Abstract Cattle domestication and the complex histories of East Asian cattle breeds warrant further investigation. Through analysing the genomes of 49 modern breeds and eight East Asian ancient samples, worldwide cattle are consistently classified into five continental groups based on Y-chromosome haplotypes and autosomal variants. We find that East Asian cattle populations are mainly composed of three distinct ancestries, including an earlier East Asian taurine ancestry that reached China at least ~3.9 kya, a later introduced Eurasian taurine ancestry, and a novel Chinese indicine ancestry that diverged from Indian indicine approximately 36.6–49.6 kya. We also report historic introgression events that helped domestic cattle from southern China and the Tibetan Plateau achieve rapid adaptation by acquiring ~2.93% and ~1.22% of their genomes from banteng and yak, respectively. Our findings provide new insights into the evolutionary history of cattle and the importance of introgression in adaptation of cattle to new environmental challenges in East Asia.

Global climate change has a significant effect on extreme environments and a profound influence on species survival. However, little is known of the genome-wide pattern of livestock adaptations to extreme environments over a short time frame following domestication. Sheep (Ovis aries) have become well adapted to a diverse range of agroecological zones, including certain extreme environments (e.g., plateaus and deserts), during their post-domestication (approximately 8–9 kya) migration and differentiation. Here, we generated whole-genome sequences from 77 native sheep, with an average effective sequencing depth of ∼5× for 75 samples and ∼42× for 2 samples. Comparative genomic analyses among sheep in contrasting environments, that is, plateau (>4,000 m above sea level) versus lowland (<100 m), high-altitude region (>1500 m) versus low-altitude region (<1300 m), desert (<10 mm average annual precipitation) versus highly humid region (>600 mm), and arid zone (<400 mm) versus humid zone (>400 mm), detected a novel set of candidate genes as well as pathways and GO categories that are putatively associated with hypoxia responses at high altitudes and water reabsorption in arid environments. In addition, candidate genes and GO terms functionally related to energy metabolism and body size variations were identified. This study offers novel insights into rapid genomic adaptations to extreme environments in sheep and other animals, and provides a valuable resource for future research on livestock breeding in response to climate change.

Abstract As warthog ( Phacochoerus africanus ) has innate immunity against African swine fever (ASF), it is critical to understand the evolutionary novelty of warthog to explain its specific ASF resistance. Here, we present two completed new genomes of one warthog and one Kenyan domestic pig, as the fundamental genomic references to decode the genetic mechanism on ASF tolerance. Our results indicated, multiple genomic variations, including gene losses, independent contraction and expansion of specific gene families, likely moulded warthog’s genome to adapt the environment. Importantly, the analysis of the presence and absence of genomic sequences revealed that, the warthog genome had a DNA sequence absence of the lactate dehydrogenase B (LDHB) gene on chromosome 2 compared to the reference genome. The overexpression and siRNA of LDHB indicated that its inhibition on the replication of ASFV. Combining with large-scale sequencing data of 123 pigs from all over the world, contraction and expansion of TRIM genes families revealed that TRIM family genes in the warthog genome were potentially responsible for its tolerance to ASF. Our results will help further improve the understanding of genetic resistance ASF in pigs.

During the past 3000 years, cattle on the Qinghai-Xizang Plateau have developed adaptive phenotypes under the selective pressure of hypoxia, ultraviolet (UV) radiation, and extreme cold. The genetic mechanism underlying this rapid adaptation is not yet well understood. Here, we present whole-genome resequencing data for 258 cattle from 32 cattle breeds/populations, including 89 Tibetan cattle representing eight populations distributed at altitudes ranging from 3400 m to 4300 m. Our genomic analysis revealed that Tibetan cattle exhibited a continuous phylogeographic cline from the East Asian taurine to the South Asian indicine ancestries. We found that recently selected genes in Tibetan cattle were related to body size (HMGA2 and NCAPG) and energy expenditure (DUOXA2). We identified signals of sympatric introgression from yak into Tibetan cattle at different altitudes, covering 0.64%–3.26% of their genomes, which included introgressed genes responsible for hypoxia response (EGLN1), cold adaptation (LRP11), DNA damage repair (LATS1), and UV radiation resistance (GNPAT). We observed that introgressed yak alleles were associated with noncoding variants, including those in present EGLN1. In Tibetan cattle, three yak introgressed SNPs in the EGLN1 promoter region reduced the expression of EGLN1, suggesting that these genomic variants enhance hypoxia tolerance. Taken together, our results indicated complex adaptation processes in Tibetan cattle, where recently selected genes and introgressed yak alleles jointly facilitated rapid adaptation to high-altitude environments.

Abstract Rapid diagnosis based on naked-eye colorimetric detection remains challenging, but it could build new capacities for molecular point-of-care testing (POCT). In this study, we evaluated the performance of 16 types of single-stranded DNA-fluorophore-quencher (ssDNA-FQ) reporters for use with CRISPR/Cas12a based visual colorimetric assays. Among them, 9 ssDNA-FQ reporters were found to be suitable for direct visual colorimetric detection, with especially very strong performance using ROX-labeled reporters. We optimized the reaction concentrations of these ssDNA-FQ reporters for naked-eye read-out of assay results (no transducing component required for visualization). Subsequently, we developed a convolutional neural network algorithm standardize and to automate the analytical colorimetric assessment of images and integrated this into the MagicEye mobile phone software. A field-deployable assay platform named RApid VIsual CRISPR (RAVI-CRISPR) based on a ROX-labeled reporter with isothermal amplification and CRISPR/Cas12a targeting was established. We deployed RAVI-CRISPR in a single tube towards an instrument-less colorimetric POCT format that requires only a portable rechargeable hand warmer for incubation. The RAVI-CRISPR was successfully used for the single-copy detection of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) and African swine fever virus (ASFV). Our study demonstrates this novel RAVI-CRISPR system for distinguishing different pathogenic nucleic acid targets with high specificity and sensitivity as the simplest-to-date platform for rapid pen-side testing.

