Рассмотрим еще одну публикацию, оценивающую вероятности миграционных этапов собак на Североамериканском континенте, а также снова поднимающая вопрос о происхождении современных пород собак, в том числе аборигенных, на основе филогенетического анализа.
Собаки обитали в Северной и Южной Америке до прибытия европейских колонистов, но происхождение и дальнейшая судьба этих собак в основном неизвестны. Авторы просеквенировали 71 митохондриальных и 7 ядерных геномов древних североамериканских и сибирских собак в разные периоды времени, начиная с ~9000 лет назад. Анализ показал, что американские собаки не были выведены от северо-американских волков. Напротив, американские собаки образуют монофилетическую родословную, которая, вероятно, возникла в Сибири и распространилась по Америке вместе с людьми. После прихода европейцев, коренные американские собаки практически полностью исчезли, оставив минимальное генетическое наследие в современных популяциях собак. Наиболее близкой обнаруживаемой из ныне существующих родословных к "доконтактным американским собакам"* является передаваемая венерическая опухоль у собак, наследуемая от собаки, жившей около 8000 лет назад.
* "доконтактные американские собаки" - согласно данным генетического анализа, такие собаки не произошли от североамериканских волков и не были одомашнены в Америке. Они образуют линию, ведущую начало от одного предка около 14 600 лет назад. Наиболее генетически тесно с ними связаны собаки возрастом около 9000 лет с острова Жохова в Восточной Сибири.
История глобального распространения собак продолжает вызывать споры (1). В Северной Америке самые ранние подтвержденные останки собак (из Костера, штат Иллинойс) были датированы радиоуглеродным методом примерно в 9900 калиброванных лет до настоящего времени (2, 3), примерно через 4500 лет после самые ранних надежных свидетельств появления людей в Северной и Южной Америке (4). Хотя эти ранние собаки, скорее всего, не были одомашнены на месте (5), время их появления и географическое происхождение неизвестны. Исследования контрольной области митохондриальной ДНК показали, что популяция американских собак, существовавшая до контакта, была в значительной степени заменена после прибытия европейских собак после колонизации и интродукции евразийских арктических собак (например, сибирских хаски) во время золотой лихорадки на Аляске (5-7).
Однако остается возможным, что некоторые современные американские собаки в какой-то степени ведут свою родословную от доконтактной популяции (8, 9). Авторы секвенировали полные митохондриальные геномы (митогеномы) из 71 археологических останков собак, собранных в Северной Америке и Сибири (рис. 1А) и проанализировали их с 145 митогеномами, полученными из глобального набора данных о современных и древних псовых (3). Филогенетическое древо, построенное на основе митогеномов, показало, что все отобранные "доконтактные собаки" (ДС) (из временных рамок, охватывающих ~9000 лет) сформировали монофилетическую группу в пределах собачьей гаплогруппы A (рис. 1 B).
Этот анализ показал, что митохондриальная линия, наиболее тесно связанная с кладой ДС, принадлежит популяции собак возрастом около 9000 лет с Острова Жохова в Восточной Сибири (3) (рис. 1 B). Кроме того, анализ молекулярных часов показывает, что все ДС имеют общего предка, который жил ~ 14 600 лет назад (95% ДС, от 16 484 до 12 965 лет назад) (рис. 1 B), который произошел от предка, общего с собаками острова Жохова, примерно на 1000 лет раньше (95% ДС, от 17 646 до 13 739 лет назад) (рис. 1 B). Эти временные рамки в целом совпадают с ранними миграциями в Америку (10-12).
Для дальнейшего изучения истории эволюции ДС были сгенерированы последовательности ядерного генома с низким охватом (от ~0,005 до
2,0×) из семи образцов ДС были отобраны в шести местах Северной Америки за период времени, охватывающий ~9000 лет. Эти данные были проанализированы наряду с общедоступными данными, включающими
полные геномы 45 современных псовых, взятые из Евразии
и Северной и Южной Америки (13-16). Соседнее дерево, построенное с использованием однонуклеотидного полиморфизма (SNP) показали, что, подобно филогении митогенома, ДС объединяются в отдельную монофилетическую линию, которая более тесно связана с собаками, нежели с евразийскими или североамериканскими волками (рис. 1С). Кроме того, анализ генома показал, что наиболее близкая родственная группа к ДС состоит из современных арктических собак из Северной и Южной Америки (включая аляскинских маламутов, гренландских собак и аляскинских хаски) и Евразии (Сибирские хаски) (рис. 1 В). Смешение пород (3) (рис. 1 D), статистика внешней группы f3 и статистика группы D также подтверждают эту филогенетическую структуру. В совокупности представленные здесь митохондриальные и ядерные геномные данные показывают, что ДС не были одомашнены in situ от североамериканских волков, а были завезены людьми в Америку через Берингию из популяции, родственной современным арктическим собакам.
