基因組所與昆明動物所在家犬起源進化的合作研究中取得新進展
5月14日,中科院北京基因組研究所與中科院昆明動物研究所在家犬起源進化合作研究中取得重要進展,相關論文在最新一期Nature子刊《自然·通訊》(Nature Communications)雜志在線發表。該研究成果從全基因組層面上闡述了狗的起源進化,并首次將其進化歷史和人類的近期演化聯系了起來。
昆明動物所王國棟博士與基因組所翟巍巍博士,利用大規模基因組測序對分布于世界范圍內的多個野生灰狼、中國地區的土狗以及世界各地的多只品種狗進行了大規模的重測序。研究人員發現:家犬的起源時間比領域內先前的估計(一萬六千年)要早一倍,同時提示家犬的起源可能比原先理解的伴隨農業起源的模式要豐富很多。研究人員通過家犬和野生灰狼的基因組比較,發現很多交配繁殖、消化代謝以及神經功能基因在家犬的馴化過程中受到了強烈的人工選擇。值得關注的是這些基因和人在近期的適應性進化存在較多的重合。
家犬作為最早被馴化的家養動物,其馴化在人類歷史上具有十分重要的意義。家犬無論是形態學的多樣性還是行為的差異性,是已知物種中多樣性最為豐富的一種,因而是研究人工選擇下生物適應的最佳模式生物。研究家犬起源和馴化的遺傳機制,一直是遺傳學領域的一個關鍵問題。
家犬的馴化歷史可分為兩個部分。首先,野生的灰狼由于人工選擇,被馴化為家犬,這些家犬和平常我們理解的品種犬不同,他們一般沒有經受過強烈的近親交配,因而具有較高的遺傳多樣性。其次,在最近的幾百年里,人們根據自己的喜好,培育了大量形態、行為各異的品種,這些被培育成品種系的家犬也被稱為現代品種犬。目前已有的研究大多集中于研究品種犬的形態差異的遺傳學機制,而對從灰狼到家犬的馴化過程缺乏足夠的關注。
昆明動物所張亞平教授前期研究發現,來自東亞地區,特別是中國的土狗,具有非常高的遺傳多樣性,東南亞有可能是家犬的起源馴化地,因而來自中國,特別是中國南方的土狗是研究家犬如何由灰狼馴化而來的重要遺傳資源。
隨著基因測序技術的產生和快速發展,基因組測序的成本急劇降低,效率大大提高,使得在全基因組水平探討家犬馴化的早期歷史成為可能。在此機遇下,科研人員利用新一代測序平臺,對四只灰狼,三只中國本地犬,和三只現代品種犬進行了全基因組測序分析,每個個體的測序覆蓋度達8-13X,鑒定出多達1392萬個SNP位點和302萬個小片段插入缺失(indel)。全基因組分析表明遺傳多樣性由灰狼到中國本地犬再到品種犬依次遞減,馴化歷史分析表明家犬與灰狼的分歧時間大約為3萬2千年。種群演化歷史的分析發現,家犬的起源經歷了較弱的瓶頸效應。根據演化歷史和微弱的瓶頸效應,研究人員提出了家犬起源的“拾荒者”假說。研究人員認為:家犬的馴化可能始于早期人類的打獵時期,在人類出行狩獵大型動物的時候,有一群狼總是喜歡跟隨著人類,當人類成功俘獲大型獸類(例如大象等)的時候,這群狼總是能撿拾到一些食物(拾荒)。隨著和人類的不斷交互,這群狼慢慢的被人類所馴化并成為了人類忠實的朋友。
利用群體遺傳分析的手段,研究人員定位到了311個受人工選擇的基因,這些基因富集在生殖系統、消化和新陳代謝系統及神經相關通路上。更有意思的是,家犬中受選擇的基因和人類受選擇的基因存在顯著地交集,特別是在消化和新陳代謝系統、神經相關通路及癌癥相關基因集上。該研究首次闡明家犬自馴化以來,和人類存在顯著的平行進化歷程。同時該研究還提示我們,作為人類最忠實的朋友,家犬同樣也是很好的模式生物,為科研人員研究和理解人類的演化和疾病提供了嶄新的視角。
Extra note:
文章鏈接:http://www.nature.com/ncomms/journal/v4/n5/abs/ncomms2814.html
National geographic (美國國家地理報道) :http://news.nationalgeographic.com/news/2013/13/130514-dogs-domestication-humans-genome-science/