Типичное поведение пород собак определяют некодирующие генетические варианты

Люди много веков отбирали собак для выполнения определенных задач, таких как выпас скота и защита от хищников, охота под руководством человека или самостоятельное уничтожение грызунов. Естественно предположить, что характерные поведенческие паттерны поддерживаются на генетическом уровне. «Самый крупный и успешный генетический эксперимент, который когда-либо проводил человек, — это создание 350 пород собак», — говорит Элейн Острандер, основатель проекта «Геном собаки» в Национальном исследовательском институте генома человека (NHGRI, США). В новой работе ученые под руководством Элейн Острандер идентифицировали основные генетические линии собак, коррелирующие с их поведенческой специализацией, и охарактеризовали генетические варианты, которые могут влиять на поведение.

Чтобы определить генетические характеристики, связанные с поведенческими особенностями пород, сотрудники NHGRI и Пенсильванского университета получили данные полногеномного секвенирования или анализа на SNP-чипах для 2823 чистокровных собак, 687 домашних помесей, 658 полудиких деревенских собак из 47 стран и 93 диких представителей отряда Псовые с четырех континентов (волки, динго и др.). 

Для анализа и визуализации данных вместо широко распространенного принципа главных компонент (PCA) авторы использовали специальный метод представления многомерных данных с уменьшением размерности. Данные сформировали линейные траектории, выходящие из одной области, очень похожие на филогенетическое дерево (рис. 1 в статье). Попадание в ту или иную линию в значительной степени коррелировало с задачами, для которых разводили породы: терьеры (охотники на крыс), пастушьи собаки, охотничьи собаки, выслеживающие дичь по запаху, борзые (преследуют видимую добычу), легавые (делают стойку на добычу), шпицы и архаичные породы. Помеси ожидаемо попали в центральную часть «дерева», а дикие виды, кроме динго, сгруппировались у основания ветвей шпицев и пород примитивного типа. В итоге авторы выделили 10 линий собак (рис. 2 в статье), причем на концах линий оказывались наиболее специализированные породы с наименьшим количеством вариантов, свойственных другим породам. 

Для создания усредненных по породе поведенческих показателей авторы использовали результаты опросов владельцев более 46000 чистокровных собак. Хозяевам предлагали оценить такие качества питомца, как обучаемость, энергия, страх и агрессия при виде других собак или незнакомых людей, охотничье поведение. Результаты подтверждали, что терьеры склонны к хищническому поведению, овчарки и другие пастушьи породы лучше остальных поддаются дрессировке, при том, что они чрезвычайно энергичны. Поведенческие характеристики, наложенные на карту генетического разнообразия, хорошо коррелировали с ним. Интересно, что гончие оказались малообучаемыми; авторы связали это с «независимым стилем работы, ориентированным на следование инстинктам, а не на поиск сигналов от человека».

Методом GWAS исследователи определили 100 наиболее значимых локусов, связанных с каждой линий. Среди обнаруженных вариантов не было специфичных исключительно для одной линии, они встречались с умеренными частотами аллелей во всей когорте. Авторы предполагают, что разнообразие пород возникло из отбора вариантов, которые уже существовали в предковых популяциях, а не мутаций de novo. Кроме того, из 16 250 вариантов, сильно связанных с проанализированными линиями, всего 76 затрагивали кодирующие последовательности и при этом имели умеренное или сильное влияние. Это говорит о том, что в эволюции пород могли играть важную роль варианты в регуляторных участках, и предполагает значительно более сложный способ наследования поведенческих черт собак по сравнению, например, с морфологическими особенностями, возникшими в результате единственной мутации.

Признаки вероятного отбора по поведению были наиболее выраженными в линиях пастушьих собак, гончих и терьеров. Исследователей особенно интересовали пастушьи собаки, так как их поведение весьма сложное. У них обнаружили характерные варианты рядом с генами, участвующими в аксональном наведении (росте аксона к цели), например, в передаче сигналов эфринов. Известно, что эти сигнальные пути участвуют в развитии мозга и формировании поведения. Так, один из локусов находится рядом с геном EPHA5, который кодирует рецептор эфрина; этот ген ассоциирован с синдромом гиперактивности с дефицитом внимания у людей и тревожным поведением у других млекопитающих. Напрашивается аналогия с типичными чертами овчарок: энергичностью и гиперконцентрацией на задании.

По словам первого автора исследования Эмили Датроу, постдока в группе Острандер, выявить гены, лежащие в основе поведения собак, исторически было непросто, из-за «давления отбора на эстетические и морфологические признаки, часть которых может быть связана с поведенческими чертами». Селекция по поведенческим признакам неэффективна и медленна по сравнению с отбором по морфологическим признакам. Такая селекция могла продолжаться тысячелетиями в относительно изолированных популяциях (например,ездовые собаки Арктики или пастушьи — на Ближнем Востоке).

«Те же самые пути, которые участвуют в нейроразнообразии человека, связаны с поведенческими различиями между линиями собак; это указывает на то, что как у людей, так и у собак может использоваться один и тот же генетический инструментарий», — добавила Датроу.

«Методология Эмили позволила ей зафиксировать различные истории разведения собак по всему миру с помощью одного подхода, одного эксперимента и без предварительных предположений, — говорит Элейн Острандер. — После 30 лет попыток понять, по каким генетическим причинам пастушьи собаки пасут, мы, наконец, начинаем разгадывать тайну».

Среди ограничений работы авторы отмечают, что не провели анализ структурных вариаций и, следовательно, не выявляли возможное влияние вариаций числа копий (CNV), которые играют важную роль как в эволюции мозга млекопитающих, так и в психических нарушениях. Они подчеркивают, что «по-прежнему трудно приписать конечные поведенческие черты собак отдельным локусам, во многом так же, как отнесение локусов к риску психических расстройств у человека осложняется диагностическим совпадением между расстройствами, гетерогенностью локуса, плейотропией и влиянием распространенных вариаций на риск».

Порода собаки — плохой предиктор поведения

Современные собаки произошли от двух популяций волков из разных частей Евразии

Генетика лабрадуделей