Исследования данных ядерного генома выявили две современные группы собак по всему миру: восточноазиатскую (включая динго) и западноевразийскую (включая европейских, индийских и африканских
собак) (9, 14, 16). Эти анализы позволили установить, что современные арктические собаки филогенетически расположены рядом как с западноевразийскими (16, 17), так и с восточноазиатскими (9,14) собаками. Анализ данных ядерного генома выявил тесную взаимосвязь между арктическими собаками и ДС, которые вместе образуют кладу (PCD/Arctic), являющуюся базальной для обеих ветвей западноевразийских и восточноазиатских собак и предполагает существование третьей монофилетической клады собак (Рис. 1 С). Хотя все три группы имеют хорошую статистическую поддержку, взаимосвязи между ними неоднозначны. Например, статистический анализ внешней группы f3 (рис. 13) показал, что группа PCD/Arctic собак является базовой для двух других евразийских групп собак. Однако, после исключения специфических восточноазиатских собак, у которых есть признаки наследования генов от европейских собак (14), восточноазиатская группа собак стала самой базальной кладой в соседнем дереве, а клада PCD/Arctic стала сестринской кладой западноевразийских
собак. И наоборот, графики примесей (3) и Treemix (18) (рис. 1D) показали, что клада PCD/Arctic наиболее близка к восточноазиатским собакам и что западноевразийские собаки являются наиболее базальными.
Неоднократно сообщалось о противоречивых филогенетических данных, основанных на ядерных данных (1, 14, 16), и они могут быть результатом либо существенного потока генов после дивергенции среди евразийских собак (рис. 1 С) (3, 14), либо от почти одновременного расхождения всех трех линий.
Полученные здесь на основе ядерных геномов данные указывают на то, что современные арктические собаки, образцы ДНК которых были отобраны как в Сибири, так и за ее пределами в Северной Америке, кластеризуются в отдельную филогенетическую ветвь, которая образует сестринский таксон с ДС (рис. 1 С). Это тесное филогенетическое родство между современными американскими арктическими собаками (аляскинскими маламутами, аляскинскими хаски и гренландскими собаками) и современными евразийскими арктическими собаками (сибирскими хаски) (рис.
1 С) позволяет предположить, что ДС не являются прямыми предками современных американских арктических собак. Возможно, что современные американские арктические собаки - это потомки собак, завезенных на
континент культурами палеоэскимосов (~6000 лет назад) или Туле (~1000 лет назад) (19). Однако, как митогеномные, так и малоизученные данные по ядерным геномам по собаке позднего палеоэскимоса с острова Кадьяк на Аляске (образец AL3198 с сайта Uyak) (Рис. 1 А), указывают на то, что эта собака была более близка к ДС, нежели к современным американским арктическим собакам. Это открытие позволяет предположить, что современные американские арктические собаки не являются потомками палеоэскимосских собак и что палеоэскимосы, вероятно, приобрели местных собак на севере Америки или привезли сибирских собак, генетически неотличимых от ДС. В данную здесь выборку не входили собаки из мест, связанных с культурой Туле, поэтому вполне вероятно, что сюда вошли современные американские арктические собаки, такие как аляскинские маламуты и гренландские собаки, являющиеся потомками собак, завезенных культурой Туле. С другой стороны, современные американские арктические собаки, образцы ДНК которых были взяты авторами, могут быть потомками недавно завезенных евразийских арктических собаки, многие из которых появились в Северной Америке во время золотой лихорадки на Аляске в XIX веке и использовались для гонок на собачьих упряжках (6).
Предыдущие анализы геномов с особей наследуемыми венерическими опухолями у собак (CTVT) показали близкое родство с современными арктическими собаками (20). CTVT - это заразная опухоль, которая проявляется в половых органах и распространяется между собаками путем
передачи живых зараженных клеток во время спаривания. Впервые он возник из клеток отдельной собаки, “собаки-основателя CTVT”, которая жила несколько тысяч лет назад, и этот тип геномов до сих пор несет генетическую информацию именно этой особи (20). Чтобы исследовать взаимосвязь между
собакой-основателем CTVT и ДС, авторы проанализировали два генома CTVT находятся рядом с группой современных и древних геномов псовых.
Поскольку CTVT - это аномалия, чтобы ограничить влияние соматических мутаций, авторы ограничили свой генотипический анализ картированием SNP в областях генома, которые сохранили обе родительские хромосомные копии в CTVT (20), и исключили одиночные SNP, которые содержатся исключительно в геномах особей с CTVT и не встречаются ни в одном из других геномов псовых. Особи с CTVT группировались с ДС на филогенетических деревьях, построенных различными методами (рис. 1 С, D). Этот результат дополнительно подтверждается как по статистике внешней группы f3, так и
по статистике D, что указывает на то, что собака-основатель генома с CTVT более тесно связана с ДС, чем с современными арктическими собаками.
