Генный вариант, который делает собак маленькими, найден у волков

Среди всех млекопитающих на Земле домашняя собака показывает наибольшие вариации в размере тела внутри вида — размеры пород могут отличаться в 40 раз. Предыдущие исследования уже идентифицировали около 20 генов, регулирующих размер тела. Один из этих генов — инсулиноподобный фактор роста 1 (IGF1) — отвечает за примерно 15% всех вариаций в размере тела между породами. При этом конкретные мутации, приводящие к подобным вариациям, до сих пор не были идентифицированы. К тому же считалось, что они появились сравнительно недавно, и уменьшение размера тела было связано с одомашниванием. Международная группа ученых выявила вариант, находящийся в последовательности антисмысловой длинной некодирующей РНК, взаимодействующей с IGF1, причем он ассоциирован с массой тела как у современных, так и у древних собак, а также у других псовых.

В первую очередь авторы проанализировали локус вокруг гена IGF1 в 456 геномах 179 пород собак и идентифицировали десять наиболее ассоциированных с размером генетических вариантов. Присутствовали как и ранее известные варианты, так новые. Среди последних ученые обратили внимание на rs22397284 — он единственный был полиморфным не только у собак, но и у диких псовых.

Дальнейшее изучение rs22397284 показало, что 75% домашних собак, гомозиготных по аллелю C, имеют массу менее 15 кг («маленькие породы»), в то время как 75% собак, гомозиготных по аллелю T, имеют массу более 25 кг («большие породы»). Эти результаты были подтверждены секвенированием геномов 144 пуделей и 138 шнауцеров различных размеров.

Анализ 51 генома собак выявил также корреляцию между этим генетическим вариантом и уровнем IGF-1 в сыворотке крови. Предположительно, rs22397284 влияет на экспрессию IGF-1. Авторы показали, что вариант располагается в последнем экзоне длинной некодирующей РНК, являющейся антисмысловой к IGF1. Они обозначили ее как IGF1-AS. Они также обозначили варианты C и Т как «малый» и «большой» аллель соответственно.

Для изучения истории IGF1-AS ученые включили в анализ 33 ранее опубликованных древних генома собак возрастом до 10 930 лет. Анализ показал, что 50% древних геномов собак были гомозиготны по «малому» аллелю и 32% — по «большому» аллелю. Реконструкция массы тела древних животных показала не только корреляцию между массой тела и IGF-AS, но и между местом обитания животного и его генетическим вариантом — частота «большого» аллеля была выше в северных широтах, в то время как на юге превалировал «малый» аллель. Это соотносится с экологическим правилом Бергмана о том, что у схожих видов более северные популяции будут иметь больший размер тела.

Ученые обнаружили такие же корреляции при анализе геномов девяти древних и 114 современных волков. При этом гетерозиготные особи обнаруживается у волков уже 53 000 лет назад.

Чтобы выяснить, какой из аллелей является предковой формой, ученые проанализировали 24 генома 11 видов псовых. Из них у всех, кроме красных волков, был обнаружен «малый» аллель в гомозиготном состоянии, что позволяет предположить, что он является предковым. Эту теорию подтверждает также наличие «малого» аллеля у других родственных псовым млекопитающих, таких как хорьки, панды и кошки.

Ученые также еще раз продемонстрировали связь IGF-AS с температурой среды на геномах 76 койотов из разных регионов США.

В целом, полученные результаты указывают на то, что отбор в сторону меньших размеров тела при одомашнивании собак стал возможен благодаря древнему аллелю в антисмысловой последовательности гена IGF1. Ученые предполагают, что «большой» аллель (вариант Т) появился у волков более 53 000 лет назад, после чего его частота росла, вероятно, в связи с низкими температурами в тот период, в то время как «малый» аллель сохранялся у волков южных широт.