Адаптація дієти у собаки відображає поширення доісторичного землеробства

Предмети

Анотація

Вступ

Незважаючи на значні зусилля, щоб зрозуміти терміни та місце приручення собак, все ще залишається багато невизначеності. Найдавніші підтверджені останки собак датуються від 12500 до 16000 років до теперішнього часу (YBP) в Європі (Nobis, 1979; Baales, 1996; Boudadi-Maligne and Escarguel, 2014; Morey, 2014). Приручення в Європі узгоджується з тісним спорідненістю мітохондріальної ДНК між давніми та діючими європейськими вовками та сучасними собаками (Thalmann et al., 2013), але закономірності генетичних варіацій вказують на південно-східноазіатське, монгольське або непальське походження собак (Pang et al., 2009; Shannon et al., 2015; Wang et al., 2015). Аналіз даних послідовностей цілого генома ставить існуючих вовків як сестринські клади сучасним собакам, не маючи жодних слів про місце одомашнення собак, але аргументує єдину подію, яка розпочалася між 11 000 і 16 000 YBP (Freedman et al., 2014) . Молекулярне датування, однак, залежить від точних частот мутацій, а калібрування молекулярних годинників за допомогою ДНК із викопних решток датує найновішого спільного предка основних клітин мітохондріальних ДНК собак до 15 100–24 000 YBP (Thalmann et al., 2013) і підштовхує автосомні оцінки дивергенції собак та вовків до 27 000 - 40 000 YBP (Skoglund et al., 2015). Таким чином, собаки, можливо, були одомашнені десь в Євразії 11 000–40 000 YBP.

Паралельно AMY2B експансія у собак, помітна кількість копій розширення гена, що кодує слинну амілазу (AMY1) у людини (2nAMY1 діапазон кількості копій у людей: 2–16), ймовірно, відображає пристосування до збільшення споживання крохмалю серед людей (Perry et al., 2007). AMY1 варіація числа копій (CNV), таким чином, відкриває додаткове вікно про минулі дієти людини. Вища AMY1 кількість копій у діючих фермерів, ніж у збирачів мисливців, ймовірно, підтверджує значне збільшення споживання крохмалю під час неолітичної революції. Однак наявність множинних AMY1 копії у трьох донеолітичних європейських мисливця та збирачів (2nAMY1= 5, 6 і 13) (Lazaridis et al., 2014; Olalde et al., 2014) вказує на відносно сильну залежність від крохмалю також до розвитку сільського господарства. Подібним чином, відсутність розширення кількості копій як у неандертальців, так і у денисовців (2n= 2) припускає, що розбіжність Homo sapiens та неандертальців у 550 000–765 000 YBP є верхньою межею для початку зміни дієти людини (Prufer et al., 2014). Таким чином, хоча споживання людського крохмалю, безсумнівно, значно зросло під час неолітичної революції, як генетичні, так і археологічні дані можуть, отже, бути сумісними з контекстом верхнього палеоліту зміни раціону собак.

Якщо раціон собак змінився під час неолітичної революції, навряд чи це було пов’язано з початковим одомашненням, оскільки цей процес, ймовірно, розпочався (11 000–40 000 YBP) до розвитку сільського господарства (10 000–12 000 YBP) (Freedman et ін., 2014). Подібним чином, хоча попередня зміна раціону харчування була б сумісною з досільськогосподарськими термінами одомашнення собак, відсутність AMY2B розширення кількості копій у австралійських динго та деяких арктичних собак також свідчить про те, що зміна раціону харчування, можливо, не було пов'язане з початковим одомашненням, а скоріше пов'язане з подальшим зміною рівня існування людини (Arendt et al., 2014; Freedman et al., 2014).

Щоб збільшити наше розуміння того, як зміна раціону собак пов’язане з процесом одомашнення та змінами в існуванні людини, ми проводимо перше глобальне дослідження AMY2B CNV із використанням точних та надійних методів кількісного визначення ДНК. Цим ми отримуємо першу детальну картину AMY2B розширення кількості копій, що дозволяє нам вивчати адаптацію собачого крохмалю в регіональному масштабі та у світлі альтернативних стратегій існування людини.

Матеріали і методи

Зразки

Щоб дозволити детальний аналіз розподілу AMY2B кількість копій у всій популяції собак ми зібрали зразки щічного мазка або крові у 221 собаки, 95 з яких представляють корінних собак з усього світу, включаючи 25 австралійських динго, і 126 з яких представляють собак породи. Ми також включили 171 собаку (включаючи 19 корінних собак з Гренландії), які раніше були генотиповані AMY2B номери копій (Arendt et al., 2014) з використанням того самого методу, що застосовувався у цьому дослідженні. Всього в цьому дослідженні було проаналізовано 392 собаки, що представляють 96 різноманітних порід та корінних собак (Додаткова таблиця 1). Проаналізувати походження AMY2B розширення числа копій ми також проаналізували зразки тканин або крові від 5 болгарських золотих шакалів, 1 койота (з Міннесоти) та в цілому 51 вовка з Африки (n= 1), Хорватії (9), Естонії (8), Ізраїлю (4), Швеції (1), Данії (1) та США (12), а також від 15 вовків із популяції шведського зоопарку, яка походить від природні популяції вовків у Балтійському регіоні (Швеція, Фінляндія, Естонія, Латвія та Росія) (Додаткова таблиця 2).

Вилучення ДНК

ДНК витягували з крові EDTA за допомогою ручного вилучення солі або набору QIASymphony DNA Midi (Qiagen, Венло, Нідерланди) на роботі QIASymphony (Qiagen). ДНК отримували з м’язової тканини за допомогою набору крові DNEasy для крові та тканин (Qiagen). Зразки мазків на щіці зберігали на картках FTA, з яких згодом елюювали ДНК методом кип’ятіння наступним чином: спочатку 2-3 проби кожної карти FTA поміщали в пробірку і тричі промивали 180 мкл ddH2O; по-друге, элюирование проводили додаванням 25 мкл ddH2O до кожного зразка і кип'ятінням протягом 30 хв при 95 ° C.

Копія аналізу номера

Географічне походження собак

Походження 114 особин, що представляють корінних собак (у додатковій таблиці 1 згадується як «корінні»), було визначено як місце відбору проб. Ці собаки були зібрані з сільських регіонів з невеликим напливом іноземних собак, стверджуючи, що існуючі собаки, ймовірно, представляють вихідну популяцію. Породам собак було присвоєно географічне походження згідно з Міжнародною федерацією кінологій (http://www.fci.be) (Додаткова таблиця 1) за наступними винятками: по-перше, три породи собак, відібрані в Японії (Кавакамі-Дог, Рюкю та Сацума-Дог ), один у Киргизстані (афганська гонча собака) та один у Росії (Степна) не були визнані Федерацією кінологів Інтернешнл, але тим не менше присвоєні країні походження на основі їх добре встановленого місцевого статусу; по-друге, американські стаффордширські тер’єри, ретровери з качки Нової Шотландії та австралійські тер’єри були класифіковані як європейські, враховуючи їхнє недавнє походження в суспільствах, заснованих європейськими поселенцями в Північній Америці та Австралії, відповідно.

Аналіз регіонального CNV

Ми вивчали регіональний CNV серед усіх собак, групуючи собак у 10 великих географічних районів на основі країни походження породи або місця відбору проб. Це були Європа (крім Росії), Африка, Південно-Західна Азія (Ізраїль, Туреччина, Іран, Сирія та Казахстан), Південна Азія (Індія та Афганістан), Східна Азія (Китай, Японія, Тайвань та Киргизстан), Південно-Східна Азія (Камбоджа, Філіппіни, Індонезія, Таїланд та Нова Гвінея), Австралія, Центральна Америка (Мексика та Перу), Арктична Америка (Аляска, Канада та Гренландія) та Арктична Азія (Сибір у Росії). Асоціація між AMY2B CNV та сільське господарство були протестовані шляхом характеристики собак як аграрного або неаграрного походження на основі приблизних оцінок географічного поширення доісторичного землеробства (Diamond and Bellwood, 2003). Оскільки недавня домішка, вузькі місця та сильний штучний відбір могли змішувати зв'язок між генетичними ознаками та географічним походженням у деяких собак - зокрема серед собак породи (Parker et al., 2004) - ми також повторно проаналізували регіональний CNV у підгрупі собак, які лише 114 місцевих собак. Ми використовували тести підсумовування рангу Вількоксона для порівняння специфіки популяції AMY2B копіювати номери в обох наборах даних.

Результати

Загальні AMY2B варіація вовка, золотого шакала, койота та собаки

Диплоїдна AMY2B номери копій у 5 золотих шакалів та 1 койот були зафіксовані на двох. Подібним чином 49 з 51 вовка несли двох AMY2B копії, тоді як датський вовк мав одну копію, а ізраїльський - три копії (додаткова таблиця 2). Це контрастує з попереднім дослідженням, яке виявило> 2 AMY2B копії у 16 з 40 вовків і стверджує, що AMY2B дублювання рідко трапляється у вовків. Загалом, ці результати вказують на число копій предків 2nAMY2B= 2 у канідах.

Серед 392 генотипних собак диплоїдних AMY2B числа копій коливались від 1 до 22 із середнім значенням 2nAMY2B= 10 (s.d. = 4,3). Переважна більшість собак (n= 354) перевозив більше 2 AMY2B копії із загальним збільшенням кількості копій у п’ять разів у собак щодо вовків. Однак замість нормального розподілу, як очікувалося б, якщо собаки представляють однорідну популяцію, кількість копій у собак розподілялася бімодально з основним режимом 9 і другорядним 2 (рис. 1а), що вказує на те, що процес, що лежить в основі AMY2B розширення кількості копій, можливо, по-різному вплинуло на окремі популяції собак.

Світової AMY2B розподіл номера копії -. (a) AMY2B числа копій у 392 собак розподіляються бімодально з основним режимом 9 та другорядним 2. Червоний та синій кольори зображують собак, що походять з аграрного та неаграрного регіонів, відповідно. Фіолетовий колір позначає перекриття між аграрним та неаграрним розподілом номерів копій. (b) Сюжет вікна, що показує AMY2B розподіл кількості копій у 46 порід собак та 114 корінних собак, згрупованих у 8 географічних регіонів (Африка, Південно-Західна Азія (Південна Азія), Південна Азія (Південна Азія), Східна Азія (Є. Азія), Південно-Східна Азія (Південно-Східна Азія), Австралія, Арктика Америка та Арктика Азія). На горизонтальних смугах відображаються середні значення числа копій, а квадратики представляють міжквартильний діапазон (IQR), причому вуса поширюються на максимальні та мінімальні значення в межах 1,5 × IQR. Чорні квадрати позначають викиди. (c) Середній AMY2B кількість копій у всіх собак, згрупованих у 10 великих географічних регіонах: Європі, Африці, Південно-Західній Азії, Південній Азії, Східній Азії, Південно-Східній Азії, Австралії, Центральній Америці, Арктиці та Арктиці. Пунктирними лініями позначено приблизне розширення доісторичного землеробства (Даймонд та Беллвуд, 2003), а кольоровими позначками регіони, відібрані в цьому дослідженні, що характеризуються як аграрні (червоний), так і неаграрні (синій).

Розподіл кількості копій у собак корелює із поширенням доісторичного землеробства

Ми зазначаємо, що цей розподіл номерів копій, як правило, дотримується моделі, яка відповідає приблизному розповсюдженню доісторичного землеробства (рис. 1в). Арктична Америка, Арктична Азія та Австралія представляють регіони, які не мали або лише недавно застосовували сільськогосподарську практику, тоді як доісторичне землеробство було поширене в більшості частин інших обстежуваних тут районів. Для офіційного порівняння кількості копій у собак з аграрних та неаграрних регіонів ми згрупували собак з Арктики Америки, Арктики Азії та Австралії як неаграрні регіони, а решта сім регіонів - як аграрні регіони. Номери копій у 311 аграрних собак зазвичай розподілялись із медіаною 2nAMY2B= 11 (діапазон: 2–22, с.д. = 3,5), що суттєво відхилялося від усіченого нормального розподілу у 81 неаграрного собаки із медіаною 2nAMY2B= 3 (діапазон: 1–16, с.д. = 3,5, PУілкоксон −16; Малюнок 1а). Таким чином, шляхом розподілу даних у аграрних та неаграрних собак вирішується бімодальний розподіл, спочатку спостерігався серед усіх собак, що вказує на те, що історична наявність та відсутність сільськогосподарської практики поділяють собак на дві різні популяції щодо AMY2B копіювати номери.

Рідні собаки

Європейські собаки

Стверджувалося, що деякі скандинавські мисливські та скандинавські скотарі та сторожові собаки представляють давні породи арктичного європейського походження, що, отже, могло еволюціонувати під обмеженим впливом сільського господарства. Генетичні дані, однак, вказують на більш пізні спільні предки з іншими європейськими собаками принаймні для деяких з цих порід (Parker et al., 2004; vonHoldt et al., 2010). Ми генотипували 27 скандинавських собак, включаючи шведських та норвезьких елькхаундів, норвезьких бухундів, норвезьких люндехундів, шведських лапфундів та лаппонійських пастухів, і виявили загальний високий AMY2B копіювати номери з розподілом, який не можна було розрізнити (медіана 2nAMY2B= 11, діапазон: 5–18, с.д. = 2,9) від показника у інших європейських собак (медіана 2nAMY2B= 12, n= 174, діапазон: 4–21, с.д. = 3,1, PВілкоксон = 0,75).

Обговорення

У цьому дослідженні ми виявляємо чітку географічну закономірність, наскільки AMY2B кількість копій розширилася по всьому світовому поголів'я собак. Ми це показуємо AMY2B кількість копій розподіляється бімодально, і собаки, що походять з регіонів, де в доісторичні часи займалися сільським господарством, несуть значно більше копій, ніж собаки, що походять з інших країн. Наші висновки стверджують, що процес адаптації до продуктів, багатих крохмалем, по-різному вплинув на окремі популяції собак і що ця різниця може бути пов’язана з розвитком та розповсюдженням сільського господарства або подальшими агротехнологічними досягненнями в більшості, але не у всіх регіонах глобус.

AMY2B кількість примірників зросла вп’ятеро за час приручення собаки

AMY2B Розширення кількості копій корелює із поширенням доісторичного землеробства

На відміну від порід собак, високоефективна популяція корінних собак стверджує, що вони менше страждають від вузьких місць та штучного відбору, і тому вони повинні точніше відображати давню генетичну структуру собак, якщо останні домішки були обмежені (Shannon et al., 2015 ). У корінних собак, проаналізованих тут, відбирали проби у сільських районах географічних регіонів, в яких переважно переважають регіональні компоненти походження (Shannon et al., 2015), аргументуючи тим, що домішки мали обмежений вплив на AMY2B CNV у цих собак. Ми зазначаємо, що наш окремий аналіз корінних собак повторює географічну картину кількості копій, що спостерігається серед усіх собак; тобто (i) корінні собаки, яким не вистачає AMY2B розширення (2nAMY2B= 2) як правило, походять з арктичних регіонів або Австралії, і (ii) корінні собаки з регіонів із доісторичним землеробством несуть значно більше копій, ніж ті, що походять з інших країн (додаткова фігура 1). Отже, загальні закономірності, що спостерігаються у цьому дослідженні, можуть бути відносно стійкими до останніх домішок.

Ми робимо висновок, що значно підвищений AMY2B кількість копій у собак з регіонів з доісторичним землеробством вказує на те, що зміна раціону собак, швидше за все, пов'язане з неолітом, але зауважте, що передчасно повністю виключати як раніше настання цієї зміни, враховуючи свідчення збільшення споживання людського крохмалю до цього епізоду, а також пізніший початок, заснований на відсутності AMY2B дублювання в динго. Враховуючи неолітичну асоціацію зміни раціону та той факт, що нинішні оцінки часу приручення собак передують розвитку сільського господарства, широко розповсюджена відсутність збільшення кількості копій у собак Арктики та Австралії відповідає початку відбору для ефективного перетравлення крохмалю після початкового одомашнення, хоча ми усвідомлюємо, що ефекти засновника, розслаблений відбір, заглиблення від вовків та роль Дінго під час процесу одомашнення могли змішати ці інтерпретації. Майбутній аналіз AMY2B Шаблони номерів копій у залишках викопних собак, швидше за все, дадуть додаткові подробиці щодо точних термінів цієї події відбору.