利用全基因组分析掌握赛鸽表现

在Wi-Fi和互联网，电话和电报之前，社会的原始即时通讯服务都是归巢的鸽子。在成为第一批驯养的鸟类之后，估计长达2000年，这些可靠的信使带来了战场和国家元首之间的新闻。

然后，大约200年前，来自比利时的鸽友创造了一种国际体育运动，培育赛鸽以获得更快的飞行速度和更长的归巢技能。如今，这些鸟类可以以高达每小时70公里的速度飞离家园1000公里，其中最好的鸟类在繁殖市场上花费数千欧元，不断努力争取一场比赛。

最近，科学家们一直在使用最先进的基因组工具来帮助了解赛鸽的特殊性状。

由Malgorzata Anna Gazda和Miguel Carneiro领导的科学团队对10只赛鸽的第一次全基因组测序以及来自35个不同品种的数据进行了测试，现在已经确定了赛鸽中可能有助于提高其表现的新线索。该研究还包括观察赛鸽与其他品种的大脑和肌肉组织中的基因表达差异(使用RNA测序表达数据)。

“我们全基因组的选择扫描揭示了更快的飞行，耐力和赛鸽准确导航的基因结构和选择模式，”Malgorzata Anna Gazda说。“它还提供了一个候选基因目录，其中一些引人注目的基因可能成为赛车表现表型的基础。”

他们的分析表明，赛鸽是独一无二的，并且与其他鸽系在遗传上有区别，并且在其基因组的几个区域中存在适应性，并且在脑和肌肉组织中基因表达的关键差异。

但与其他特征一样，没有单个基因负责这些差异。

“引人注目的是，在一个有17,425,765百万种变种的数据集中，我们没有找到一个在赛鸽和非赛鸽之间具有诊断等位基因的变种的例子，”米格尔卡内罗说。“任何单一的遗传变化都不足以说明赛鸽的优越飞行和定向能力。此外，我们在基因组中恢复了相当多的选择签名，表明适应极端表现的多基因基础考虑到必须与优越的赛车性能(心血管，呼吸，肌肉骨骼和神经系统)相互作用的身体系统的数量，这种模式可能是预期的。“

特别是，他们已经确定了许多候选基因，这些基因被发现在赛鸽中具有变异，其中一个被称为在肌肉中差异表达，并且两者都具有与运动表现相关的功能。

“尽管赛鸽和非赛鸽之间缺乏固定的遗传变异，但我们的全基因组筛选表明，在赛鸽基因组中，正选择的特征是常见的，”Miguel Carneiro说。

他们的RNA-seq分析揭示了赛鸽和非赛鸽之间基因表达的低至中等变化。来自总共242个RNA转录物的模式显示与脑差异表达，与肌肉相比显示出较少的差异(29)(213)。

“基因CASK，SIK1和PTPRD是与赛车表现表型有关的良好候选者，”Malgorzata Gazda说。“CASK与神经肌肉接头的发展有关，神经肌肉接头在骨骼肌的功能中发挥关键作用。这种结合的形态和生理学差异与肌肉性能有关.SIK1已被证明可调节肌肉功能和生长。控制肌肉特异性基因的表达SIK1也被证明可以调节肝脏脂肪生成，这在能量稳态中发挥着重要作用。最后，PTPRD影响海马突触长时增强的程度，海马是一个发挥作用的大脑区域在空间记忆中被认为与鸟类导航有关。“

作者得出结论，赛鸽的更强的运动能力和卓越的导航性是复杂的多基因性状，并且该品种的适应性变化是选择形成建立群体的品种中存在的变异的结果。

未来的后续研究，如全基因组关联研究(GWAS)或选择性育种来映射候选基因附近的位置，将进行更深入研究赛鸽导航，飞行和更快速度的复杂生理和适应性变化。