Subiecte

Abstract

Introducere

În ciuda eforturilor considerabile de a înțelege momentul și localizarea domesticirii câinilor, rămâne multă incertitudine. Cel mai vechi câine confirmat rămâne datat între 12.500 și 16.000 de ani înainte de prezent (YBP) în Europa (Nobis, 1979; Baales, 1996; Boudadi-Maligne și Escarguel, 2014; Morey, 2014). Domesticirea în Europa este în concordanță cu legătura strânsă a ADN-ului mitocondrial între lupii europeni antici și existenți și câinii moderni (Thalmann și colab., 2013), dar modelele de variație genetică indică originea câinilor din Asia de Sud-Est, mongolă sau nepaleză (Pang și colab.)., 2009; Shannon și colab., 2015; Wang și colab., 2015). Analizele datelor secvenței genomului întreg plasează lupii existenți pe măsură ce sora clade la câinii moderni, fără indicii privind localizarea domesticirii câinilor, dar susțin un singur eveniment care a început între 11.000 și 16.000 YBP (Freedman și colab., 2014). Datarea moleculară depinde totuși de rate exacte de mutație, iar calibrarea ceasurilor moleculare folosind ADN din rămășițe fosile datează cel mai recent strămoș comun al principalelor clade ADN mitocondriale de câine la 15 100-24 000 YBP (Thalmann și colab., 2013) și împinge estimările autosomale a divergenței câinilor și lupilor între 27.000 și 40.000 YBP (Skoglund și colab., 2015). Este posibil ca câinii să fi fost domesticați undeva în Eurasia între 11.000 și 40.000 YBP.

Paralel cu AMY2B extinderea la câini, o expansiune marcată a numărului de copii a genei care codifică amilaza salivară (AMY1) la om (2nAMY1 intervalul numărului de copii la om: 2-16) reflectă probabil o adaptare la consumul crescut de amidon la om (Perry și colab., 2007). AMY1 variația numărului de copii (CNV) oferă astfel o fereastră suplimentară asupra dietelor umane din trecut. Superior AMY1 numărul copiilor la fermierii existenți decât la vânători-culegători confirmă probabil o creștere semnificativă a consumului de amidon în timpul revoluției neolitice. Cu toate acestea, prezența multiplelor AMY1 copii în trei vânători și culegători pre-neolitici europeni (2nAMY1= 5, 6 și 13) (Lazaridis și colab., 2014; Olalde și colab., 2014) indică o dependență relativ puternică de amidon și înainte de dezvoltarea agriculturii. În mod similar, lipsa extinderii numărului de copii atât la neanderthalieni, cât și la denisovieni (2n= 2) sugerează că divergența de Homo sapiens iar neanderthalienii la 550.000-765.000 YBP marchează o limită superioară pentru debutul modificării dietei umane (Prufer și colab., 2014). Astfel, deși consumul de amidon uman a crescut fără îndoială semnificativ în timpul revoluției neolitice, atât dovezile genetice, cât și cele arheologice pot fi, prin urmare, compatibile cu un context paleolitic superior al schimbării dietei câinilor.

Dacă dieta câinilor s-a schimbat în timpul revoluției neolitice, este puțin probabil să fi fost legată de domesticirea inițială, deoarece acest proces a început probabil (11.000-40.000 YBP) înainte de dezvoltarea agriculturii (10.000-12.000 YBP) (Freedman et al., 2014 ). La fel, deși o modificare anterioară a dietei ar fi compatibilă cu o perioadă pre-agricolă de domesticire a câinilor, o lipsă de AMY2B extinderea numărului de copii la dingoii australieni și câțiva câini arctici sugerează, de asemenea, că schimbarea dietei nu ar fi fost asociată cu domesticirea inițială, ci mai degrabă legată de o schimbare ulterioară a existenței umane (Arendt și colab., 2014; Freedman și colab., 2014).

Pentru a ne înțelege mai bine legătura dintre schimbarea dietei câinilor și procesul de domesticire și schimbările de subzistență umană, efectuăm primul studiu global al AMY2B CNV utilizând metode precise și fiabile de cuantificare a ADN-ului. Prin aceasta obținem prima imagine detaliată a AMY2B extinderea numărului de copii care ne permite să studiem adaptarea amidonului de câine la scară regională și în lumina strategiilor alternative de subzistență umană.

