Ли Дугаткин - Как приручить лису (и превратить её в собаку). Сибирский эволюционный эксперимент

Технология секвенирования нового поколения (Next generation sequencing technology) позволяет многократно увеличить скорость считывания последовательностей ДНК. Уже не визуально, а с помощью компьютерного анализа расшифровываются миллионы и даже миллиарды небольших участков ДНК, но, даже несмотря на это, изучение работы генов и особенностей их экспрессии остается чрезвычайно сложной процедурой. Причина в том, что один и тот же ген нередко обусловливает несколько процессов в самых разных клетках. Все клетки в теле животного, за исключением сперматозоидов и яйцеклеток, несут в парах своих хромосом одинаковый набор генов. Однако в клетках кожи активируются и инактивируются совсем другие гены, чем, скажем, в кровяных тельцах или нейронах мозга. Если один и тот же ген «включается» в клетках разного типа, то в каждой из них он производит свой специфичный белок.

Чтобы восстановить полную картину экспрессии определенного гена у двух разных видов животных, необходимо сравнить количество различных белков, которые этот ген кодирует, в клетках разного типа. Как правило, такие исследования начинаются с изучения какого-нибудь типа клеток в определенной части организма. Для начала Анна и Людмила должны были определить, с какого типа клеток лучше начать работу. Они выбрали клетки мозговой ткани, ведь мозг – главный регулятор поведения, а все изменения, произошедшие с лисами, случились после того, как их начали отбирать по признаку неагрессивности к человеку. Ранее уже было установлено, что особенно важную роль в регуляции поведения играет префронтальная кора больших полушарий, поэтому было решено взять клетки именно из этой части мозга {154} 154 A. Kukekova et al., “Sequence Comparison of Prefrontal Cortical Brain Transcriptome from a Tame and an Aggressive Silver Fox ( Vulpes vulpes )”, BMC Genomics 12 (2011): 482, DOI:10.1186/1471-2164-12-482. Из ранее опубликованных работ по этому вопросу: J. Lindberg et al., “Selection for Tameness Modulates the Expression of Heme Related Genes in Silver Foxes”, Behavioral and Brain Functions 3 (2007), DOI:10.1186/1744–9081–3–18; J. Lindberg et al. “Selection for Tameness Has Changed Brain Gene Expression in Silver Foxes”, Current Biology 15 (2005): R915 – R916. .

Им удалось идентифицировать 13 624 гена. Проведя сложный анализ и определив число белков, кодируемых этими генами у ручных и агрессивных лис, исследователи нашли, что 335 генов (или около 3%) из этого числа резко различаются по количеству производимого под их контролем белка. К примеру, у доместицированных животных оказалась гораздо выше экспрессия гена HTR 2C, играющего важную роль в секреции серотонина и дофамина. Особенно удивительно было то, что у 280 из этих 335 генов уровень экспрессии оказался выше у ручных лис, а в остальных случаях – наоборот, у агрессивных. Это говорило о том, что формирование неагрессивного поведения – процесс совсем не простой. Кроме того, были выявлены сложные взаимодействия между самими исследуемыми генами. Ученым понадобится еще много лет, чтобы полностью восстановить полную картину экспрессии генов, вовлеченных в процесс доместикации.

Анна и Людмила по сей день заняты кропотливой работой по выявлению функций каждого из этих 335 генов. Пока удалось установить, что некоторые из них отвечают за производство гормонов, другие – за развитие кровеносной системы, третьи – за формирование иммунитета, образование кожного и волосяного покрова, производство витаминов, минеральных веществ и т.д. То, что эти гены связаны с секрецией гормонов, было вполне ожидаемо, ведь серьезные гормональные сдвиги у доместицируемых лис выявлены уже давно. А вот как связаны с поведением, характерным для «элитных» животных, все остальные признаки, остается загадкой. Чем больше отдельных элементов этой сложной мозаики встают на свои места, тем яснее делается общая картина дестабилизации генома лисы, а это в конечном итоге позволит лучше понять процесс одомашнивания волков и черно-бурых лис {155} 155 В свое время Беляев высказал еще одно предположение, касающееся экспрессии генов и одомашнивания. По его гипотезе, крупные кластеры генов, экспрессия которых влияет на протекание доместикации, могут сами находиться под контролем немногих «регуляторных генов высшего порядка». Если это верно, то именно такие регуляторные гены обуславливают многие, если не вообще все изменения, произошедшие при одомашнивании лис: изменения в поведении, окрасе, гормональном уровне, пропорциях костей и т.п. Людмила и Анна знают, что если эти гипотетические гены существуют, то на их поиски уйдут еще многие годы. Но Людмила уже давно стала специалистом по долгосрочному планированию во всем, что касается ее любимых лис. Если они рано или поздно натолкнутся на регуляторные гены высшего порядка и секвенируют их, то, как считает Людмила, это сразу же даст ей и ее коллегам «возможность управлять всем процессом доместикации». .