 av SOD1 endast i B. indicus-populationen. Denna icke-synonyma mutation har, i motsats till det mönster som observerats hos kommersiella raser, nästan nått fixering (95 %) i zebupopulationerna (fig. 5b). Dessa resultat tyder på att variationer i SOD1-genen kan spela en viktig roll för värmetoleransegenskaper som observerats hos afrikanska nötkreatur.

En nyligen genomförd studie har utökat räckvidden för den klassiska prolaktinbiologin . Den visar att prolaktinsignalvägen inte bara är involverad i laktationen utan också har en inverkan på hårmorfologi och fenotyper för värmereglering hos de övervägande taurin-senepol-korna. Detta är sannolikt förmedlat av två ömsesidiga mutationer i prolaktin (PRL) och dess receptor (PRLR) generna . Om man analyserar alla afrikanska nötkreatur tillsammans i jämförelse med kommersiella raser, fann man en signifikant selektionssignal, som är starkare om endast B. indicus undersöks (tabell 1), i genregionen för prolaktinfrisättande hormon (PRLH, XP-EHH = 1,49) som stimulerar frisättning av prolaktin och reglerar uttrycket av prolaktin. Vi observerade sedan att en icke-synonym SNP i exon 2, som kodar för en p.Arg76His-substitution, är mycket konserverad i nötkreaturspopulationen B. indicus (73 %) och saknas i den kommersiella taurinen (Additional file 1: Figur S12). Dessa resultat tyder sammantaget på att PRLH-mutationen kan ge en selektiv fördel när det gäller att reglera prolaktinuttrycket, vilket kan vara kopplat till termotoleransen hos afrikanska nötkreatur, särskilt hos B. indicus.

Vår GO-analys (Additional file 4) avslöjade den mest signifikanta anrikningen av Wnt-signalering (P00057) samt vägar som är involverade i reglering av hudens blodflöde: endotelin-signalering (P00019) och histamin H1-receptor-medierad signalväg (P04385). Den termoreglerande kontrollen av hudens blodflöde är avgörande för att bibehålla normala kroppstemperaturer under utmaningar för den termiska homeostasen, och särskilt ökningen av hudens blodflöde under uppvärmning av kroppen innehåller en H1-histaminreceptorkomponent . Dessa vägar kan utvecklas snabbt hos afrikanska nötkreatur, vilket kan förklara deras helt annorlunda grad av termotolerans på cellulär och fysiologisk nivå jämfört med tempererade nötkreatursraser.