Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

"Элементы": новости науки

Подписаться Бесплатная «Золотая» новостная рассылка Подписчиков 12.981 RSS
←   Апрель 2007   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://elementy.ru
Открыта: 09-05-2006

Автор
Редакция сайта "Элементы"

Статистика

12.981 подписчиков
+9 за неделю
←   Все выпуски   →

Найден ген, от которого зависит размер собак


Эволюция как сопротивление энтропии

Эволюция как сопротивление энтропии

Биологическая эволюция не просто создает новые формы — она создает формы, устойчивые к дальнейшей эволюции.

Статья доктора биологических наук Виктора Щербакова

Найден ген, от которого зависит размер собак

11.04.2007

Удивительная вариабельность размеров у домашних собак долгое время была загадкой для генетиков (фото с сайта www.eglobe1.com)
Удивительная вариабельность размеров у домашних собак долгое время была загадкой для генетиков (фото с сайта www.eglobe1.com)

Обнаружен ген, от которого в значительной степени зависит удивительная вариабельность размеров домашних собак. Оказалось, что почти для всех маленьких собак характерно присутствие одного и того же варианта (аллеля B) гена IGF1. У собак, гомозиготных по аллелю B, в плазме крови понижена концентрация инсулиноподобного фактора роста — важного регулятора деления клеток и роста организма. Сравнительно-генетический анализ различных пород показал, что данный вариант гена, обеспечивающий предрасположенность к карликовости, скорее всего появился еще на заре истории домашних собак.

Размах изменчивости размеров тела у собак поистине рекордный — в этом отношении собаки вне конкуренции среди четвероногих. Генетические основы этой собачьей особенности остаются загадочными. Ее пытались объяснить, в частности, повышенной скоростью мутирования и рекомбинации, особой ролью некоторых повторяющихся и мобильных участков ДНК, которые в геноме собак очень многочисленны и активны, неустойчивостью генетической «программы» индивидуального развития и т. д.

«Собачий парадокс» усугубляется тем обстоятельством, что собаки, согласно последним данным, произошли от своих диких предков — волков — сравнительно недавно (около 15000 лет назад), а подавляющее большинство современных пород сформировалось в течение нескольких последних столетий. Решение данной проблемы важно как для теории, так и для практики, поскольку оно позволило бы понять механизмы быстрых эволюционных преобразований количественных признаков вообще и размеров тела в частности.

Американским генетикам удалось сделать важный шаг к решению загадки при помощи методики, известной под названием QTL (quantitative trait locus) mapping (картирование генов, определяющих количественные признаки). Метод основан на выявлении статистических корреляций между определенными состояниями известных генетических маркеров и исследуемым количественным признаком, например, размером тела. (О методе локализации генов на основе анализа генетических маркеров см.: Российские ученые нашли ген облысения и роста волос, радио «Свобода», 13.11.2006.)

Португальская водяная собака — одна из немногих пород, в пределах которой допускаются значительные вариации размеров тела (фото с сайта www.waterdogbreeder.com)
Португальская водяная собака — одна из немногих пород, в пределах которой допускаются значительные вариации размеров тела (фото с сайта www.waterdogbreeder.com)

На первом этапе исследований сравнительно-генетическому анализу подверглись 463 представителя старинной португальской породы водяных собак (Cao de agua). В отличие от большинства других пород, португальским водяным собакам собаководы «разрешают» иметь сильно различающиеся размеры. Исследователям удалось локализовать участок 15-й хромосомы, вариабельность которого коррелирует с размером животных (такой участок называется QTL — quantitative trait locus). Затем ученые определили последовательность нуклеотидов на этом участке у разных собак, что позволило выявить конкретные нуклеотиды, по которым между особями имеются различия — так называемые «снипы» (single nucleotide polymorphism, SNP! ). Проверив корреляцию каждого снипа по отдельности с размерами тела, круг поиска удалось сузить до 20 снипов, причем все они, как выяснилось, располагаются на одном и том же гене IGF1.

Результат получился вполне осмысленный, поскольку ген IGF1 кодирует инсулиноподобный фактор роста 1 — важный регулятор деления клеток и роста организма. Белок IGF1 выделяется клетками печени, поступает в кровь и в дальнейшем взаимодействует с рецепторами, расположенными на поверхности большинства клеток организма. Ранее на мышах было показано, что отключение гена IGF1 приводит к резкому замедлению роста и карликовости. Это справедливо и для людей, как показало исследование мальчика, гомозиготного по мутации, выводящей данный ген из строя (см. статью Intrau! terine Growth Retardation and Postnatal Growth Failure Associated with Deletion of the Insulin-Like Growth Factor I Gene). Кстати, малый рост этого мальчика сочетался с микроцефалией и недоразвитием нижней челюсти.1

Выяснилось, что, хотя в гене IGF1 у португальских водяных собак имеется целых 20 вариабельных позиций (что дает весьма большое число возможных вариантов гена — аллелей), в действительности 96% исследованных 15-х хромосом этих собак содержат один из двух аллелей, получивших условные наименования B и I. При этом собаки, гомозиготные по аллелю B, имеют меньший размер тела и пониженную концентрацию белка IGF1 в плазме крови по сравнению с животными, гомозиготными по аллелю I.

Это позволяло заключить, что у данной породы тенденция к малорослости во многом определяется аллелем B гена IGF1. Справедливо ли это для других пород? Чтобы ответить на этот вопрос, авторы проанализировали геномы нескольких сотен собак из 14 самых мелких и 11 наиболее крупных пород. Оказалось, что у всех без исключения мелких пород аллель B является самым распространенным, решительно преобладая над всеми остальными. У большинства (но не у всех) крупных пород, напротив, преобладает аллель I, тогда как аллель B весьма редок. У мелких пород изредка встречаются также аллели A и C, отсутствующие у крупных; аллели D, E, F, G, H, L иногда встречаются у крупных пород, но их не бывает у мелких (см. рисунок).

Слева показаны аллели (от A до L) в виде 20 нуклеотидов, по которым эти аллели могут различаться (20 «снипов»). Справа — встречаемость каждого из 12 аллелей у 14 мелких и 11 крупных пород. В верхней строке таблицы — средний вес взрослого кобеля. Рис. из обсуждаемой статьи в Science
Слева показаны аллели (от A до L) в виде 20 нуклеотидов, по которым эти аллели могут различаться (20 «снипов»). Справа — встречаемость каждого из 12 аллелей у 14 мелких и 11 крупных пород. В верхней строке таблицы — средний вес взрослого кобеля. Рис. из обсуждаемой статьи в Science

«Ключевым» для размеров тела скорее всего является снип №5, где у мелких собак почти всегда находится нуклеотид A, а у крупных – G. Сравнение с геномом волка показало, что в данном случае G — это исходное, предковое состояние, тогда как А — производное состояние, то есть результат мутации, появившейся уже после одомашнивания собаки.

Авторы полагают, что эта мутация возникла почти в самом начале истории домашних собак. Это косвенно подтверждается археологическими данными, которые показывают, что уже 10–15 тысяч лет назад собаки сильно различались по размеру. Так, в Сибири найдены кости очень крупных собак возрастом 14–15 тысяч лет, а из Передней Азии и Европы известны находки более поздних (10–12 тысяч лет) собачек небольшого размера. Поскольку у всех исследованных мелких пород преобладает один и тот же аллель (B), при том что эти породы сформировались в разных регионах и обмен генами между ними практически отсутствует, можно предположить, что аллель B возник очень рано, еще до того, как все эти породы начали оформляться. Как только по той или иной причине в собачьей популяции начинался отбор на малые размеры, носители аллеля B получали преимущество.

Важно подчеркнуть, что вариации гена IGF1 вовсе не «кодируют размер собаки», а всего лишь задают предрасположенность к более или менее быстрому росту. Размер тела, как и почти все фенотипические признаки, является интегральным результатом работы множества генов. Например, недостаток белка IGF1 в крови может компенсироваться повышенным числом или чувствительностью рецепторов, реагирующих на этот сигнальный белок, и в результате собака с аллелем B вырастет крупной.

Источник: Nathan B. Sutter et al. A Single IGF1 Allele Is a Major Determinant of Small Size in Dogs // Science. 2007. V. 316. P. 112–115.

Александр Марков

1 Этот факт используется в дискуссии о «хоббитах с острова Флорес» теми, кто пытается доказать, что спорные останки принадлежат не особому виду рода Homo, а представителю нашего вида, страдавшему микроцефалией. — А. Марков

Эта новость на «Элементах»
 

Предыдущие новости

09.04 Таяние ледников Антарктиды и Гренландии почти не сказывается на уровне Мирового океана

Уровень океана поднимается сейчас примерно на 3,5 мм в год, из них только на 0,35 мм — за счет таяния ледников Гренландии и Антарктиды. Баланс процессов таяния и образования нового льда пока не сводится. К такому осторожному выводу пришли британские исследователи в своем обзоре новейших работ по динамике ледовых шапок нашей планеты.

06.04 Микробиологи утверждают: многоклеточность — сплошное жульничество

По мнению новозеландского микробиолога Пола Рейни, тело многоклеточного организма могло возникнуть благодаря кооперации клеток, жертвующих собственным репродуктивным потенциалом ради блага колонии, а половые клетки образовались из клеток-обманщиков, которые пользовались преимуществами жизни в колонии, но не делали личного вклада в ее процветание.

05.04 Кораллы могут обходиться без скелета

Рост концентрации CO2 в атмосфере ведет не только к потеплению, но и к закислению морской воды. Это грозит крупными неприятностями многим морским обитателям, скелет которых состоит из легко растворяющегося в кислой среде карбоната кальция. Вопреки ожиданиям, лишаясь скелета, кораллы не погибают, а переходят к одиночному образу жизни наподобие актиний.

03.04 Выяснено происхождение самого большого цветка

Раффлезия — паразитическое растение с самыми крупными в мире цветами, но полностью лишенное листьев, стебля и корней. Происхождение и родственные связи этого паразита долго оставались загадочными. Генетический анализ показал, что раффлезия относится к семейству молочайных (Euphorbiaceae), хотя цветок у ее предков был примерно в 80 раз мельче.

01.04 Элементарные нечастицы

Знаменитый американский физик предложил кардинально новую возможность в физике элементарных частиц.

29.03 Мышиный мозг готов увидеть мир по-человечески

Мыши обладают только двумя зрительными пигментами, и спектр различаемых ими цветов уже, чем у человека. Эксперименты с трансгенными мышами со встроенным геном человеческого светочувствительного пигмента показывают, что мышиный мозг, вооруженный человеческой (трихроматической) фоторецепторной системой, способен воспринять мир по-человечески.

28.03 Март — месяц затмений (глазами очевидца)

Первый весенний месяц 2007 года преподнес жителям Земли два великолепных астрономических явления: полное лунное и частное солнечное затмение. Несмотря на пессимистичные прогнозы погоды, оба явления удалось наблюдать во многих городах России и СНГ. Среди тех, кому повезло, — и автор этих строк.

28.03 Выявлен отдел мозга, отвечающий за эмоциональную составляющую морально-этических оценок

Американские психологи обнаружили, что пациенты с двусторонними повреждениями вентромедиальной префронтальной коры при решении сложных моральных дилемм руководствуются только рассудком, тогда как у здоровых людей важную роль при этом играют эмоции. Прекрасно различая добро и зло на сознательном уровне, такие пациенты не способны к сопереживанию и никогда не испытывают чувства вины.

27.03 Половое размножение препятствует крупномасштабным изменениям генома

Вероятность переноса генов из митохондрий в ядро выше у растений, размножающихся вегетативно и путем самоопыления, хотя именно таким растениям этот перенос сулит меньше всего выгод. Это говорит о том, что половое размножение, ведущее к постоянному перекомбинированию генов, затрудняет крупные геномные перестройки.
В избранное