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引用:Freedman,Adam H.等人。 “基因组测序突出了狗的动态早期历史。” PLoS遗传学10.1(2014):e1004016。

引文: Freedman,Adam H.等人。 “基因组测序突出了狗的动态早期历史。” PLoS遗传学10.1(2014):e1004016。

我们通过强大的基因组技术在表面下抓取的次数越多,就越能发现我们对自然历史的了解更加混乱。 一旦搞清楚了,我们将获得准确的复杂性,但是现在在许多领域,这种清晰度还很少。 事实是,新发现或推论并不意味着 当旧的空间不足时,空间中有足够的点来构建新的解释性星座。 由于现代基因组学对生物医学的关注,人们对人类的关注不成比例,但是随着时间的流逝,很明显,这种关注将扩展到整个生命树上,并且光线将逐渐取代暂时的雾气。 首先是对人类特别感兴趣的生物和/或 模型生物 (后者是有助于阐明一般生物学现象以及大量研究人员的研究对象的物种)。 家犬具有两类优势。

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红巴辛吉

关于我们“最好的朋友”起源的理论很多。 一种思想流派(尽管不一定占主导地位)是,狗是相对较新的人类义务人类,它是新石器时代革命工具包的一部分。 公平地说,这一观点被许多研究人员以常识为由拒绝了,即狗是在10,000-15,000年前与美洲印第安人一起到达的。 这些显然是新石器时代之前的狩猎和采集人群。 但是有一些 基因组研究 这确实表明,即使有早期的驯化事件,现代的家犬血统也可以追溯到大约一万年前的中东。 基因组学的最新著作似乎相当有力地证明了这一假设。 这些研究人员表明,与多态性子集(数万或数十万个碱基对的数量级)相反,如何仔细,彻底地查看整个基因组(数十亿个碱基对)生物可以产生更深的历史洞察力。

《 PLOS GENETICS》上的一篇新论文, 基因组测序突出了狗的动态早期历史,已经有一段时间作为预印本了,但回顾一下我们现在知道和不知道的重点似乎很有用。 如上图所示,家犬经修订的自然历史的关键要素必须包括该物种的系统发生起源中的最低程度的复杂性。 关于狗的起源的最简单的故事的讽刺漫画是它是一只被驯服的狼。 高度起源于祖先状态(许多特征已从最后一个拥有狼的祖先转变而来),但仍然是狼。 这个想法需要更新,因为上面的论文强调了 现存的狼不是狗衍生自的更新世狼种群的完美代表。 对于一些古老的DNA,这已经很清楚了,但要查看来自欧亚大陆不同地区的三只狼的完整基因组,西非的Basenji和澳大利亚的野狗(连同拳击手作为参考家犬基因组,以及金杰克作为外群),一个主要发现似乎是现代犬是从狼群中衍生出来的,而狼群并未在上述采样中体现出来。 这很重要,因为许多关于狗的推论都是通过简单地假设现代狼是这两个血统的最后共同祖先的适当代理而得出的。

这种替代似乎比我们想象的要不稳定,这在我们认为理所当然的遗传多样性和瓶颈结果中尤为明显。 如果说现代狼是狗衍生自祖先种群的标准,那么瓶颈是相对较轻的瓶颈之一,大小下降了几倍(狼种类更多,但差别不大)。 但是以上作者通过查看这些狼的整个基因组的遗传多样性模式发现,从克罗地亚,以色列和中国采样的这三只狼也都显示出种群瓶颈的迹象。 这使结果更有意义,看起来现代狗谱系似乎经历了一个数量级(16倍)的种群瓶颈。 使用不同方法的时间肯定也早于新石器时代革命大约10,000年前,因此与考古证据一致。 在与农民建立联系之前,狼首先是猎人与采集者的同伴。 狗是否可能适应 淀粉饮食 发生在最初的瓶颈和该世系的祖先与现代狼的祖先分离后发生的(现代狼似乎具有足够的变异性,使其在任何情况下都属于该特征的祖先范围)。 此外,还有诸如Dingo之类的犬种,它们对淀粉饮食没有任何适应性,这具有历史意义,因为它们直到最近才与农业人口并存。