Materiale și metode

Mostre

Pentru a permite o analiză detaliată a distribuției AMY2B Numărul copiilor din întreaga populație de câini am colectat probe bucale sau probe de sânge de la 221 de câini, dintre care 95 reprezintă câini nativi din întreaga lume, inclusiv 25 de dingo australieni, iar 126 dintre aceștia reprezintă câini de rasă. De asemenea, am inclus 171 de câini (inclusiv 19 câini nativi din Groenlanda) pentru care au fost genotipați anterior AMY2B copierea numerelor (Arendt și colab., 2014) folosind aceeași metodă utilizată în acest studiu. În total, 392 de câini reprezentând 96 de rase diverse și câini nativi au fost analizați în acest studiu (Tabelul suplimentar 1). Pentru a analiza originea AMY2B extinderea numărului de copii am analizat, de asemenea, probe de țesut sau sânge de la 5 șacali de aur bulgari, 1 coiot (din Minnesota) și un total de 51 de lupi, din Africa (n= 1), Croația (9), Estonia (8), Israel (4), Suedia (1), Danemarca (1) și Statele Unite (12) și de la 15 lupi din populația zoologică suedeză, care provine din populațiile naturale de lupi din regiunea baltică (Suedia, Finlanda, Estonia, Letonia și Rusia) (tabelul suplimentar 2).

Extracția ADN-ului

ADN-ul a fost extras din sângele EDTA folosind fie extracția manuală a sării, fie kitul QIASymphony DNA Midi (Qiagen, Venlo, Olanda) pe robotul QIASymphony (Qiagen). ADN-ul a fost extras din țesutul muscular folosind trusa DNeasy pentru sânge și țesut (Qiagen). Probele de tampon bucal au fost depozitate pe carduri FTA din care ADN-ul a fost ulterior eluat folosind o metodă de fierbere după cum urmează: mai întâi, 2-3 pumni din fiecare card FTA au fost plasate într-un tub și spălate de trei ori în 180 μl ddH2O; în al doilea rând, eluarea a fost făcută prin adăugarea a 25 μl ddH2O la fiecare probă și fierberea aceasta timp de 30 de minute la 95 ° C.

Copiați testul numărului

Originea geografică a câinilor

Originea a 114 indivizi care reprezentau câini nativi (denumiți „nativi” în tabelul suplimentar 1) a fost setată la locul de prelevare. Acești câini au fost colectați din regiunile rurale, cu un aflux mic de câini străini, argumentând că câinii existenți sunt susceptibili să reprezinte populațiile originale. Câinilor de rasă li s-a atribuit originea geografică conform Federation Cynologique International (http://www.fci.be) (Tabelul suplimentar 1), cu următoarele excepții: în primul rând, trei câini de rasă prelevați în Japonia (Kawakami-Dog, Ryukyu și Satsuma-Dog ), una în Kârgâzstan (câine afgan) și una în Rusia (Stepnaya) nu au fost recunoscute de Federation Cynologique International, dar au fost atribuite cu toate acestea țara de origine pe baza statutului lor local bine stabilit; în al doilea rând, American Staffordshire Terriers, Nova Scotia Duck-Tolling Retrievers și Australian Terriers au fost clasificați ca europeni având în vedere originea lor recentă în societăți fondate de coloniști europeni din America de Nord și, respectiv, Australia.

Analize ale CNV regionale

Am studiat CNV regional printre toți câinii prin gruparea câinilor în 10 zone geografice mari, pe baza țării de origine a rasei sau a locației de eșantionare. Aceste regiuni erau Europa (cu excepția Rusiei), Africa, Asia de Sud-Vest (Israel, Turcia, Iran, Siria și Kazahstan), Asia de Sud (India și Afganistan), Asia de Est (China, Japonia, Taiwan și Kârgâzstan), Asia de Sud-Est (Cambodgia), Filipine, Indonezia, Thailanda și Noua Guinee), Australia, America Centrală (Mexic și Peru), America Arctică (Alaska, Canada și Groenlanda) și Asia Arctică (Siberia în Rusia). Asociere între AMY2B CNV și agricultura au fost testate prin caracterizarea câinilor ca având o origine agrară sau non-agrară pe baza estimărilor aproximative ale răspândirii geografice a agriculturii preistorice (Diamond și Bellwood, 2003). Ca amestec recent, blocajele și selecția artificială puternică ar fi putut confunda relația dintre semnăturile genetice și originea geografică la unii câini - în special în rasa câinilor (Parker și colab., 2004) - am reanalizat și CNV regional într-un subgrup de câini care a inclus doar cei 114 câini nativi. Am folosit teste Wilcoxon de sumă de rang pentru a compara specificul populației AMY2B copiați numerele în ambele seturi de date.