Многократный горизонтальный перенос митохондриальных геномов от собак-хозяев c CTVT привел к замене митогенома собаки-основателя
(21, 22); таким образом, не удалось определить митохондриальную гаплогруппу собаки-основателя CTVT и ограничили наш анализ ядерным геномом.
Чтобы определить, жила ли собака-основатель генома с CTVT до или после того, как собаки попали в Северную Америку, было пересмотрено ее временное происхождение, с помощью секвенирования ядерных геномов двух особей с CTVT, 608T и 609T. 608T был взят с кожи 10-месячного щенка, который, вероятно, был заражен от матери (609T) во время рождения. Были выявлены мутации, вызванные циклическим мутационным процессом, которые присутствовали у 608T, но не были обнаружены у 609T, и их использовали их для определения нижней границы частоты соматических мутаций для геномов с CTVT (3). Применив этот показатель к общему количеству соматических мутаций в линии CTVT (3), авторы подсчитали, что собака-основатель генома с CTVT жила около 8225 лет назад (3). Эти временные рамки датируются более поздним периодом после первоначального прибытия собак в Америку, что повышает вероятность того, что геном с CTVT, возможно, возник у собаки, живущей в Северной Америке.
Чтобы дополнительно оценить этот сценарий, авторы количественно оценили степень интрогрессии между псовыми, эндемичными для Северной Америки (койоты и Североамериканские волки), ДС, современные арктические собаки и собака-основатель генома с CTVT. Рис. 2. Наследственность ПХД у
современных американских собак. Анализ показали, что, в отличие от современных арктических собак, ДС имеют ряд общих аллелей с койотами и
североамериканскими волками, что указывает на наличие у них примесей их геномов. Собака-основатель генома с CTVT также выявила некоторые слабые признаки происхождения от койота, но, по-видимому, не имела примеси с североамериканскими волками. Поскольку койоты распространены только в Северной Америке, это открытие позволяет предположить, что геном с CTVT, возможно, возник там. Поскольку авторы не смогли установить степень примеси генома койотов у древних собак, родственных ДС в Северной Сибири (например, у собаки острова Жохова) (рис. 1), этот анализ не позволяет установить местоположение, в котором возник геном с CTVT. Кроме того, исследования, в которых использовались соматические мутации для реконструкции филогеографии генома с CTVT, показали глубокую дивергенцию в Азию и недавнюю интродукцию в Америку (21).
В целом, эти результаты предполагают сценарий, при котором геном с CTVT произошел в Азии от собаки, которая была тесно связана с ДС, хотя нельзя исключить возможность того, что он возник в Америке до того, как
потом распространился в Азии, прежде чем был вновь завезен в Америку.
Роль ДС в современных популяциях американских псовых остается неопределенной. Было высказано предположение, что некоторые североамериканские волки получили мутацию, приводящую к черному окрасу шерсти, возможно, в результате смешения с древними американскими собаками (23). Однако этот аллель не присутствовал ни в одном из двух древних ДС с более высоким уровнем охвата в этом исследовании(3) или в геномах с CTVT (20). Необходимы дополнительные древние геномы, чтобы определить, присутствовал ли этот аллель в популяции ДС.
Кроме того, предыдущие исследования показали, что некоторые современные популяции американских собак обладают генетическими признаками, присущими коренным американским собакам (8, 9, 24). Чтобы проверить эту гипотезу, были проанализированы данные ядерных геномов, полученные более чем у 5000 современных собак (включая американских деревенских собак), которые были генотипированы на основе массива из 180 000 SNP (9).
Было обнаружено от 7 до 20% предков ДС у современных американских арктических собак (аляскинские хаски, аляскинские маламуты и гренландские собаки), с использованием коэффициентов f4 (3). Однако этот результат может отражать древнюю популяционную структуру у арктических собак, а не их смешение между собой (3).
Анализ соотношения f4 не выявил существенного сигнала о примеси ДС ни у одной из современных собак Америки европейского происхождения. Анализ примесей выявил различную степень (от 0 до 33%) наличия PCD/Arctic происхождения у трех отдельных каролинских собак. Однако этот анализ не позволил провести различие между ДС и собаками арктического происхождения, и нельзя исключить, что этот сигнал был результатом смешения с современными арктическими собаками, а не с ДС (3). Большинство современных американских популяций собак, включая 138 деревенских собак из Южной Америки и множество “аборигенных” пород (например, бесшерстные собаки и катахулы) не имеют видимых следов происхождения от ДС (рис. 2 А), хотя этот анализ может страдать от предвзятости в оценке.