我确实要注意,基因组学并不能改变一切。 确实有许多关于经典遗传技术,比较解剖学和古生物学的广泛概述。 例如,家犬似乎确实形成了单系谱系。 这个简单的意思是,全世界的家犬似乎共享一小部分共同的祖先,而不是从不同的狼血统收敛的形态进化的实例。 然而,更令人惊讶的是,这些结果暗示与狼互惠。 这意味着家犬不是特定现代狼种群的专门分支,而是现代狼的姐妹血统。 尽管通常说狗只是被驯服的狼,但人们很可能会说狼是野狗(是的,我同意这只狗可能是更多的衍生动物,但我认为我们不能用现代的狼代替古老的狼,并称其为好)。 两者都是在更新世繁荣的犬科祖先的子集。 对特定血统的混合测试表明,狗的起源似乎暗示了当地狼血统的基因流动。 由于先前的遗传亲和力或多样性可能是由于基因流动而不是后裔的模式造成的,这将使试图确定特定驯化或适应区的尝试感到困惑(较早的尝试断言,来自中东或中国的家犬可能是前提是错误的假设,以及比整个基因组密度低的标记集的局限性)。

这项研究的主要缺点显然是样本量有限。 它在论文中得到了自由承认,这就是为什么作者还试图从地理和文化上都具有丰富知识的人群中选择个体(例如,野狗在狼的范围之外,并且不与古代农业人群共存) )。 我对狼样品具有代表性表示怀疑,而不是对选择三个犬种(巴辛吉,丁戈和拳击手参考)的看法表示怀疑。 我们比对狼了解更多关于狗的遗传学和历史的知识,而对于后者而言,似乎比前者更令人惊讶的松散末端。 但是,如果我必须打赌,我会说作者是正确的,他们的推论将会成立(相互的专论,狼的瓶颈等)。 但是,毫无疑问,随着样本数量的增加,此模型将增加很多细节,并且分析中包括了古老的DNA。 尽管最近的研究似乎很清楚地表明,在狗的情况下,驯化是后来的更新世(而不是全新世)的作用, 确切 哪里,何时,是谁的细节仍然很笨拙.

但是上面的标题强调了最终的总体情况: 说完之后,更新世将看起来像一个陌生的国家。 许多要进行深度测序(高覆盖率)和大样本量的生物首先是哺乳动物 古生代 由更新世塑造的起源。 长期以来,这个地质时期对人类的重要性一直是学术界关注的话题,但是基因组学及其对自然历史怪癖的启示可能会强调冰河世纪对许多熟悉的自然历史的生态重塑作用和超凡魅力的物种。 这就是基因组学将为大范围进化生态学打开大门的地方。

引文: Freedman,Adam H.等人。 ”基因组测序突出了狗的动态早期历史。” PLoS遗传学10.1(2014):e1004016。

相关新闻: 请看一个 Haldane的《 Sieve》中一位作者的帖子.

 

北京人过去几年中,人类基因组学的一个主要问题是 “缺乏遗传力”。 粗略地讲,我们知道,对于许多性状,例如身高,种群内性状的大多数变异是由种群基因的变异控制的。 在发达国家,父母的身高是您身高的极好指标。 如果您被收养,您的亲生父母的身高就可以很好地预测您在发达国家的身高,而不是您的养父母的身高。 虽然是一篇新论文 声称解决了一些困难,人类身高遗传学的主要问题之一是缺乏大的影响 数量性状基因座。 用简单的英语来说,是一个可以解释许多性状变异的基因。 相反,许多人认为,像身高这样的连续的数量性状是由无数的效应大小小的共同基因的变异控制的,或者由无数的,效应大小很大的稀有基因控制的。 同样可能是一个问题 人格遗传学,因此最近的一篇论文声称无法找到常见的变体(尽管 著名遗传学家在评论中指出 纸张本身有一些问题)。

研究博客网站 人们会以为,同样的问题会在生命之树上蔓延。 但是一位遗传学家曾经告诉我,他认为生物学是所有规则都有例外的科学。 许多例外。 中的新论文 公共科学图书馆生物学 描绘了家犬许多形态特征的遗传结构的根本不同, 一个简单的遗传架构是狗形态变异的基础:

