Как, за бога, получихме дребните породи кучета от вълците

Като гледаме френския булдог или невротичния померан, може да е трудно да разберем как тези кучета с размер на халба биха могли да произлязат от вълците, които днес обикновено надхвърлят 45 килограма и, макар и на групи, могат да убият бизон.

Като се има предвид огромната разлика в размерите между един вълк и най-малките породи кучета, лесно е да се предположи, че генетичните промени, които довеждат до скромните размери на чихуахуато и подобните им, се появяват едва когато хората започват да ги опитомяват, преди около 15 000 години.

Изследване, публикувани в Current Biology, обаче показват, че генетичният материал за днешните малки породи кучета всъщност се крие в ДНК още на древни вълци, живели преди повече от 50 000 години, много преди да започне опитомяването…

Още през 2007 г. Илейн Острандър, генетик в Националния институт за изследване на човешкия геном и старши автор на въпросното изследване, заедно с нейните колеги откриват, че един единствен ген е до голяма степен отговорен за разликите в размера между породите кучета. Въпросният ген кодира протеин, наречен инсулиноподобен растежен фактор-1 (IGF-1).

Протеинът IGF-1 е основен, когато става въпрос за размера на тялото въобще при бозайниците и породите кучета са особено ясен пример. Малките пудели има много по-малко IGF-1 в кръвта си, отколкото по-големите пудели.

Като цяло, генът, който кодира протеина IGF-1, контролира около 15% от вариацията на размера сред кучетата, докато 19 други гена представляват останалите. За разлика от тях, има около 10 000 ДНК маркера при хората, които всички играят роля при определянето на това колко висок става човек, като най-влиятелният единичен ген представлява по-малко от 0,5% .

Но досега изследователите никога не са могли да локализират мутацията или промяната в ДНК последователността на гена в IGF-1 генната област, която води до по-малко протеин, който да стимулира растежа при по-малки кучета. Повече от десетилетие по-късно и с помощта на съвременен геномен анализ, доктор Джоселин Пласаис от лабораторията на Острандър използва първия локдаун през лятото на 2020 г., за да хвърли нов поглед върху IGF-1 генната област при кучета с неортодоксален подход: тя започва да чете част от генетичния код наобратно.

Това генетично издирване засяга конкретен ген, който се транскрибира в така наречената дълга некодираща РНК, която е наречена така, защото не кодира никакви протеини. Екипът установява, че има две версии или варианта на гена, който кодира тази верига от РНК, които присъстват при домашните кучета, като един от тях изглежда пречи на производството на регулиращия растежа протеин IGF-1. Тъй като кучетата получават по един набор от 39 хромозома от всеки родител, те могат да получат две копия на един и същи вариант или по едно от всеки.

Сред домашните кучета, 75% от тези под около 10 килограма имат две копия на варианта на гена IGF-1, който изследователите наричат алел C, а 75% от кучета с тегло над около 20 килограма имат две копия на алела T. Тези корелации са толкова силни, че Острандър и нейните съавтори изоставят официалната терминология и започват просто да наричат ​​вариантите малкия и големия алел.

При семейство Canidae (Кучеви): вълците обикновено имат две копия на големия алел с малки изключения, докато видовете не-вълци, като лисици, чакали и хиеновите кучета, имат по две копия на малкия алел. Койотите също попадат в тази група не-вълци, но показват повече вариации, тъй като в някои части на света, особено в източните Съединени щати, понякога се кръстосват с вълци. Тези койвълци, както ги наричат ​​разговорно, са по-големи и често имат поне едно копие на големия вариант на гена IGF-1.

И накрая, за да се опита да разбере кога и къде са се появили тези варианти, екипът анализира най-старите геноми, до които са могли да се доберат – ДНК на древен вълк, който е бил запазен в продължение на 52 500 години в сибирската вечна замръзналост. Геномът на това животно не съдържа две копия на големия вариант, вместо това има по едно копие от малкия и големия.

„При древните кучеви очакването е, че ще имат две копия на големия алел“, казва Острандър. „Но се оказва, че и малкият алел е в популацията, само че с ниска честота. Почти все едно природата го държи като резервен вариант за всеки случай.”

Острандър и Пласаис казват, че това предполага, че малкият алел е присъствал преди най-малко 54 000 години и може дори да предшества големия алел. Изследователите изчисляват, че 52 500-годишният вълк с едно копие на малкия вариант е тежал около 20 килограма. Дори ако, по-назад в еволюционното време преобладават вълците с две копия на малкия алел, те няма да са с размерите на пудели, поради това, че все пак 85% от вариациите в размера на тялото на кучетата, са причинени от гени, различни от IGF-1.

„Този ​​ген е съществувал по времето, когато хората са започнали да опитомяват кучетата, така че са могли да ги кръстосват предвид него“, казва Острандър. „Това им позволява много бързо да манипулират размера на тялото на животното, за да получат големи кучета за охрана, по-малки кучета за помощ на овчарите и още по-малки кучета за ловене на плъхове.“

Еволюционният биолог от Оксфордския университет Грегър Ларсън помага на екипа с древните кучешки геноми и в светлината на тези резултати казва, че вероятно е по-точно да се мисли за големия вариант на IGF-1 гена като мутация, а за малкия вариант като за оригинала. Големият вариант, казва Ларсън, може да е помогнал на древните вълци да увеличат размера на тялото си, за да се адаптират към по-студен климат, докато се преместват в по-северни места.

„Екипът не само проследи тези два алела IGF-1, които са супер влиятелни, когато става въпрос за размера, той разбра и, че оригиналният вариант е малкият алел, както и че предшества опитомяването“, казва Елинор Карлсон, генетик в Broad Institute, който не е участвал в изследването. „Ние смятаме, че малките кучета са странни, но анализът показва, че голямата версията на този ген всъщност е по-новата и по-странната.“

Сравнително простата генетична архитектура на кучетата може един ден също да ни помогне да разберем по-добре как работят гените в нашия собствен вид. Острандър казва, че целта на нейната лаборатория сега е да се опита да разбере биологичния механизъм, чрез който това обърнато наобратно парче дълга некодираща РНК регулира IGF-1 и съответно размера на тялото.