三代测序由于其长读长的特点，可以协助检测以往二代短读长测序未能发现的大的结构变异（Structural Variants，SVs）。结构变异也是研究自然选择和人工选择的重要研究手段。2021年5月3日，兰州大学刘建全团队在Molecular Biology and Evolution杂志在线发表题为“Structural variants selected during yak domestication inferred from long-read whole-genome sequencing”的文章，首先利用三代ONT长读长测序以及Hi-C测序获得了组装高度连续的高质量家养牦牛BosGru3.0的参考基因组，并通过长读长重测序数据分析，对比野生牦牛与家养牦牛的SVs，发现了一些主要与神经系统、行为、免疫和繁殖相关的基因，为高海拔地区动物的驯化提供了新的视角。希望组在本项目研究中提供了三代ONT测序服务。家畜驯化是人类文明史上的主要成就之一。驯化后的动物会有一系列的表型变化，如脑体积减小和驯养性增加等被称之为驯化综合特征。在一些家养物种中，可以通过检测单核苷酸多态性（SNPs）、短的片段插入和缺失（InDels）和拷贝数变异（CNVs）等遗传标记来挖掘潜在的遗传信息。然而，结构变异（包括插入、缺失、复制、倒位或50bp或更长的易位）的作用，由于两种技术限制，并未得到充分的研究。第一个限制，是检测SVs需要能跨越其全长的长读长测序reads。第二个限制是需要具有连续组装的参考基因组，能覆盖基因组中的重复区段。尽管由于单碱基的错误率较高，长读长测序不适合检测单核苷酸变异（SNVs），但它仍是检测大片段SVs的首选方案。在本研究中，利用三代ONT测序以及Hi-C测序，构建了一个高质量的染色体级别组装的BosGru3.0参考基因组，并通过6头野生牦牛以及23头家养牦牛的长读长重测序数据分析，构建覆盖牦牛地理范围内的372220个SVs的SV基因图谱。用于染色体级别组装的BosGru3.0参考基因组，其DNA来源于四川省红原县的一头公牦牛血液。对测序深度约88x的ONT长读长reads进行de novo组装。利用illumina短读长数据对基因组进行polish，并通过Hi-C数据，利用染色体互作强度对基因组数据进行聚类，最终得到一个组装高度连续的BosGru3.0参考基因组，拥有116条contigs，组装成了31条染色体。BosGru3.0的contig N50为44.72Mb，scaffold N50为114.39Mb，远高于其他反刍动物的参考基因组。组装完成后，对重复元件、蛋白质编码基因和非编码元件进行了预测。总共预测了21232个蛋白编码的基因。表1 BosGru3.0与BosGru2.0的基因组组装比较研究者选择了23个不同地点的家养个体和6头野生牦牛进行了全基因组长读长重测序。长读长基因组测序的N50平均长度分别达到了22.59Kb（家养）和21.99Kb（野生），有效深度从8.4x到15.6x（家养），11.4x到21.2x（野生）。最终鉴定出372220个SVs，其中包括328936个缺失，32618个插入，4321个重复，1993个倒位以及4352个易位。根据所有SVs在BosGru3.0上的位置进行了相关注释，发现257155个SVs在基因间区，93582个SVs在内含子区，14964个SVs在外显子区，1811个SVs在UTR区以及有3620个SVs在基因的上游和下游侧翼150bp处。大多数SVs（74.43%）含有重复序列。野生牦牛和家养牦牛基因组的SV序列比较显示，各重复序列占比均无明显差异。为了进一步识别可能参与驯化的SVs，研究者们计算了所有野生和家养牦牛的SVs FST值，发现了3680个SV的FST outliers值大于人为选择的0.28。在这些高FST的 SVs中，有2391个SVs（占所有SVs的0.64%）存在于基因间区，有1288个SV在外显子、内含子或725个基因的侧翼区域。其中，有34个在外显子区域有缺失，有24个导致了ORF的位移（无意义SVs）。随后对725个高FST的SVs的基因功能进行了注释，发现这些基因最显著富集的功能与神经系统发育和人类疾病，长时程抑郁相关。其他GO功能分类与神经系统相关，包括了神经元的分化，神经元的生成等。典型的例子是具有第二高FST的基因，其结构变异位于信号蛋白MAGI2的内含子中。人类MGAI2基因的缺失与癫痫和精神分裂症有关，在攻击性犬种研究中发现其MAGI2附近存在几个CNVs。其他三个高FST SV基因（GAD2、PLCB2和GRIK2）也有文献报道了类似的行为关联。其他携带SVs的基因还涉及到了免疫、解剖学形态结构以及经济性状等方面。例如，NAFI已被证实通过在T细胞中下游靶向的IL-2生长因子来调控有效的免疫调节细胞因子的表达。GSK3B是GSK3A的一个isoform，有研究发现其与猪的脂肪存储能力有关。敲除GSK3A可改善小鼠对葡萄糖的糖耐量，并提高了肝糖原的储存和胰岛素的敏感性。无意义SVs相关的一些基因也有研究表明是参与了智力或大脑的发育，例如PAX2、MAGT1以及SHROOM2和SSBP3。综上所述，SVs已参与牦牛的驯化过程，且其靶向基因优先与神经系统、行为和免疫相关。这些研究的发现为牦牛的驯化和牛的进化提供了新的见解。原文链接：https://doi.org/10.1093/molbev/msab134 
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