狗为研究控制形态的基因提供了独特的系统。 在超过915个变异点上测试了来自80个国内品种的60,000只狗的DNA以及一组野狗的DNA,并使用新颖的方法对数据集进行了分析,以找到调节体型,头部形状,腿长,耳朵位置和位置的基因座。许多其他特征。 由于每个犬种都经过繁育者的强烈选择,以具有特定的外观,因此在基因组区域中的选择足迹很大,这对于控制定义每个犬种的性状很重要。 这些分析确定了基因组或基因座的新区域,这些新区域在控制人体大小和形状方面很重要。 我们的研究结果以在如此高的遗传细节水平下研究的最大数量的家犬为特色,证明了这种狗作为寻找控制哺乳动物身体计划的基因的模型的力量。 此外,我们表明,与迄今研究的其他一些物种相比,狗中形式的显着多样性似乎具有简单的遗传基础,该遗传基础受主要效应基因支配。

本文使用了强大的统计和计算技术,但主要结果相对简单(假设您不会受到“线性混合模型中的随机效应”之类的压力)。 首先,他们深入研究了各种犬种,狼以及流浪的“乡村犬”的进化历史和基因组学的一般拓扑(我想这些仅仅是像印度的“贱民犬”那样)。 尽管乡村犬的祖先已经流浪了,但它们与19世纪以来的新品种以及所有犬只,狼的野生祖先形成了鲜明的对比。

使用以下三种统计数据来研究人口统计历史记录: 连锁不平衡 (LD),纯合运行(ROH)和 单倍型 多样性。 近交个体有很多ROH。 他们可能有一个人最近一次又一次地出现在他们的祖先中,所以这是有道理的,因为他们有很多基因座,其基因的两个副本在血统和状态上都是相同的。 显然,纯种狗的ROH很高。 它们还具有低单倍型多样性。 即使是大街上的普通人,也对许多纯种犬科血统的产生都产生了异乎寻常的近亲交配,而相对于恶毒的“杂种犬”,他们的预期寿命较低。 狼在狼中的LD衰变比在狗,村庄和纯种中的LD快得多。 请记住,LD表示各个基因座之间的等位基因相关。 这可能是由于在 SNP,它的频率上升如此之快,以至于该特定SNP的“相邻基因”“ hitchhike”的大量基因 重组 会在很大程度上破坏协会。 非常独特的种群之间的混合也会产生LD,由于重组,LD也会随着时间的流逝而衰减。 最后,LD发生的另一种方式是通过瓶颈,就像正选择一样,它可以通过随机过程相当快地增加特定基因的频率及其相关的基因组区域。 这是可能适用于所有狗的最后一个动态:它们在驯化过程中经历了主要的种群瓶颈,因此基因组模式跨越了乡村和纯种血统,因为这是它们共同历史的回声。 最后,单倍型多样性仅是确定跨特定基因组窗口的单倍型多样性。 在这些结果中有趣的发现是,乡村犬实际上比狼具有更低的ROH和更高的单倍型多样性。 这表明该样本中的狼经历了主要的种群瓶颈,而乡村犬则保持了更大的有效种群。

从上述检查得出的总体结论是: 不同的品种在遗传上趋向于截然不同。 这自然地源于现代纯种的起源,即紧密而独特的近交世系。 这种全基因组的独特性虽然是测试基因组内与物种间特定形态相似性相关的相似性的理想背景条件。 他们确实发现了很多:

我们通过扫描赖特的种群分化统计FST…整个品种的极值来寻找等位基因共享的最强信号。 狗基因组的11个最极端的FST区域包含FST≥0.57,次要等位基因频率(MAF [主要等位基因频率-Razib])≥0.15的SNP(表1)。 这些区域中的六个与已知影响犬形态的遗传变异密切相关:与毛皮生长和质地相关的RSPO167 2 bp插入…与体型减小相关的IGF1单倍型…与短腿相关的插入逆转录基因(fgf4) …以及三个已知会影响狗毛颜色的基因(ASIP,MC1R和MITF…另两个高FST区域分别对应于CFA10.11465975和CFA1.97045173,它们在先前的关联研究中分别与体重和口鼻部比例相关…。两种已知的大衣表型(皮毛长度和皮毛卷曲)也表现出极高的FST值,只有有限的高FST区域与已知的形态特征不相关(图2,黑色标签)。这些区域的潜在选择目标,以及确定与品种之间骨骼和头骨形态差异相关的基因组区域。

其中许多基因很可能为您所熟悉,因为它们在人类中具有相同的功能意义。 关键区别在于效果大小。 由于本文是开放获取的,因此我将为您省却基因的字母汤及其与犬形态学特征的关联。 通过检查形态(和相似性)的品种及其等位基因频率之间的差异会弹出许多提示。 最重要的是对性状的预测,这种性状可能仅通过几个基因发生。 他们构建了一个回归模型,其中一组自变量基因可以预测给定因变量特征的值:

使用正向逐步回归,我们将潜在信号组合到每个特征的多SNP预测模型中。 在体重,耳朵类型和大多数测得性状的模型中,跨品种的大多数变异通常可以用三个或更少的基因座来解释。相关性状(例如股骨长度和肱骨长度)产生相似的SNP关联。 对于55个性状,由前1个,2个和3个SNP模型解释的方差的平均比例为R2 分别为0.52、0.63和0.67…。在控制了体型之后,这些模型解释的方差的平均比例仍然很可观-R2 分别为0.21、0.32和0.4。

R2 表示因变量的方差比例,由自变量的方差解释。 该模型的值非常高。 相比之下,人类身高的基因是否可以解释 特征值方差的2%.

以上发现的单核苷酸多态性可以解释自交系且在基因和性状上具有高度区别的品种间的变异。 相同的SNP可以解释品种内部的差异吗? 是的:

体型的大部分差异是由IGF1基因座解释的,在IGF2基因座上,我们观察到单个标记的R50 = 2%,R17 = 3%。 尽管2-SNP模型的解释较少,但是前38-SNP解释了R6 =乡村犬体重变异的2%。 非繁殖犬的R2低于品种犬,这可能是由于在乡村犬中观察到的LD较低,从而降低了这些标记与因果体型变异之间的关联强度。 或者,较低的R2也可能是由于非遗传因素(例如饮食或测量误差影响观察到的乡村犬体重),在非繁殖犬样本中观察到的较小体形范围或可能是模型过度拟合的结果基于数据集中包含的特定品种。 尽管如此,R38 = XNUMX%明显优于使用密集标记阵列的人的形态计量学特征的关联扫描……。

狗和人类在一起有着悠久的历史。 但是其中一些狗的历史很短。 正如讨论中所指出的那样,许多纯种犬科血统都是维多利亚时代繁殖疯狂的产物,并因其奇怪的特征而被选择,这些特征以离散的方式传播。 这些血统的新近性,再加上这个时代和犬友的繁殖计划的特殊性,通常可以解释犬的一些遗传结构。 作者指出,需要更多渐进选择的家畜可能并没有表​​现出相同的趋势。 也许人类更像山羊或小麦,而不像狗? 作者注意到在基因座中存在群体差异的对比:

在人类中,高FST区域与头发和色素沉着的表型,疾病抵抗力和代谢适应有关……相比之下,狗多样化选择的最强信号全都与体型/形状或毛发/色素沉着特征有关,因此不太可能因抗病性,代谢适应性或行为而被选中。 总体而言,在纯种犬中鉴定出的11个最高FST区域都与体型/形状或毛发表型相关,包括先前关联研究中未检测到的三个基因组区域。

这项研究的基本原理是将狗作为人类的模型生物。 它们在分类学上与我们很接近,因此它们的遗传学可能使我们对人类状况有更深入的了解。 我主要担心的是,这里最好的模型是近交犬,其中所引用的标记最有效,但是由于它们具有各种遗传特性,它们似乎是最没有前途的模型。 但是除了实用性之外,还有一篇引人入胜的论文。

图片来源:Jon Radoff和Angela Bull在2002年

引文: Boyko AR,Quignon P,Li L,Schoenebeck JJ,Degenhardt JD等。 (2010)。 一个简单的遗传结构是犬PLoS生物学形态变异的基础: 10.1371 / journal.pbio.1000451

 
拉齐布汗
关于拉齐卜·汗

“我拥有生物学和生物化学学位,对遗传学,历史和哲学充满热情,虾是我最喜欢的食物。如果您想了解更多信息,请访问http://www.razib.com上的链接”