乡村狗的DNA揭示了驯养所造成的遗传变异
乡村狗的DNA揭示了驯养所造成的遗传变异
狗是如何从狼驯化而来的？这个问题一直困扰着科学家们。最近，一项发表在《BMC生物学》上的研究通过比较乡村狗和狼的基因组，揭示了神经嵴在狗驯化过程中的重要作用。
几万年前，狼被驯化成狗，尽管在基因水平上，狗和狼之间的区别尚不清楚。Amanda Pendleton和Jeffrey Kidd，BMC Biology一项新研究的作者，解释了他们如何利用新的基因组学技术和村里的狗来解答这个问题。
几千年来，狗一直是人类最好的朋友，人类和狗之间的关系甚至早于农业的建立。驯养的动物，包括狗，都有不同于其野生祖先的一系列特征。
皮毛颜色和质地、耳朵形状、尾巴长度和弯曲度、眼睛的颜色以及面部结构的变化是区别狗与狼的一些特征。然而，最重要的是行为的不同。数千年前，狼被驯化了狗，随着时间的推移，驯养的动物对人类越来越友好，从曾经的野生动物变成了今天的家犬。
随着现代基因组学技术的出现，许多方法被用来寻找把狼变成狗的确切基因变化。
灰狼的外表和现代狗的外表非常不同
乡村狗是帮助我们理解狗演化过程的重要遗传资源
我们最近参与了一项研究，该研究利用远古时期生活在人类中狗的DNA来回答与狗驯化时间有关的未知问题。古DNA技术可作为一种遗传时间机器，使研究人员能够直接看到过去存在的遗传变异。
在评估新石器时代三只欧洲狗（生活于五到七千年前）的基因构成时,我们有惊人发现:尽管遗传学表明这三个样本仍然是狗,它们基因组中携带有许多野生狼的基因序列，这些序列被认为与驯养相关。
为了解释这个谜题，我们在发表于BMC Biology的新文章中选择村庄里的狗作为研究对象，它们代表了地球上绝大多数的狗。这些狗是半野生的，在街道和城市里游荡，主要靠人类的垃圾生存，但最重要的是，它们是被驯养的。
事实上，这些狗和我们今天最喜欢的驯养品种有相同的祖先，它们很可能从大约4万年前的驯化时期就和人类生活在一起或存在于人类周围。自由放养的乡村狗作为丰富的遗传资源，让科学家们得以一窥狗的基因多样性及其真正意义。
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自从几千年前狼被驯化以来，狗逐渐失去了遗传多样性，但在乡村的狗中却在更大程度上得到了保存。
许多狗的特征是由神经嵴决定的
狗的外观和行为方式在很大程度上在胚胎早期发育中已被决定。当狗的幼崽出生时，它们的外形和行为已经与狼崽不同。
在埃及开罗的街上，乡村里的狗妈妈正在照顾她那看起来很不同的小狗
这些变化反映了胚胎发育中错综复杂过程导致的结果，并涉及许多不同作用的细胞的协调运动。几年前，一组研究人员注意到，驯化动物的不同表型可以用神经嵴细胞的差异来解释，神经嵴细胞是一种干细胞，它们从起始位置出发，沿着确定的路线到达它们最终位置并形成脊髓。
斐济的一只乡村狗在摆姿势拍照
神经嵴细胞在决定所有有脊骨动物中多种组织形态和功能方面起着重要作用，包括头骨、面部、软骨组织(比如狗狗讨喜的软耳朵)中的大部分，甚至包括皮肤和皮毛的色素沉着。除了改变外表之外，这些细胞最终会促进大脑、神经系统和肾上腺系统的发展，所有这些都能影响行为。
在最终形成的身体部位中，神经嵴细胞的数目或活动的变化会随之改变身体部位的形状、大小或相应性状的表达水平。
我们能从狗和狼的基因组中得到哪些有关驯养信息？
自由放养的乡村狗作为丰富的遗传资源，让科学家们得以一窥狗的基因多样性及其真正意义。
通过比较乡村狗和狼的遗传多样性，我们发现了基因组中246个区域可能在驯化过程中被改变。乡村里的狗的多样性没有因为近期人类的直接育种而减少，因此我们能够找到活的狗和新石器时代的古老样本之间存在的相同点，这表明我们发现了与驯化过程相关的基因变化。
有趣的是，这些变化发现于发育中的狗中执行关键功能的基因附近，包括许多与神经嵴、神经系统功能和昼夜节律相关的基因。这些发现为驯化相关的基因变化提供了线索，并支持了在此过程中神经嵴细胞功能改变的可能作用。
在法属波利尼西亚收集一只乡村狗的DNA
有关驯化过程的准确细节仍是个谜，但研究人员可以将考古学证据与基因组中观察到的模式联系起来，从而评估可能的理论。有一种说法认为，在远古时代，狼被垃圾或被猎杀动物的遗骸所吸引，生活在人类早期定居点附近。随着时间的推移，一些狼不再那么害怕人类，因为这些狼可能在获取食物方面更有优势。
这些发现为驯化相关的基因变化提供了线索，并支持了在此过程中神经嵴细胞功能改变的可能作用。
在这个被称为自我驯化的渐变过程中，研究人员假设，参与神经嵴途径的基因缓慢地改变，导致许多与野生狼不同的外表特征，并在狗的基因组中留下了我们今天可以检测到的标记。在某种程度上，人类开始积极地参与驯化这些“不那么野生”的狼，它们很可能已经在驯养过程中占据了先机，而其他的身体特征变化也可能伴随着行为的改变。
关于人类何时直接参与这一过程的争论仍在继续，但与此相关的形态学和行为变化可以迅速发生，正如在银狐的选择性繁殖中所发现的一样。
直接或间接与区分狗与狼的表型有关的基因。我们将这些基因确定为进一步研究的候选基因。图片内容受Wilkins等人2014年发表于《Genetics》的论文启发。
狼究竟何时成为狗，这一过程如何发生的，为什么会发生，以及驯化过程如何影响现代狗，解开这些谜团不仅能帮助了解我们这些毛茸茸的伙伴的历史，还能发现可能对狗的发育和行为至关重要的基因。随着越来越多的古代狗和狼的样本被发现和分析，我们可能很快就能回答许多关于狗是如何出现的未知问题。
研究背景
狗在10到40千年前从欧亚大陆的灰狼驯化而来，展现出与祖先截然不同的表型特征，这些特征与其他驯化动物物种相似，这一现象被称为驯化综合征。本研究通过分析狗基因组中的特征，识别可能在驯化过程中被选择的基因和通路。
研究结果
对来自全球43只乡村狗和10只狼的全基因组SNP分析区分了驯化而非品种形成产生的特征。研究识别出246个候选驯化区域，包含10.8 Mb的基因组序列和429个基因。这些区域与古代狗共享单倍型，表明检测到的信号不是近期选择的结果。基因富集分析强调了与神经嵴和中枢神经系统发育以及神经功能相关的众多基因。
研究结论
研究结果确定了在胚胎早期发育中发挥作用的基因，这些基因可以赋予区分家犬与狼的表型特征，如温顺性、较小的颌骨、耷拉的耳朵和减缓的颅面发育，作为驯化过程中的选择目标。这些差异反映了驯化综合征的表型特征，可以通过发育过程中神经嵴细胞迁移或活动的改变来解释。研究提出，驯化初期的选择可能是针对行为，这种行为受神经嵴中作用的基因影响，随后产生了现代狗的表型特征。