О социализации и генетической изменчивости при доместикации (на примере пород собак)

О социализации и генетической изменчивости при доместикации (на примере пород собак)

Автор: Глазко В.И., Косовский Г.Ю., Блохина Т.В., Жиркова А.А., Глазко Т.Т.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Молекулярная структура генома

Статья в выпуске: 2 т.56, 2021 года.

Бесплатный доступ

Социальная активность является основой взаимодействия между разными видами в процессе формирования общей ниши, в том числе при доместикации животных. Среди характеристик «доместикационного синдрома» универсальной для разных видов признается повышенная социальная активность (M.A. Zeder, 2017).Предполагается, что некоторые элементы такого повышения обусловлены определенной неотенизацией ряда метаболических путей головного мозга (M. Somel с соавт., 2009). Это хорошо согласуется с данными о связи «доместикационного синдрома» с замедлением клеточной пролиферации нервного гребня (M.A. Zeder, 2015). У человека описан синдром гиперсоциализации (синдром Вильямса-Берена - WBS), связанный с гемиделецией/гемидупликацией области 7q11.23, включающей 25-28 генов, продукты которых критичны для разных функций центральной нервной системы (A. Antonell с соавт., 2010). Обнаружено, что комплекс таких генов находится на хромосоме 6 у псовых, а домашняя собака, рассматриваемая в последние годы как основной модельный объект для изучения генетических механизмов доместикации (E.A. Ostrander с соавт., 2019), отличается от волков присутствием в этой области инсерций транспозонов, повышенного метилирования и пониженной экспрессией генов в этом участке (B.M. von Holdt с соат., 2017, 2018; D. Tandon с соавт., 2019 ). Целью настоящей работы был анализ таких инсерций в области ключевого гена WBSCR17 (6-я хромосома Canis familiaris ), ассоциированного с повышенной социальной активностью собак (районы интронов Cfa6.6 и Cfa6.7), у представителей разных пород и межвидовых гибридов с шакалами, а также выяснение присутствия мобильных генетических элементов в этих районах. В результате показано наличие в них последовательностей с высокой гомологией к неавтономному диспергированному ядерному элементу SINEC2A1_CF (94 % гомологии) и к двум участкам эндогенного ретровируса 3, последовательности которого описаны у человека и крупного рогатого скота (около 80 % гомологии). Таким образом, показано увеличение изменчивости по наличию и числу инсерций в районы Cfa6.6 и Cfa6.7 у собак разных пород и гибридов, присутствие в них участков гомологии к эндогенным ретровирусам человека и крупного рогатого скота, а также короткого диспергированного ядерного элемента, видоспецифичного для домашней собаки, - SINEC2A1_CF, несущего гексануклеотид AATAAA, который способствует завершению транскрипции. Полученные данные позволяют предполагать вовлечение ретровирусов при формировании общей ниши в процессе доместикации, что приводит к повышенной изменчивости, способствующей отбору животных с гиперсоциализацией

Еще

Доместикация, гиперсоциализация, синдром уильямса-берена, ретротранспозоны, породы и гибриды собак, общая ниша

Короткий адрес: https://sciup.org/142229476

IDR: 142229476   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2021.2.292rus

Список литературы О социализации и генетической изменчивости при доместикации (на примере пород собак)

