В генетике одомашненных животных, особенно собак, меня всегда удивляло, насколько быстро по эволюционным меркам возникло такое разнообразие пород? Понятно, что они являются продуктом селекционной работы, проделанной людьми. Но чтобы проводить селекцию, нужно иметь генетическое разнообразие, из которого можно отбирать подходящие комбинации!
С одной стороны, конечно, и у диких волков, эволюционных предков домашних собак, существует определенное генетическое разнообразие. Но мне всегда казалось, что этого разнообразия не может быть достаточно, чтобы только за счет него вывести из волков настолько разные формы - от мопса до борзой.
Другое объяснение - накопление новых мутаций после первичного одомашнивания. Исследования показали, что зачастую это так и есть: очень многие изученные на нынешний день мутации возникли уже после отделения домашней собаки от дикого предка. Так как же они успели так быстро накопиться? Несколько тысяч лет для этого удивительно небольшой срок.
И вот, примерно месяц назад вышла статья, которая проясняет целый ряд интересных вопросов. Исследователи проанализировали геномы почти 3000 собак, представляющие 226 пород, и выявили имеющиеся в них генетические отличия. Для сравнения использовали также образцы беспородных собак и диких волков. Общее число животных, участвовавших в этом исследовании - 4261 собака!
С помощью очень красивого и невероятно сложного математического анализа исследователям удалось проследить пути расхождения разных пород по их генетическим данным. Более того, породы, имеющие одинаковую рабочую специализацию, сформировали отдельные группы, например, легавые идут отдельно от гончих и ретриверов, которые тоже формируют свои отдельные плотные группы. Также были выявлены группы терьеров, пастушьих собак, борзых, и др., всего 10 разных групп (см. Рисунок). Ожидаемо, волки сформировали компактную группу в центре, от нее в разные стороны разошлись 10 групп пород.
После этого осталось только рассортировать, какие генетические варианты свойственны той или иной группе собак, и, таким образом, определить, какие варианты определяют наблюдаемые различия между этими группами. Результаты этого анализа позволили сделать ряд интереснейших выводов!
Например, оказалось, что, около 80% генетических вариантов, сконцентрировавшихся, в группе пастушьих собак, с той или иной частотой присутствуют и у волков. Но среди волков их частоты существенно ниже, а кроме того, они были разрозненными и не формировали характерные комплексы, свойственные пастушьим собакам. Это означает, что в отношении, по крайней мере этой группы я был не прав: имеющееся у волков генетическое разнообразие в значительной степени позволяло вывести по крайней мере пастушьи породы собак! Для этого достаточно было проводить планомерную селекцию.
Интересно, что этот результат перекликается с экспериментом по одомашниванию лис в Новосибирске, в котором всего пара десятилетий потребовалось для того, чтобы вывести линии лис, проявляющих привязанность к человеку. То есть, все необходимые варианты имелись с самого начала, требовалось только собрать их воедино с помощью аккуратной и эффективной селекционной работы!
Это означает, что, по-видимому, и сейчас можно провести выведение новой пастушьей собаки, начав с некоторого количества серых волков! Более того, результаты обсуждаемой статьи могли бы очень существенно ускорить этот процесс, потому что они дают возможность осознанно отбирать нужные варианты.
И все-таки пастушьи породы в этом смысле оказались скорее исключением. У других выявленных групп доля уникальных генетических вариантов, отсутствующих у волков, была гораздо выше: например, только 12% вариантов, свойственных гончим, обнаружились у волков. Остальные 88% возникли в этой группе уже после одомашнивания!
Но вернемся к вопросу, заданному в начале: как они могли настолько быстро накопиться всего за несколько тысяч лет после отделения собаки от волка? Похоже, и на этот вопрос теперь есть ответ. Анализ всех вариантов, свойственных 10 группам, обнаруженным в этом исследовании показал, что лишь ничтожно малое их число затрагивает именно гены. Подавляющее большинство таких вариантов располагается в ДНК за пределами генов и, по-видимому, изменяет не функции генов, а их регуляцию!
Это объясняет быстрое накопление таких вариантов: в участках ДНК между генами мутации накапливаются в несколько раз быстрее, чем в самих генах. Они, как правило не удаляются естественным отбором, поскольку влияние каждой такой мутации в отдельности очень слабое. Но объединение в результате селекции множества таких вариантов вызвало качественные изменения, которые мы и наблюдаем в разных породах собак!
В заключение нужно сделать еще два важных замечания. Обнаруженные маркеры, свойственные 10 группам собак, характеризуют не отдельные породы, а именно группы. Примечательно, что эти группы сформировались именно по принципу рабочей специализации пород. По-видимому, выявленные генетические отличия определяют не столько внешние фенотипические признаки пород, ведь, например, среди пастушьих пород внешнее разнообразие весьма велико! Скорее, эти особенности связаны с определенными поведенческими паттернами и физиологические свойствами, объединяющими породы внутри каждой группы - например, склонность к пастушьей службе.
Еще один важный вывод из этой работы состоит в том, что она очень наглядно иллюстрирует огромный источник быстрой эволюционной изменчивости за счет регуляции генов, а не постепенного изменения их функций. С практической точки зрения это дает неисчерпаемый ресурс для геномной селекции - современной технологии, позволяющей осознанно улучшать и ускорять селекционную работу. Эту тему мы обсудим в другой раз.