Rezultate

General AMY2B variație în lup, șacal de aur, coiot și câine

Diploid AMY2B numerele de copiere în 5 șacali aurii și 1 coiot au fost fixate la două. În mod similar, 49 din 51 de lupi au purtat doi AMY2B copii, în timp ce un lup danez purta o singură copie și un lup israelian trei exemplare (tabelul suplimentar 2). Acest lucru contrastează cu un studiu anterior care a constatat> 2 AMY2B copiază în 16 din 40 de lupi și susține că AMY2B duplicarea este rară la lupi. În general, aceste rezultate indică un număr de copii ancestrale de 2nAMY2B= 2 în canide.

Dintre cei 392 de câini genotipizați diploizi AMY2B numerele de copii au variat de la 1 la 22 cu o valoare mediană de 2nAMY2B= 10 (s.d. = 4.3). Marea majoritate a câinilor (n= 354) a transportat mai mult de 2 AMY2B copii cu o creștere globală de cinci ori a numărului de copii la câini față de lupi. Cu toate acestea, mai degrabă decât să urmeze o distribuție normală, așa cum ar fi de așteptat dacă câinii reprezintă o populație omogenă, numărul copiilor la câini a fost distribuit bimodal cu un mod major de 9 și un minor de 2 (Figura 1a), indicând faptul că procesul care stă la baza AMY2B extinderea numărului de copii poate fi afectat în mod diferit populațiile separate de câini.

răspândirea

La nivel mondial AMY2B distribuirea numărului copiei. (A) AMY2B numerele de copii la 392 de câini sunt distribuite bimodal cu un mod major de 9 și un minor de 2. Culorile roșu și albastru prezintă câini originari din regiuni agrare și, respectiv, non-agrare. Purpuriu marchează suprapunerea dintre distribuțiile numerelor de copii agrare și neagricole. (b) Complot de cutie care arată AMY2B distribuirea numărului de copii în 46 de rase de câini și 114 câini nativi grupați în 8 regiuni geografice (Africa, Asia de Sud-Vest (Asia de Sud-Vest), Asia de Sud (Asia de Sud), Asia de Est (E. Asia), Asia de Sud-Est (Asia de Sud-Est), Australia, America Arctică și Asia Arctică). Barele orizontale afișează valorile mediane ale numărului de copii, iar casetele reprezintă intervalul inter quartile (IQR), cu mușchii care se extind la valori maxime și minime în limita a 1,5 × IQR. Pătratele negre marchează valori aberante. (c) In medie AMY2B numere de copii la toți câinii grupați în 10 regiuni geografice mari: Europa, Africa, Asia de Sud-Vest, Asia de Sud, Asia de Est, Asia de Sud-Est, Australia, America Centrală, America Arctică și Asia Arctică. Liniile punctate marchează extinderea aproximativă a agriculturii preistorice (Diamond și Bellwood, 2003) și culoarea marchează regiunile care au fost eșantionate în acest studiu și caracterizate fie ca agrar (roșu), fie ca non-agrar (albastru).

Distribuția numărului de copii la câini se corelează cu răspândirea agriculturii preistorice

Observăm că această distribuție a numărului de copii urmează în general un model care se potrivește cu răspândirea aproximativă a agriculturii preistorice (Figura 1c). America arctică, Asia arctică și Australia reprezintă regiuni fără practică agricolă sau doar practică recentă, în timp ce agricultura preistorică era răspândită în majoritatea părților din celelalte zone studiate aici. Pentru a compara în mod oficial numărul copiilor la câinii din regiunile agrare și non-agrare, am grupat câinii din America Arctică, Asia Arctică și Australia ca regiuni non-agrare și celelalte șapte regiuni ca regiuni agrare. Numerele de copii la 311 câini agrari au fost distribuite în mod normal cu mediana 2nAMY2B= 11 (interval: 2-22, s.d. = 3,5), care s-a deviat semnificativ de la distribuția normală trunchiată la 81 de câini non-agrari cu mediană 2nAMY2B= 3 (interval: 1-16, s.d. = 3,5, PWilcoxon −16; Figura 1a). Astfel, prin partiționarea datelor la câinii agrari și non-agrari, se rezolvă distribuția bimodală observată inițial la toți câinii, indicând faptul că prezența istorică și absența practicii agricole separă câinii în două populații distincte în ceea ce privește AMY2B copiați numerele.

Câini nativi

Câini europeni

S-a susținut că unele vânătoare nordice și câini de pază și păstori nordici reprezintă rase antice de origine arctică europeană care, prin urmare, ar fi putut evolua sub influența limitată a agriculturii. Datele genetice indică totuși o ascendență comună mai recentă cu alți câini europeni pentru cel puțin unele dintre aceste rase (Parker și colab., 2004; vonHoldt și colab., 2010). Am genotipat 27 de câini nordici, inclusiv suedez și, norvegian Elkhound, norvegian Buhund, norvegian Lundehund, suedez Lapphund și lapponian păstori, și a găsit în general ridicat AMY2B copiați numerele cu o distribuție care nu se distinge (mediana 2nAMY2B= 11, interval: 5-18, s.d. = 2.9) față de cel al altor câini europeni (mediana 2nAMY2B= 12, n= 174, interval: 4-21, s.d. = 3.1, PWilcoxon = 0,75).

Discuţie

În acest studiu identificăm un model geografic clar în măsura în care AMY2B numărul copiilor s-a extins în întreaga populație globală de câini. Arătăm asta AMY2B numerele de copii sunt distribuite bimodal și că câinii originari din regiuni în care se practica agricultura în epoca preistorică poartă semnificativ mai multe copii decât câinii originari din alte părți. Descoperirile noastre susțin că procesul care stă la baza adaptării la alimentele bogate în amidon a afectat în mod diferit populațiile separate de câini și că această diferență poate fi atribuită dezvoltării și răspândirii agriculturii sau progreselor agro-tehnologice ulterioare, în majoritatea, dar nu în toate regiunile amenda.

AMY2B numărul copiilor a crescut de cinci ori în timpul domesticirii câinilor

AMY2B expansiunea numărului de copii se corelează cu răspândirea agriculturii preistorice

Spre deosebire de câinii de rasă, dimensiunile mari ale populației eficiente ale câinilor nativi susțin că sunt mai puțin afectați de gâtuiri și selecție artificială și, prin urmare, ar trebui să reflecte structura genetică veche a câinilor mai exact dacă amestecul recent a fost limitat (Shannon și colab., 2015 ). Câinii nativi analizați aici au fost testați în zonele rurale din regiunile geografice în care predomină în general componentele strămoșilor regionali (Shannon și colab., 2015) argumentând că amestecul a avut un efect limitat asupra AMY2B CNV la acești câini. Observăm că analizele noastre separate ale câinilor nativi recapitulează modelul geografic al numărului de copii observat la toți câinii; adică (i) câini nativi cărora le lipsește AMY2B expansiune (2nAMY2B= 2) provin, în general, în regiuni arctice sau în Australia și (ii) câinii nativi din regiuni cu agricultură preistorică poartă semnificativ mai multe copii decât cei originari în altă parte (Figura 1 suplimentară). Modelele generale observate în acest studiu sunt, prin urmare, probabil să fie relativ robuste până la amestecul recent.

Concluzionăm că semnificativ ridicat AMY2B numărul copiilor la câini din regiuni cu agricultură preistorică indică faptul că modificarea dietei câinilor este probabil asociată cu neoliticul, dar rețineți că este prematur să excludeți în totalitate atât debutul mai timpuriu al acestei modificări, având dovezi ale consumului crescut de amidon uman înainte de acest episod, precum și un debut ulterior bazat pe lipsa de AMY2B duplicări în Dingo. Având în vedere o asociere neolitică a schimbării dietei și faptul că estimările actuale ale momentului domesticirii câinilor sunt anterioare dezvoltării agriculturii, o lipsă larg răspândită de expansiune a numărului de copii la câinii arctici și australieni este în concordanță cu debutul selecției pentru o digestie eficientă a amidonului după domesticirea inițială., deși recunoaștem că efectele fondatorului, selecția relaxată, introgresiunea de la lupi și rolul dingoilor în timpul procesului de domesticire ar fi putut confunda aceste interpretări. Analize viitoare ale AMY2B modelele numărului de copii din rămășițele câinilor fosili sunt susceptibile de a oferi detalii suplimentare cu privire la momentul precis al acestui eveniment de selecție.