ABSTRACT The crab-eating macaques ( Macaca fascicularis ) and rhesus macaques ( M. mulatta ) are widely studied nonhuman primates in biomedical and evolutionary research. Despite their significance, the current understanding of the complex genomic structure in macaques and the differences between species requires substantial improvement. Here, we present a complete genome assembly of a crab-eating macaque and 20 haplotype-resolved macaque assemblies to investigate the complex regions and major genomic differences between species. Segmental duplication in macaques is ∼42% lower, while centromeres are ∼3.7 times longer than those in humans. The characterization of ∼2 Mbp fixed genetic variants and ∼240 Mbp complex loci highlights potential associations with metabolic differences between the two macaque species (e.g., CYP2C76 and EHBP1L1 ). Additionally, hundreds of alternative splicing differences show post-transcriptional regulation divergence between these two species (e.g., PNPO ). We also characterize 91 large-scale genomic differences between macaques and humans at a single-base-pair resolution and highlight their impact on gene regulation in primate evolution (e.g., FOLH1 and PIEZO2 ). Finally, population genetics recapitulates macaque speciation and selective sweeps, highlighting potential genetic basis of reproduction and tail phenotype differences (e.g., STAB1 , SEMA3F , and HOXD13 ). In summary, the integrated analysis of genetic variation and population genetics in macaques greatly enhances our comprehension of lineage-specific phenotypes, adaptation, and primate evolution, thereby improving their biomedical applications in human diseases.

Goat domestication was critical for agriculture and civilization, but its underlying genetic changes and selection regimes remain unclear. Here we analyze the genomes of worldwide domestic goats, wild caprid species and historical remains, providing evidence of an ancient introgression event from a West Caucasian tur-like species to the ancestor of domestic goats. One introgressed locus with a strong signature of selection harbors the MUC6 gene which encodes a gastrointestinally secreted mucin. Experiments revealed that the nearly fixed introgressed haplotype confers enhanced immune resistance to gastrointestinal pathogens. Another locus with a strong signal of selection may be related to behavior. The selected alleles at these two loci emerged in domestic goats at least 7,200 and 8,100 years ago, respectively, and increased to high frequencies concurrent with the expansion of the ubiquitous modern mitochondrial haplogroup A. Tracking these archaeologically cryptic evolutionary transformations provides new insights into the mechanism of animal domestication.

Abstract The wide geographical distribution of Eurasian wild boar ( Sus scrofa ) offers a natural experiment to study the thermoregulation. Here, we conducted whole-genome resequencing and chromatin profiling experiments on the local populations from cold regions (northern and northeastern Asia) and warm regions (southeastern Asia and southern China). Using genome-wide scans of four methods, we detected candidate genes underlying cold-adaptation with significant enrichment of pathways related to thermogenesis, fat cell development, and adipose tissue regulation. We also found two enhancer variants under positive selection, an intronic variant of IGF1R (rs341219502) and an exonic variant of BRD4 (rs327139795), which showed the highest differentiation between cold and warm region populations of wild boar and domestic pigs. Moreover, these rare variants were absent in outgroup species and warm-region wild boar but nearly fixed in cold-region populations, suggesting their de novo origins in cold-region populations. The experiments of CUT&Tag chromatin profiling showed that rs341219502 of IGF1R is associated with the gain of three novel transcription factors involving regulatory changes in enhancer function, while rs327139795 of BRD4 could result in the loss of a phosphorylation site due to amino acid alteration. We also found three genes ( SLCO1C1, PDE3A , and TTC28 ) with selection signals in both wild boar and native human populations from Siberia, which suggests convergent molecular adaptation in mammals. Our study shows the adaptive evolution of genomic molecules underlying the remarkable environmental flexibility of wild boar.

Abstract Anthropological and biophysical processes have shaped livestock genomes over Millenia and can explain their current geographic distribution and genetic divergence. We analyzed 57 Ethiopian indigenous domestic goat genomes alongside 67 equivalents of east, west, and north-west African, European, South Asian, Middle East, and wild Bezoar goats. Cluster, ADMIXTURE (K = 4) and phylogenetic analysis revealed four genetic groups comprising African, European, South Asian, and wild Bezoar goats. The Middle Eastern goats had an admixed genome of these four genetic groups. At K = 5, the West African Dwarf and Moroccan goats were separated from East African goats demonstrating a likely historical legacy of goat arrival and dispersal into Africa via the coastal Mediterranean Sea and the Horn of Africa. F ST , XP-EHH, and H p analysis revealed signatures of selection in Ethiopian goats overlaying genes for thermo-sensitivity, oxidative stress response, high-altitude hypoxic adaptation, reproductive fitness, pathogen defence, immunity, pigmentation, DNA repair, modulation of renal function and integrated fluid and electrolyte homeostasis. Notable examples include TRPV1 (a nociception gene); PTPMT1 (a critical hypoxia survival gene); RETREG (a regulator of reticulophagy during starvation), and WNK4 (a molecular switch for osmoregulation). These results suggest that human-mediated translocations and adaptation to contrasting environments are shaping indigenous African goat genomes.