家牛是非洲最为重要的牲畜，在非洲经济生产和社会文化中扮演着极其重要的角色。现有的考古学和遗传学证据表明，野生原牛分别在西亚和南亚被驯化成普通牛（Bos taurus）和瘤牛（B. indicus）。两者分别在距今约4000-3000年和1400年伴随人类活动进入非洲东部，进而发生杂交，最终形成了今日丰富多样的非洲地方家牛品种（图1）。
▲图1. 非洲家牛的杂交历史
相比欧亚家牛，非洲地方家牛具有耐热、耐旱、抗蜱虫，抗锥虫病等抗逆抗病特性，是家牛育种改良的潜在重要资源。同时，面对非洲地区对牛奶和肉类不断增长的需求，提升非洲地方家牛的生产性能不仅成为非洲畜牧业可持续发展的关键，也是维持非洲地区的健康和财富的重要基础。
非洲地方家牛的杂交选育存在极其显著的性别偏倚（sex-biased）模式。非洲地方家牛的母系遗传组分线粒体DNA（mtDNA）全部来自普通牛，核基因组则主要来自瘤牛，表现为明显的mtDNA与核基因组不一致（mitonuclear DNA discordance）。研究非洲地方家牛如何协调潜在的核质不兼容，不仅有助于理解杂交后代中的核质互作动态变化这一重要的进化生物学问题，也能为动物杂交育种改良提供新的视角。
中-非中心昆明动物研究所团队联合国际家畜研究所（ILRI）、国际干旱地区农业研究中心（ICARDA）、崖州湾国家实验室、西北农林科技大学、吉林农业大学等中-非畜牧研究力量，覆盖非洲多个国家的地方家牛遗传资源，整合分析了近1000份家牛以及古代DNA基因组数据。研究结果发现在非洲杂交家牛基因组中大部分参与线粒体组装与功能的核基因在选择作用下持续清除母系来源的普通牛遗传组分，导致mtDNA与核基因组不一致的程度持续增加。
研究团队通过mtDNA拷贝数来评估线粒体的组装效率和融合水平，结果表明相比普通牛和瘤牛亲本，非洲家牛的mtDNA拷贝数有所下降，印证了线粒体相关功能存在减弱。联合GWAS和cattle GTEx数据分析，研究揭示了选择作用富集来自瘤牛的遗传组分，通过对线粒体功能相关核基因的表达调控，提升mtDNA拷贝数和改善线粒体功能，来缓解mtDNA与核基因组不一致带来的不利影响。有意思的是，研究人员对普通牛来源的线粒体功能基因进行了深入分析，发现有一些来源于已灭绝非洲原牛（B. primigenius africanus）的适应性渐渗（图2），很可能贡献了非洲地方家牛对热带病原的抵抗能力。
▲图2. 来自已灭绝非洲原牛（B. primigenius africanus）的适应性渐渗
该研究成果以“Selection increases mitonuclear DNA discordance but reconciles incompatibility in African cattle”为题发表于国际进化生物学著名刊物《Molecular Biology and Evolution》上。中国科学院昆明动物所博士研究生施贤、马成博士（现为瑞典乌普萨拉大学博士后）、西北农林科技大学陈宁博副教授为本文共同第一作者；昆明动物所彭旻晟研究员、张亚平研究员、国际家畜研究所（ILRI）首席科学家Olivier Hanotte教授和崖州湾国家实验室首席科学家韩建林教授为共同通讯作者。
研究工作得到国际旱地农业研究中心（ICARDA）高级科学家Joram M. Mwacharo教授的大力支持。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院中-非联合研究中心项目的资助。
