Испанские ученые подтвердили гипотезу, что за изменение внешнего вида и поведения при одомашнивании отвечают гены, чья работа определяет развитие нервного гребня у эмбриона. В ходе жизни с человеком они подвергаются эпигенетическим модификациям, а те передаются потомству, хотя и не меняют последовательность нуклеотидов ДНК. Научная статья опубликована в Molecular Biology and Evolution.
Поколения жизни в неволе меняют поведение и строение животных. На шкуре у них появляются крупные пятна, челюсти и зубы укорачиваются, мозг и все тело уменьшаются в объеме, уши повисают, хвост из прямого становится закрученным. Вплоть до зрелого возраста сохраняется склонность к играм, свойственная детенышам. Этот комплекс черт впервые описал в 1868 году Чарльз Дарвин, назвав его синдромом одомашнивания.
Пока нет детального понимания, какие изменения на клеточном уровне приводят к проявлению синдрома одомашнивания, но есть некоторые предположения. В 2014 году Адам Уилкинс из Гумбольдтовского университета в Берлине, Ричард Рэнгхем из Гарварда и Текумсе Фитч из Венского университета выдвинули гипотезу, что за появление пятен, уменьшение размеров и инфантилизацию поведения отвечают какие-то гены, которые определяют судьбу клеток нервного гребня. Эта структура присутствует в организме эмбриона на ранних стадиях его развития и дает начало не только нервным клеткам, но и пигментным клеткам кожи, и компонентам зубов и надпочечников. Одомашнивание, по мнению Уилкинса и коллег, приводит к изменению работы описанных генов и к перестройке программы развития организма.
Значение гена для жизнедеятельности особи можно поменять, не затрагивая последовательность нуклеотидов в нем. Достаточно повлиять на доступность конкретного участка ДНК для считывания и выработки мРНК по его образцу. Один из способов это сделать — метилировать или деметилировать ДНК, то есть присоединить либо отсоединить CH3-группу от каких-либо нуклеотидов. Их порядок при этом не изменится, состав гена останется тем же, но увеличится или уменьшится его активность. Такие изменения называют эпигенетическими, и они передаются по наследству. Уилкинс, Рэнгхем и Фитч предположили, что во многом они ответственны за синдром одомашнивания.
Обыкновенный лаврак
Дафни Анастасиади и Франсеск Пиферрер из барселонского Института морских наук решили искать эпигенетические изменения в ДНК обыкновенного лаврака (Dicentrarchus labrax) — распространенной морской рыбы из отряда окунеобразных. Лаврака часто используют в пищу, притом его и ловят в море, и выращивают в специальных хозяйствах. Исследователи сравнили степень метилирования различных генов у рыб всех возрастов. Лавраки принадлежали к одной из двух групп. Одни были выловлены в Средиземном море у берегов Каталонии, а другие были потомками первого поколения рыб, которые жили на ферме в том же регионе — этих рыб авторы считали одомашненными. Также биологи оценили генетическое сходство диких и одомашненных лавраков, для чего сравнили у них 93369 однонуклеотидных полиморфизмов.
Генетически рыбы двух групп практически не отличались: они происходили из одной популяции и еще «деды» лавраков с фермы были свободноживущими. Однако у лавраков, чьи родители выросли в неволе, был сильнее (не менее чем на 15 процентов) метилирован ген одного из рецепторов к глутамату gria4a, ген одного из коллагенов col14a1a в мозге, ген протокадгерина γ-a11-like в печени, ген foxc1 в семенниках и ген mapk8a в мышцах. Ген adamts9 у рыб с фермы, напротив, был метилирован в меньшей степени. Как правило, метилирование снижает активность генов.
Влияние условий жизни на активность генов, важных для передвижений клеток нервного гребня и межклеточных взаимодействиях. Красным отмечена степень метилирования генов у диких рыб, синим — у живших в рыбном хозяйстве. А — сравнение степени метилирования гена adamts9 у зрелых диких лавраков (W), эмбрионов лавраков с фермы во время гаструляции (E) и у зрелых лавраков с фермы (F). D, F — то же для генов col18a1 и gria4a соответственно. B — средняя степень метилирования отдельных участков гена adamts9 в мышцах, E — то же для гена col18a1 в семенниках, G — то же для гена gria4a в мозге. С — экспрессия гена adamts9 у диких и одомашненных лавраков. *** = p < 0,001.
Интересно, что перечисленные участки ДНК регулируют миграцию клеток из нервного гребня в другие части формирующегося эмбриона, а различия между степенью их метилирования у выловленных в море и фермерских лавраков проявлялись уже на стадии гаструлы — именно в тот период, когда закладывается нервный гребень. Получается, что изменения среды, в которой живут рыбы, действуют на их геном очень быстро. Гены, о которых идет речь выше, весьма консервативны и выполняют одни и те же функции практически у всех позвоночных, поэтому данные работы на рыбах могут быть верны и для млекопитающих и птиц. Более того, предыдущие исследования показали, что отбор по некоторым из этих генов происходил при одомашнивании кошек, собак и уток.
Работы последних лет показывают, что изменения, которые сопутствуют одомашниванию, у многих видов происходят через считанные поколения. Потребовалось всего несколько десятков лет, чтобы лисы стали вести себя ласково с людьми подобно собакам, а метаболизм диких кур приблизился к обмену веществ у домашних всего за шесть генераций.
Источник: N+1
