Răspunsuri genomice la selecție pentru comportamente tameagresive la vulpea de argint (Vulpes vulpes) PNAS

  • Găsiți acest autor pe Google Scholar
  • Găsiți acest autor pe PubMed
  • Căutați acest autor pe acest site
  • Pentru corespondență: xzw0070 @ auburn.eduavk @ illinois.eduac347 @ cornell.edu

Contribuit de Andrew G. Clark, 6 august 2018 (trimis spre revizuire 17 ianuarie 2018; revizuit de Hopi E. Hoekstra și Robert K. Wayne)

genomice

Semnificaţie

Comportamentul animalelor domesticite diferă în mod dramatic de cel al rudelor sălbatice, iar experimentul vulpei îmblânzite ruse a demonstrat în mod clar că aceste schimbări pot apărea în doar câteva generații de selecție. Analiza expresiei genelor în creierul vulpilor blânde și agresive din acest experiment ne permite să ne întrebăm ce căi cerebrale au fost modificate de această recentă selecție puternică. Căile care influențează atât funcția neuronilor serotoninergici, cât și a neuronilor glutaminergici au fost clar modulate prin selecție, în concordanță cu rolurile acestor neuroni în învățare și memorie. Atât frecvența alelelor, cât și modificările expresiei genelor implică, de asemenea, gene importante în funcția celulelor crestei neurale, susținând un posibil rol al celulelor crestei neuronale în sindromul de domesticire.

Abstract

Eforturile de domesticire a animalelor au condus la un spectru comun de modificări comportamentale și morfologice izbitoare. Pentru a recapitula acest proces, vulpile de argint au fost crescute selectiv pentru comportamente blânde și agresive de peste 50 de generații la Institutul de Citologie și Genetică din Novosibirsk, Rusia. Pentru a înțelege baza genetică și mecanismele moleculare care stau la baza modificărilor fenotipice, am profilat nivelurile de expresie genică și codificând frecvențele alelei SNP în două specimene de țesut cerebral din 12 vulpi agresive și 12 vulpi îmblânzite. Analiza expresiei a relevat 146 de gene din cortexul prefrontal și 33 de gene din creierul bazal care au fost exprimate diferențial, cu o rată de descoperire falsă de 5% (FDR). Acești candidați includ gene în căile cheie cunoscute a fi critice pentru procesarea neurologică, inclusiv căile receptorilor de serotonină și glutamat. În plus, 295 din cei 31.000 de SNP exonici prezintă diferențe semnificative de frecvență a alelelor între populațiile îmblânzite și agresive (1% FDR), inclusiv gene cu rol în determinarea soartei celulelor crestelor neuronale.

Diferențele în comportamentul animalelor domesticite față de strămoșii lor sălbatici oferă unele dintre cele mai bune exemple de influență a genelor asupra comportamentului (1). Animalele domestice au fost selectate pentru a fi ușor de manevrat și, în general, prezintă o agresivitate redusă și o toleranță socială crescută atât pentru oameni, cât și pentru membrii propriei specii (2). Chiar și după ce genomurile majorității speciilor domesticite și speciile lor ancestrale sălbatice au fost secvențiate, identificarea genelor responsabile de aceste diferențe de comportament s-a dovedit a fi dificilă (3 ⇓ ⇓ –6). Selectarea diferitelor trăsături la fiecare dintre animalele domesticite și vechimea perioadei de timp fac dificilă identificarea modificărilor genetice care sunt cauzale responsabile de schimbările de comportament (3, 7, 8).

Spre deosebire de speciile domesticite în trecutul îndepărtat, vulpea argintie (o variantă de culoare de blană a vulpii roșii, Vulpes vulpes) a fost domesticită în condiții de fermă controlată la Institutul de Citologie și Genetică (ICG) al Academiei de Științe din Rusia (9 ⇓ ). –11). Vulpea roșie și câinele domestic (Canis familiaris) împărtășesc un strămoș comun la doar 10 Mya (12), făcând experimentul vulpii un model pentru domesticirea câinilor. Pentru a testa dacă selecția pentru comportament a fost forța primară în procesul de domesticire canină, începând din 1959, Dmitry Belyaev și Lyudmila Trut au selectat vulpile convenționale crescute de fermă împotriva fricii și agresivității la oameni, urmată de selecția pentru comportamentul de căutare a contactului, care a dus la dezvoltarea unei tulpini îmblânzite de vulpi (Fig. 1A) (9 ⇓ –11). Răspunsul la selecție a fost extrem de rapid: primul animal îmblânzit clasificat ca „elită de domesticire” a apărut în generația 4, 1,8% din astfel de vulpi au fost observate la generația 6 (4/213), iar până la generația 45 aproape toate vulpile aparțineau acelui categoria (11). Vulpile din populația îmblânzită se raportează la oameni într-un mod pozitiv similar cu cel al câinilor prietenoși (13). Sunt dornici să stabilească contactul uman până la 1 lună după naștere și să rămână prietenoși pe toată durata vieții lor (11).

Pentru a identifica baza genetică a diferențelor comportamentale dintre tulpinile de vulpe îmblânzite și agresive, am dezvoltat harta de legătură meiotică a vulpii, genealogii încrucișate experimental și am cartografiat nouă loci semnificative și sugestive ale trăsăturilor cantitative (QTL) pentru trăsăturile comportamentale (17 ⇓ ⇓ - 20). Deși cartografierea QTL este o strategie promițătoare pentru identificarea regiunilor genomice implicate în trăsături complexe, această abordare singură nu permite de obicei identificarea genelor cauzatoare și a mutațiilor. În studiul de față, am analizat transcriptomii creierului vulpii a 12 bărbați agresivi și 12 bărbați naivi sexual de 1,5 ani. Am evaluat expresia genelor în două regiuni ale creierului, cortexul prefrontal și creierul bazal.