  • Zeder M.A. Core questions in domestication research. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2015, 112(11): 3191-3198 (doi: 10.1073/pnas.1501711112).
  • Zeder M.A. Domestication as a model system for the extended evolutionary synthesis. Interface Focus, 2017, 7(5): 20160133 (doi: 10.1098/rsfs.2016.0133).
  • Colino-Rabanal V.J., Rodríguez-Díaz R., Blanco-Villegas M.J., Peris SJ, Lizana M. Human and ecological determinants of the spatial structure of local breed diversity. Sci Rep., 2018, 8(1): 6452 (doi: 10.1038/s41598-018-24641-3).
  • Sánchez-Villagra M.R., van Schaik C.P. Evaluating the self-domestication hypothesis of human evolution. Evolutionary Anthropology, 2019, 28(3): 133-143 (doi: 10.1002/evan.21777).
  • FAO. The Second Report on the State of the World's Animal Genetic Resources for Food and Agriculture /B.D. Scherf, D. Pilling (eds.). FAO Commission on Genetic Resources for Food and Agriculture Assessments, Rome, 2015. Режим доступа: http://www.fao.org/3/a-i4787e/index.html. Без даты.
  • Ostrander E.A., Wang G.D., Larson G., von Holdt B.M., Davis B.W., Jagannathan V., Hitte C., Wayne R.K., Zhang Y.P., Dog10K Consortium. Dog10K: an international sequencing effort to advance studies of canine domestication, phenotypes and health. National Science Review, 2019, 6(4): 810-824 (doi: 10.1093/nsr/nwz049).
  • Sykes N., Beirne P., Horowitz A., Jones I., Kalof L., Karlsson E., King T., Litwak H., McDonald R.A., Murphy L.J., Pemberton N., Promislow D., Rowan A., Stahl P.W., Tehrani J., Tour-igny E., Wynne C.D.L., Strauss E., Larson G. Humanity's best friend: a dog-centric approach to addressing global challenges. Animals (Basel), 2020, 10(3): 502 (doi: 10.3390/ani10030502).
  • Zanella M., Vitriolo A., Andirko A., Martins P.T., Sturm S., O'Rourke T., Laugsch M., Malerba N., Skaros A., Trattaro S., Germain P.L., Mihailovic M., Merla G., Rada-Iglesias A., Boeckx C., Testa G. Dosage analysis of the 7q11.23 Williams region identifies BAZ1B as a major human gene patterning the modern human face and underlying self-domestication. Science Advances, 2019, 5(12): eaaw7908 (doi: 10.1126/sciadv.aaw7908).
  • Antonell A., Del Campo M., Magano L.F., Kaufmann L., de la Iglesia J.M., Gallastegui F., Flores R., Schweigmann U., Fauth C., Kotzot D., Pérez-Jurado L.A. Partial 7q11.23 deletions further implicate GTF2I and GTF2IRD1 as the main genes responsible for the Williams-Beuren syndrome neurocognitive profile. Journal of Medical Genetics, 2010, 47(5): 312-320 (doi: 10.1136/jmg.2009.071712).
  • Etokebe G.E., Axelsson S., Svaerd N.H., Storhaug K., Dembi Z. Detection of hemizygous chromosomal copy number variants in Williams-Beuren Syndrome (WBS) by duplex quantitative PCR array: an unusual type of WBS genetic defect. International Journal of Biomedical Science, 2008; 4(3): 161-170.
  • Ferrero G.B., Howald C., Micale L., Biamino E., Augello B., Fusco C., Turturo M.G., For-zano S., Reymond A., Merla G. An atypical 7q11.23 deletion in a normal IQ Williams-Beuren syndrome patient. Eur. J. Hum. Genet., 2010, 18(1): 33-38 (doi: 10.1038/ejhg.2009.108).
  • López-Tobón A., Trattaro S., Testa G. The sociability spectrum: evidence from reciprocal genetic copy number variations. Molecular Autism, 2020, 11(1): 50 (doi: 10.1186/s13229-020-00347-0).
  • Li H.H., Roy M., Kuscuoglu U., Spencer C.M., Halm B., Harrison K.C., Bayle J.H., Splen-dore A., Ding F., Meltzer L.A., Wright E., Paylor R., Deisseroth K., Francke U. Induced chromosome deletions cause hypersociability and other features of Williams-Beuren syndrome in mice. EMBO Mol. Med., 2009, 1(1): 50-65 (doi: 10.1002/emmm.200900003).
  • Makeyev A.V., Bayarsaihan D. Molecular basis of Williams-Beuren syndrome: TFII-I regulated targets involved in craniofacial development. The Cleft Palate-Craniofacial Journal, 2011, 48(1): 109-116 (doi: 10.1597/09-093).
  • Lopatina O.L., Komleva Y.K., Gorina Y.V., Olovyannikova R.Y., Trufanova L.V., Hashimoto T., Takahashi T., Kikuchi M., Minabe Y., Higashida H., Salmina A.B. Oxytocin and excitation/inhibition balance in social recognition. Neuropeptides, 2018, 72: 1-11 (doi: 10.1016/j.npep.2018.09.003).
  • Sohal V.S., Rubenstein J.L.R. Excitation-inhibition balance as a framework for investigating mechanisms in neuropsychiatry disorders. Mol. Psychiatry, 2019, 24(9): 1248-1257 (doi: 10.1038/s41380-019-0426-0).
