中国农大团队完成首个绵羊端粒到端粒基因组组装，揭示Y染色体秘密

中国农大团队完成首个绵羊端粒到端粒基因组组装，揭示Y染色体秘密

近日，中国农业大学动物科学技术学院李孟华教授团队在国际知名学术期刊《自然·遗传》发表重要研究成果，首次完成了中国著名高繁殖力品种——湖羊的端粒到端粒无间隙基因组组装（T2T-sheep1.0），其中包括完整的Y染色体。这一突破性进展不仅揭示了绵羊驯化后的遗传变异，还为未来的品种改良提供了重要参考。

绵羊（Ovis aries）是最早被驯化的家畜之一，其基因组研究对于理解其进化历史、迁徙模式和遗传多样性至关重要。然而，由于反刍动物基因组中存在大规模的串联重复序列区域（如端粒、着丝粒和Y染色体），这些区域在现有基因组组装中往往缺失或未解析，限制了对绵羊基因组完整性的深入理解。

为克服这一挑战，研究团队采用了多种先进的测序技术，包括543.2 Gb的高深度ONT测序（190.4×）、149.0 Gb的PacBio HiFi测序（52.0×）、1135.86 Gb的Bionano光学图谱和357.22 Gb的Hi-C测序数据。通过这些数据，团队成功组装了一个大小为2.85 Gb的高质量绵羊基因组T2T-sheep1.0，其QV值达到了51.53。相比当前的绵羊参考基因组Ramb_v3.0，T2T-sheep1.0鉴定了220.05 Mb先前未解析的区域，这些区域主要集中于染色体末端和着丝粒等高度重复区域。

在着丝粒区域的精准解析中，研究人员发现常染色体和X染色体的着丝粒区域主要由高阶重复单元（higher-order repeats, HORs）组成的卫星DNA主导。研究团队将这些卫星重复序列分为三类：SatI（816 bp）、SatII（702 bp）和新发现的SatIII（22 bp）。通过荧光原位杂交（FISH）实验，验证了SatIII的存在及分布。此外，研究还揭示了绵羊Chr01、Chr02和Chr03三条中着丝粒染色体的演化事件，发现山羊6条染色体与两种绵羊物种的3条染色体之间存在2:1的融合关系。

基于T2T-sheep1.0检测的SNPs和SVs，研究团队鉴定出不同羊毛细度的家养绵羊种群之间的全基因组选择特征。在非PUR和PUR中分别鉴定了约779个和24个新的受选择基因，如与细毛特征相关的基因TARBP1、EPS8和DMXL2，与毛发发育和毛发弯曲有关的RSPO3和OFCC1等。此外，研究还发现了毛囊分化关键基因FOXQ1在不同绵羊种群中的等位基因频率变异。

这一研究的突破性进展为绵羊基因组学研究提供了新的参考框架，特别是在解析复杂性状的遗传机制和加速品种改良方面具有广泛应用前景。高质量的基因组信息不仅有助于管理濒危反刍动物的遗传多样性，还能为乳制品和肉类生产效率的提升提供科学依据。这一成果标志着在揭示反刍动物基因组中高度复杂且难以解析的重复区域方面取得了重要突破，为未来绵羊的功能组学研究奠定了坚实基础。

该研究由中国农业大学动物科学技术学院博士生罗凌云、吴慧和兰州大学草地农业科技学院博士生赵利明共同完成，李孟华教授、贾善刚副教授和王维民教授为共同通讯作者。研究得到了国家生物育种重大科技项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金等多项资助。