Чтобы дополнительно оценить вклад ДС в популяцию современных американских собак, также были проанализированы еще 590 митогеномов современных собак, в том числе у 169 деревенских и породистых собак,
образцы которых были взяты в Северной и Южной Америке (21). Были выявлены две современные американские собаки (чихуахуа и метис из Никарагуа), которые несли митохондриальные гаплотипы ДС, что согласуется с ограниченной степенью наследственности ДС (<2%) у современных американских собак. Также были идентифицированы трех восточноазиатских собак, которые несли гаплотип ДС, возможно, в результате древней популяционной субструктуры или недавнего расселения собак (3).
Хотя у американских собак, которые еще не были исследованы, может сохраняться большая степень родословной ДС, эти результаты показывают, что европейские собаки почти полностью вытеснили индейские линии собак. Это почти полное исчезновение ДС, вероятно, было вызвано прибытием европейцев, что привело к изменению культурных предпочтений и травле местных аборигенных собак (25).
Представители европейских собаки также могли быть переносчиками инфекционных заболеваний, к которым были чувствительны ДС.
Первое упоминание о собаках в археологических записях Северной Америки произошло примерно через 4500 лет после появления самых ранних свидетельств человеческой деятельности на континенте (4, 11). Кроме того, данный анализ молекулярных часов показывает, что линия ДС появилась примерно на 6500 лет позже североамериканских человеческих линий (рис. 1 B) (10). Эти расхождения позволяют предположить, что собаки, возможно, прибыли в Америку не вместе с самой первой миграцией людей, а, возможно, были частью более позднего прибытия (12) до затопления Берингова перешейка ~11 000 лет назад (11). Это время согласуется как с археологическими данными, так и с приведенными в этом исследовании, где было оценено время расхождения ДС и предложен сценарий, согласно которому собаки были завезены в Америку через несколько тысяч лет после того, как туда прибыли первые люди.
Эта первоначальная популяция собак проникла на Север Америку, а затем рассеялась по всей Северной и Южной Америке, где оставалась изолированной по меньшей мере 9000 лет. Однако за последние 1000 лет произошло по меньшей мере три независимых реинтродукции собак. Первыми, возможно, были арктические собаки, которые появились вместе с культурой Туле около 1000 лет назад (6). Затем, начиная с XV-го века, европейцы привезли вторую волну собак, которые, по-видимому, почти полностью вытеснили местных собак. Наконец, сибирские хаски были завезены в американскую Арктику во время Золотой лихорадки на Аляске (25). В результате этих более поздних интродукций современная популяция американских собак в значительной степени происходит от евразийских пород, а ближайшим из известных сохранившихся остатков первых
американских собак в настоящее время являются особи с передающимся по всему миру видом генома с CTVT.
Список литературы:
1. G. Larson et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109, 8878–8883 (2012).
2. A. Perri et al., bioRxiv 343574 [Preprint]. 11 June 2018.
3. See supplementary materials.
4. T. Goebel, M. R. Waters, D. H. O’Rourke, Science 319, 1497–1502 (2008).
5. J. A. Leonard et al., Science 298, 1613–1616 (2002).
6. S. K. Brown, C. M. Darwent, E. J. Wictum, B. N. Sacks, Heredity 115, 488–495 (2015).
7. K. E. Witt et al., J. Hum. Evol. 79, 105–118 (2015).
8. B. van Asch et al., Proc. R. Soc. London Ser. B 280, 20131142 (2013).
9. L. M. Shannon et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 112, 13639–13644 (2015).
10. M. Raghavan et al., Science 349, aab3884 (2015).
11. M. Jakobsson et al., Clim. Past 13, 991–1005 (2017).
12. J. V. Moreno-Mayar et al., Nature 553, 203–207 (2018).
13. Z. Fan et al., Genome Res. 26, 163–173 (2016).
14. G.-D. Wang et al., Cell Res. 26, 21–33 (2016).
15. A. H. Freedman et al., PLOS Genet. 10, e1004016 (2014).
16. L. A. F. Frantz et al., Science 352, 1228–1231 (2016).
17. B. M. vonHoldt et al., Nature 464, 898–902 (2010).
18. J. K. Pickrell, J. K. Pritchard, PLOS Genet. 8, e1002967 (2012).
19. M. Raghavan et al., Science 345, 1255832 (2014).
20. E. P. Murchison et al., Science 343, 437–440 (2014).
21. A. Strakova et al., eLife 5, e14552 (2016).
22. C. A. Rebbeck, A. M. Leroi, A. Burt, Science 331, 303 (2011).
23. T. M. Anderson et al., Science 323, 1339–1343 (2009).
24. H. G. Parker et al., Cell Rep. 19, 697–708 (2017).
25. M. Derr, A Dog’s History of America: How Our Best Friend
Explored, Conquered, and Settled a Continent (Farrar, Straus and Giroux, 2005).
26. M. Ní Leathlobhair et al., The evolutionary history of dogs in the Americas, Dryad (2018); doi: 10.5061/dryad.s1k47j4.