  • von Holdt B.M., Shuldiner E., Koch I.J., Kartzinel R.Y., Hogan A., Brubaker L., Wanser S., Stahler D., Wynne C.D.L., Ostrander E.A., Sinsheimer J.S., Udell M.A.R. Structural variants in genes associated with human Williams-Beuren syndrome underlie stereotypical hypersociability in domestic dogs. Science Advances, 2017, 3(7): e1700398 (doi: 10.1126/sciadv.1700398).
  • Somel M., Franz H., Yan Z., Lorenc A., Guo S., Giger T., Kelso J., Nickel B., Dannemann M., Bahn S., Webster M.J., Weickert C.S., Lachmann M., Paabo S., Khaitovich P. Transcriptional neoteny in the human brain. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2009, 106(14): 5743-5748 (doi: 10.1073/pnas.0900544106).
  • Kukekova A.V., Johnson J.L., Xiang X., Feng S., Liu S., Rando H.M., Kharlamova A.V., Herbeck Y., Serdyukova N.A., Xiong Z., Beklemischeva V., Koepfli K.P., Gulevich R.G., Vladimi-rova A.V., Hekman J.P., Perelman P.L., Graphodatsky A.S., O'Brien S.J., Wang X., Clark A.G., Acland G.M., Trut L.N., Zhang G. Red fox genome assembly identifies genomic regions associated with tame and aggressive behaviours. Nat. Ecol. Evol, 2018, 2(9): 1479-1491 (doi: 10.1038/s41559-018-0611-6).
  • Nakamura N., Toba S., Hirai M., Morishita S., Mikami T., Konishi M., Itoh N., Kurosaka A. Cloning and expression of a brain-specific putative UDP-GalNAc: polypeptide N-acetylgalactos-aminyltransferase gene. Biological and Pharmaceutical Bulletin, 2005, 28(3): 429-433 (doi: 10.1248/bpb.28.429).
  • Nakayama Y., Nakamura N., Oki S., Wakabayashi M., Ishihama Y., Miyake A., Itoh N., Kurosaka A. A putative polypeptide N-acetylgalactosaminyltransferase/Williams-Beuren syndrome chromosome region 17 (WBSCR17) regulates lamellipodium formation and macropinocytosis. Journal of Biological Chemistry, 2012, 287(38): 32222-32235 (doi: 10.1074/jbc.M112.370932).
  • Merla G., Ucla C., Guipponi M., Reymond A. Identification of additional transcripts in the Williams-Beuren syndrome critical region. Hum. Genet., 2002, 110(5): 429-438 (doi: 10.1007/s00439-002-0710-x).
  • Tandon D., Ressler K., Petticord D., Papa A., Jiranek J., Wilkinson R., Kartzinel R.Y., Os-trander E.A., Burney N., Borden C., Udell M.A.R., Von Holdt B.M. Homozygosity for mobile element insertions associated with WBSCR17 could predict success in assistance dog training programs. Genes (Basel), 2019, 10(6): 439 (doi: 10.3390/genes10060439).
  • Kajikawa M., Okada N. LINEs mobilize SINEs in the eel through a shared 3' sequence. Cell, 2002, 111: 433-444 (doi: 10.1016/S0092-8674(02)01041-3).
  • von Holdt B.M., Ji S.S., Aardema M.L., Stahler D.R., Udell M.A.R., Sinsheimer J.S. Activity of genes with functions in human Williams-Beuren syndrome is impacted by mobile element insertions in the gray wolf genome. Genome Biology and Evolution, 2018, 10(6): 1546-1553 (doi: 10.1093/gbe/evy112).
  • Wang G.D., Shao X.J., Bai B., Wang J., Wang X., Cao X., Liu Y.H., Wang X., Yin T.T., Zhang S.J., Lu Y., Wang Z., Wang L., Zhao W., Zhang B., Ruan J., Zhang Y.P. Structural variation during dog domestication: insights from grey wolf and dhole genomes. National Science Review, 2019, 6(1): 110-122 (doi: 10.1093/nsr/nwy076).
  • Sundman A.S., Pertille F., Lehmann Coutinho L., Jazin E., Guerrero-Bosagna C., Jensen P. DNA methylation in canine brains is related to domestication and dog-breed formation. PLoS ONE, 2020, 15(10): e0240787 (doi: 10.1371/journal.pone.0240787).
  • Kohany O., Gentles A.J., Hankus L., Jurka J. Annotation, submission and screening of repetitive elements in Repbase: Repbase Submitter and Censor. BMC Bioinformatics, 2006, 7: 474 (doi: 10.1186/1471-2105-7-474).
  • Choi J.D., Del Pinto L.A., Sutter N.B. SINE retrotransposons import polyadenylation signals to 3'UTRs in dog (Canis familiaris). bioRxiv preprint, 2020 (doi: 10.1101/2020.11.30.405357). December 1, 2020.
  • Jurka J. Long terminal repeats from domestic cow. Repbase Reports, 2008, 8(8): 847-847.
  • Glazko V., Zybailov B., Glazko T. Asking the Right question about the genetic basis of domestication: what is the source of genetic diversity of domesticated species? Advancements in Genetic Engineering, 2015, 4(2): 125 (doi: 10.4172/2169-0111.1000125).
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp