家养动物的起源和进化一直是进化生物学家关注的热点之一。达尔文的《物种起源》中提到家养动物受到自然选择和人工选择的作用。探究生物对不同的生存环境适应性进化的遗传机制是当今进化生物学领域的重要组成部分。随着后基因组时代的到来,进化生物学家试图从基因组、转录组和蛋白组等多层次研究家养动物适应不同环境和人工选择下的分子进化机制,期望揭开这个达尔文难题的神秘面纱。这对理解生物的进化有着重要的意义。家犬(Canis familiaris)是人类驯化最早的家养动物。家犬起源于1万5千年前到4万年前欧亚大陆上灰狼的一次驯化事件,然后随着人类的迁移扩散至世界各地。其迁移足迹记录了人类的迁移历史。探索家犬的迁移历史有助于理解人类“到哪里去”的问题。另外,与野生动物长期进化不同,在自然选择和人工选择压力下,家养动物在几千年内快速适应了世界各地不同的自然环境。与其他家养动物相比,家犬与人类的关系最为紧密,生活环境最为相似。研究家犬对不同环境的适应性进化,有助于加深我们对生物演化的理解。本论文的第一部分中我们对15只非洲土狗和4只非洲金豺(Canis anthus)进行了全基因组重测序,然后与发表的29只家犬和7只灰狼的全基因组数据合并分析。主成分分析、系统发育树和群体遗传结构分析结果都显示非洲土狗具有独立的遗传组分,表明非洲犬是一个独立的群体。非洲土狗的遗传多样性和有效群体是家犬群体中最低的,表明家犬到达非洲比欧亚大陆晚。群体历史模拟显示家犬约1万4千年前迁移到非洲,经历一次强烈的瓶颈效应后进行群体扩张,非洲土狗与非洲金豺发生了1.88%-3.50%基因交流。全基因组选择信号扫描分析鉴定了50个可能受选择的基因(positively selected genes,PSGs),主要与免疫、血管生成、紫外线防护以及胰岛素分泌和敏感性等功能相关。基因本体(Gene Ontology,GO)分析显示PSGs显著富集在7个通路。其中两个通路也在非洲人群PSGs的GO富集到。这暗示了非洲土狗和人群存在趋同进化。在PSGs中,ADGRE1(adhesion G protein-coupled receptor E1)与非洲人群对重症疟疾的抗性相关。我们通过溯祖模拟排除了ADGRE1基因的选择信号是遗传漂变的可能性。因此,我们对ADGRE1基因进行深入研究。通过疟原虫侵染小鼠巨噬细胞系实验,证明家犬的ADGRE1基因参与了巨噬细胞对疟原虫的胞吞作用,并通过加强I型干扰素通路相关基因的表达量抵抗疟原虫的侵染。非洲犬特有的非同义突变(G655A)能够加强ADGRE1基因的抗疟原虫功能。除了致病微生物外,温度在物种分布和表型差异中也起到非常重要的作用。第二部分我们围绕家犬对温度的适应性进化开展研究。我们选择中国南方土狗为对象研究其对温暖环境的适应性。我们使用三种方法基于12只灰狼和32只中国南方土狗的基因组筛选正选择基因。在候选基因中CPT1A(Carnitine Palmitoyltransferase1A)是长链脂肪酸进入线粒体氧化的限速酶,与西伯利亚土著人群的寒冷环境或高脂肪食物相关。在CPT1A 3’UTR区域,我们发现一个中国南方土狗特有突变C477T,该突变在欧亚大陆家犬中的频率与年均温度成正相关。通过细胞系实验,我们证明miR-139与该突变结合并下调CPT1A的表达量。而miR-139对477T突变的影响比477C更明显。因此,推断CPT1A基因与家犬适应温度变化相关。然后我们估计了477T突变在中国南方家犬中的选择系数为0.0044,该突变在大约7,962年前出现,而大约8,150年左右小冰期结束,全球温度开始升高,温暖期持续到1,500年前。据此我们推测477T突变可能与温暖的环境适应相关。综上所述,本论文的两个部分工作从基因组层次研究家犬的适应性进化的分子机制,为研究家养动物在人工选择和自然选择下快速适应不同自然环境的遗传机制提供参考和借鉴。一方面,我们深入挖掘非洲土狗适应热带环境的分子机制,首次发现ADGRE1基因在抵抗疟疾方面的功能。加深了我们对家犬作为研究人类疟疾控制和治疗良好模型的认识。另一方面我们发现家犬适应温暖环境的分子机制。两部分工作促进我们对适应性进化的认识,同时也为我们更好的理解人类自身的演化提供了支持与启发。