Die Domestizierung von Arten ist entscheidend für unsere Landwirtschaft und unsere eigene Ernährung sowie wichtig für retrospektive Studien der Evolutionsgenetik und zukünftige Anwendungen in der Tier- und Pflanzenzucht. Die daran beteiligten Gene Erste Stadien der Domestikation bei Pflanzen sind relativ klar: ein einzelnes, wohlschmeckendes, energiereiches, überproduziertes Produkt mit hohem Anteil leicht zu ernten, schnelle und einfache Etablierung beim Pflanzen und Krankheitsresistenz (frei: Sonderausgabe Vorwort und volle Ausgabe of Annals of Botany). Es ist weniger klar, was von einem neu domestizierten Tier benötigt wird: Viele sind vielseitig einsetzbar (Wolle, Leder, Milch, Fleisch, Zug/Traktion sowie Begleiter und Beschützer), aber warum wurden nicht mehr Tiere domestiziert? Welche Eigenschaften werden ausgewählt? (Insbesondere wurde keine einzige der fast 1000 vegetarischen Säugetierarten südlich der Sahara domestiziert.) Bemerkenswert ist, dass die meisten unserer heutigen Nutzpflanzen und Tiere in relativ kurzer Zeit vor etwa 10,000 Jahren domestiziert wurden, was insbesondere bei Tieren eine große Entdeckung darstellt nahe Verwandte für genetische Studien war schwierig.
Ein neues Papier von Miguel Carneiro Porto, Portugal, und Kollegen aus Schweden und den USA in dieser Woche in Science (Kaninchengenomanalysen zeigen eine polygene Basis für phänotypische Veränderungen während der Domestizierung – Carneiro et al. (S. 1074; 29. August, auf der Science-Website) nutzen Genomanalysen der DNA von Haus- und Wildkaninchen unter Einbeziehung von Informationen aus der vollständigen Genomsequenzierung. Sie gehen auf einige der wichtigsten Fragen zur Domestizierung von Tieren ein. Die Zusammenfassung des Artikels wird von Penny Sarchet in New Scientist gegeben Heute. Die Domestikation von Kaninchen ist neu – erst in den letzten 1400 Jahren; Es gibt Wildpopulationen zum Vergleich, und es gibt mehrere ausgewählte Rassen, daher ist es im Vergleich zu anderen Tieren ein gutes System, mit dem man arbeiten kann. Ich traf Miguel Carneiro zum ersten Mal, als er 2010 bei einem Treffen in Portugal über eine verwandte Arbeit sprach (2011 Mol Biol Evol, Die genetische Struktur von Hauskaninchen Carneiro et al.), hatten aber keinen weiteren Kontakt mit ihm, obwohl wir weiterhin mit einem nahe gelegenen Labor, Prof Raquel Chaves in Vila Real, Portugal, über die Struktur und Evolution des Rindergenoms.
Wichtige Punkte aus dem Kaninchenpapier sind für mich, dass sie etwa 100 Regionen gefunden haben, die als unterschiedlich ausgewählt wurden und Hinweise auf selektive Sweeps zeigten (genomische Regionen mit reduzierter Variation und Segregationsverzerrung oder Kopplungsungleichgewicht) bei Hauskaninchen im Vergleich zu Wildkaninchen. Dies bedeutet, dass viele Gene gleichzeitig ausgewählt wurden (neues Ergebnis), sodass die Domestizierung schwierig war und nur ein Dutzend bis tausend Individuen mit der entsprechenden Kombination von Genen betraf (letztere Daten sind im Mol Biol Evol-Papier von 2011 enthalten). Diese hohe Zahl erklärt auch, warum Domestizierungsorte bei Tieren schwer zu finden sind – es sind zu viele, um sie mit Kreuzungen und genetischen Analysen zu untersuchen, nur mit Genomsequenzierung (ein neues Ergebnis). Der zweite wirklich interessante neue Punkt ist, welche Gene in diesen Regionen liegen: Sie finden, dass Gene, die die Gehirnentwicklung beeinflussen, und Sinnesorgane in diesen Regionen stark überrepräsentiert sind. Mit anderen Worten, die Selektion während der Domestikation könnte sich auf Zahmheit und Angstlosigkeit konzentriert haben: Als Landwirt möchten Sie weder, dass das Tier Sie verletzt, noch dass das Tier an Stress stirbt. Zweitens verbraucht ein Tier viel Energie und Zeit, um Ausschau zu halten und zu fliehen – Energie, die Menschen lieber in Fleisch und Milch gesteckt hätten! Es ist bemerkenswert, dass der Genverlust während der Evolution nicht signifikant ist: Die meisten Veränderungen sind auf Gen-Allel-Polymorphismen zurückzuführen.
Ich erwähne Sinneswahrnehmung, „Freundlichkeit“ und Angst in meinen Vorträgen über Tierdomestikation – Zebras töten mehr Menschen in Zoos als jedes andere Tier, weil sie ihren Pfleger beißen und festhalten, während Rehe in Panik geraten und Herzinfarkte bekommen oder sich ein Bein brechen. Aber bis jetzt gab es nur wenige echte Daten über die Veränderungen in dieser Gruppe von Genen – ich denke, diese Arbeit ist eine Premiere. (Ich habe einmal einen Vortrag über reduzierte Gehirngröße bei gezüchteten Forellen gehört, aber den Autor vergessen und nie eine Referenz gefunden.) Angesichts der großen Anzahl von Loci mögliche Introgression und Kreuzungen mit Wildkaninchen alle paar Dutzend Generationen (obwohl dies nicht bemerkt wurde in der Studie und hätten offensichtlich sein müssen) und große Regionen um Gene herum, die vom genomischen Sweep betroffen sind und nichtkodierende Polymorphismen enthalten, machen die Ergebnisse sehr viel Sinn. Sie erklären auch, warum frühere Studien Schwierigkeiten hatten, genetische Signaturen der Domestikation bei Nutztieren aufzuzeigen – viele Loci, zu lange Untersuchungszeiträume, schwierigere Populationsstrukturen ohne wilde Verwandte.
Ich habe Miguel Carneiro wegen der Frage der Introgression kontaktiert: Er antwortete: „Es gibt gute, solide Daten, dass Hauskaninchen, wenn sie in die Wildnis und in die heimischen Verbreitungsgebiete (Iberia und Frankreich) entlassen werden, die ersten paar Tage aufgrund des Prädationsdrucks sehr unwahrscheinlich überleben werden , was darauf hinweist, dass Introgression in diese Richtung schwierig ist.“ Die reduzierte Sinneswahrnehmung und die reduzierte Angstreaktion haben also tatsächlich eine unmittelbare und große Konsequenz. Er kommentiert, dass wahrscheinlich das Gegenteil der wilden Einkreuzung in Hauskaninchen passiert ist, aber die genetische Engpasssignatur bei Hauskaninchen deutet vielleicht darauf hin, dass dies nicht so häufig vorkommt.
Das Fehlen einer Trennung von Merkmalen in Kreuzungen, um Kaninchen (oder tatsächlich andere Tiere, bei denen wilde x domestizierte Kreuzungen möglich sind) zu betrachten, deutet darauf hin, dass viele Gene beteiligt sind (im Gegensatz zu der kleinen Anzahl von Genen, die beispielsweise die Fellfarbe bei Kaninchen oder das Wachstum steuern -verwandte Gene wie Broiler vs. eierlegende Hühner). Ich würde vermuten, dass viele verschiedene Klöster in Frankreich im Mittelalter versuchten, Wildkaninchen zu halten, wobei einige seltene Kaninchen mit einer geeigneten Kombination von Charakteren fanden, die dann Vorfahren der heutigen Hausrassen waren.
Die genomischen Loci geben viele Hinweise, wo wir suchen sollten, um Kaninchen zu verbessern. Ich habe über die mögliche Bedeutung von Aquakultur und Fisch oder Krustentieren als Teil der Verbesserung der landwirtschaftlichen Nachhaltigkeit gebloggt bereits, aber die Einführung von Kaninchen als stärker genutzte Quelle für tierisches Protein hat auch Potenzial: Sie (oder zumindest ihr bakterielles Darmmikrobiom) bedeutet, dass sie Gräser und Fasern verdauen. Daher können sie, wie Kühe, aber anders als Schweine oder Hühner, landwirtschaftliche Produkte verwenden, die nicht mit der menschlichen Ernährung konkurrieren. Da die Domestikation von Kaninchen so neu ist, können wir auch vorhersehen, nach welchen Domestikationsmerkmalen der „zweiten Stufe“ wir suchen sollten – eher als Wir haben Anfang dieses Jahres vorgeschlagen, es in Proso-Hirse zu machen, Panicum miliaceum, das in der ersten Welle domestiziert wurde, aber seitdem trotz seiner extrem hohen Wassereffizienz an relativer Bedeutung verloren hat.
Was nicht in den Genen gefunden wurde, die mit der Domestikation von Kaninchen in Verbindung stehen, war bemerkenswert. Krankheitsresistenz-Loci und reproduktions- oder züchtungsbezogene Gene werden nicht erwähnt – ich würde erwarten, dass diese in ausgewählten Regionen überrepräsentiert sind (beides wichtige Merkmale für die Domestizierung von Pflanzen und Tieren). Krankheiten und Fortpflanzung sind bei anderen Haustieren sehr wichtig: Hohe Populationsdichten bedeuten, dass sich Krankheiten schnell ausbreiten, während wir eine schnelle und einfache Zucht ohne photoperiodische Zuchtreaktion benötigen (nicht zuletzt, damit wir das ganze Jahr über Eier und Milch haben können und nicht brauchen Rinder bis zum Alter von 4 oder 5 Jahren vor der Zucht zu halten). Es ist möglich, dass es sich um einzelne Genloci handelt, die in einer genomweiten Analyse gefunden werden, aber nicht unbedingt auffallen. Oder vielleicht sind dies Charaktere, bei denen Wildkaninchen bereits die für die Domestizierung erforderlichen Gene haben: Sie leben in großen, miteinander verbundenen Kolonien (bereits einem Bauernhof nicht unähnlich) und sind natürlich ein Inbegriff für Fortpflanzungserfolg!
Ein anderer Eine Zusammenfassung der Kaninchengenomik des Domestizierungspapiers wird von Penny Sarchet in New Scientist gegeben.
Wissenschaft 29 August 2014:
Vol. 345 Nr. 6200 S. 1074-1079
DOI: 10.1126 / science.1253714
Miguel Carneiro, Carl-Johan Rubin, Federica Di Palma, Frank W. Albert, Jessica Alföldi, Alvaro Martinez Barrio, Gerli Pielberg, