В России совершили прорыв в поиске генов одомашнивания

Больше 60 лет в новосибирском Академгородке продолжается эксперимент, аналогов которому в мире нет. Дикие и агрессивные чернобурые лисицы усилиями советских, а затем российских ученых всего за полвека превратились в ручных и преданных животных-компаньонов. Изменился и их внешний облик: хвосты завернулись в колечки, уши обвисли, на шерсти появились пятна, характерные для всех домашних животных. Исследователи, занятые сегодня в эксперименте, объясняют, что происходит с геномом зверей при одомашнивании и почему отбор по поведению меняет внешний вид.

Врожденная любовь к человеку
«Здесь у нас будет вольер для Пломбира. Лисе нужно много места, в квартире ей тесно. Поэтому мы записались в очередь на лисицу только тогда, когда окончательно решили переезжать в частный дом», — рассказывает жительница Новосибирска Татьяна Абрамова, показывая уголок двора, отведенный для девятимесячного белоснежного лиса с черными пятнышками на спине и морде.
Пломбир — лис не простой, а одомашненный. Он вместе с еще несколькими сотнями лисиц — результат грандиозного научного эксперимента, начатого академиком Дмитрием Беляевым в Институте цитологии и генетики СО РАН больше шестидесяти лет назад и продолжающегося до сих пор.
Знаменитый советский генетик мечтал реконструировать путь, который прошел волк в процессе одомашнивания (доместикации). Именно поэтому в качестве объекта для исследований выбор пал на ближайших родственников волка — лисиц. Беляев выдвигал революционную по тем временам идею: невероятное разнообразие морфологических (и не только) признаков, характерное для домашних животных, — следствие отбора на дружелюбное отношение к человеку. В итоге изменилась активность многих генов, в первую очередь связанных с регуляцией нервной системы и гормональной реакцией на стресс.

Дестабилизирующий отбор
В конце 1950-х годов советские ученые обратили внимание, что серебристо-черные лисицы, выращиваемые в звероводческих хозяйствах, очень по-разному ведут себя с людьми. Чаще всего животные проявляли агрессию, кидались на работников ферм, пытались укусить, но у некоторых особей — таких было не больше десяти процентов — страх и вражда к человеку были очень слабыми. Именно таких лисиц (сто самок и тридцать самцов) выбрали для создания экспериментальной новосибирской популяции.
Беляев вместе со своей ученицей Людмилой Трут тщательно подбирал пары только из самых дружелюбных к человеку особей. В конце концов у потомства появились собачьи повадки, например виляние хвостом, и морфологические черты, характерные для многих домашних животных: белые отметины на лбу, закрученные в кольцо хвосты, «перекус» (удлиненная нижняя челюсть), висячие уши. Происходили и другие изменения — снизился уровень гормонов, отвечающих за реакцию на стресс, удлинился период размножения.
В дикой природе действует естественный отбор. Окрас шерсти обеспечивает хорошую маскировку, уровень гормонов стресса позволяет противостоять угрозам окружающего мира, а потомство рождается, когда для него достаточно пищи и солнечного света.
Но «беляевские лисицы» попали в совершенно иные обстоятельства, где решающим фактором стало доверие к человеку. Именно давление среды вызвало перемены в регуляции генов, ответственных за поведенческие навыки, необходимые для адаптации к новым условиям обитания, считал Дмитрий Беляев. Такие гены, как правило, обладают множественными регуляторными функциями. Этим и объясняется взрыв разнообразия, наблюдаемый у всех одомашненных видов при их сравнении с дикими родственниками. Поэтому отбор, главным вектором которого было изменение поведения, он назвал дестабилизирующим.
«Знаете, что было самым поразительным на том этапе эксперимента? То, с какой скоростью происходили перемены. Уже в шестом поколении были первые единичные щенки, которые не только не боялись людей, но и радовались при виде человека: виляли хвостом и издавали приветственные звуки. В десятом поколении такая «доместикационная элита» составляла 18 процентов, а к двадцатому поколению — 35 процентов. Сегодня, после почти шестидесяти лет, около восьмидесяти процентов лисиц демонстрируют ярко выраженное дружелюбие к человеку. И это достигнуто лишь путем отбора особей и получения от них потомства. По меркам эволюции — чрезвычайно короткий срок», — говорит один из исследователей, занятых сегодня в проекте, старший научный сотрудник ИЦиГ СО РАН, кандидат биологических наук Анастасия Харламова.

Невероятные совпадения
Эксперимент по одомашниванию лисиц начался в 1959 году. К тому времени уже было известно, что молекула ДНК представляет собой двойную спираль, но о расшифровке геномов живых организмов ученые могли только мечтать. К XXI веку, когда технологии позволили прочесть последовательность ДНК, на лисьей ферме проживало около тысячи одомашненных особей. Кроме того, там создали популяцию агрессивных животных — отбирались и скрещивались между собой самые злобные лисы.
Две контрастных группы позволили приступить к исследованию молекулярно-генетических механизмов поведения. Генетики создали новую популяцию, гибридную между ручными и агрессивными лисицами, и детально проанализировали ее потомство. В описании включили почти сто мелких признаков дружелюбия или агрессивности.
Результат — карта лисьего генома, созданная под руководством Людмилы Трут из ИЦиГ СО РАН и Анны Кукековой, работавшей в то время в Корнельском Университете (США). Ученые сравнили полученные данные с картой генома собаки. Анализ особенностей наследования признаков поведения выявил несколько участков в ДНК лисицы, которые могли быть связаны с искусственным отбором в эксперименте новосибирских генетиков.
Самое поразительное, что один из участков — на 12-й хромосоме лисицы — оказался гомологичным, то есть родственным участку в геноме собаки, также вовлеченному в процесс ее приручения. Это указывает на то, что одомашнивание собаки шло примерно так же, как лисиц, — отбирались наименее агрессивные особи.

Гены дружелюбия
Важный этап в генетике одомашненных лисиц начался в 2018 году, когда международная команда генетиков расшифровала и сравнила между собой геномы «ручных», агрессивных и не подвергавшихся отбору по поведению контрольных лисиц. Ученые идентифицировали 103 участка, наиболее различающиеся между этими группами. Сопоставив эти данные с выполненным ранее анализом наследования поведения экспериментальных лисьих семей, исследователи обнаружили, что 30 из этих 103 участков совпадают. Иными словами, они выявлялись при использовании обоих методов.
Чуть позже более детальный анализ одного из этих участков показал, что в нем содержится всего один ген — SorCS1. Ученые предположили, что изменения в поведении одомашненных животных (а отбор первоначально шел именно по признаку наиболее «ручного» нрава) могут быть связаны с определенным вариантом гена SorCS1. Этот вариант встречается лишь у самых дружелюбных лисиц и регулирует белки, вовлеченные в передачу сигналов между нейронами центральной нервной системы.
По словам Анны Кукековой, этот ген отвечает за вполне конкретное поведение — желание лисицы продолжать общение с человеком, когда тот провел с ней некоторое время и собирается уходить. Поэтому считать именно этот ген ответственным за дружелюбие лисиц неправильно. Поведение прирученных животных контролируется многими участками генома, и у каждого своя зона влияния. Одни определяют, будет ли лиса рада человеку, другие — ее отношение к прикосновениям, поглаживанию.
«Поведение — это очень сложный признак. Мы пока не знаем, сколько генов вовлечено в процесс доместикации, как они взаимодействуют. Мы только-только получили первые данные, подтверждающие, что да, есть определенные участки в геноме, отвечающие за формирование ручного и агрессивного поведения, что эти участки отличаются друг от друга и определенным (сложным) образом взаимодействуют. Поэтому впереди еще очень много работы», — объясняет Анастасия Харламова.

Беляев был прав
«Академик Беляев полагал, что если ведется очень жесткий отбор по определенным признакам, то происходит дестабилизация организма животного, и можно получить животных с совершенно новыми, не известными ранее особенностями. Скорее всего, феномен, который Дмитрий Константинович объяснял с позиций своей концепции, связан с жестким отбором по комбинации нескольких или многих генов, в результате чего возникает их сочетание, крайне редкое у индивидуумов в природе. Также, возможно, мишенями селекции становятся гены с широким спектром действия — например, если это какой-то регуляторный ген, он может влиять как на поведение, так и на морфологию. Мы не думаем, что наблюдаемые нами мутации возникли именно в экспериментальной лисьей популяции; скорее всего, они существовали в популяциях лисиц очень давно, но их частота встречаемости в наших популяциях была увеличена за счет селекции», — пишет в научном журнале «Природа» Анна Кукекова.
Пломбир, живущий в семье Татьяны Абрамовой, — наглядная иллюстрация того, что гены, связанные с ручным поведением и доверием к человеку, влияют и на внешний вид животного. У лиса закругленная морда, пятна на спине и у глаз. Он умеет махать хвостом и очень привязан к хозяйке. Ходит за ней по пятам, запрыгивает на колени, требует себя погладить.
«Лиса — это, конечно, не кошка и не собака. Но по темпераменту они ближе к собакам — очень быстро схватывают команды. Наш лис хорошо ладит с детьми, вообще никакой агрессии по отношению к нам нет. Порой даже забываешь, что это за животное. А потом сидишь на диване и вдруг понимаешь: это же лиса у тебя под боком и ты ей брюшко чешешь. Ощущение непередаваемое», — улыбается Абрамова.

Источник: https://ria.ru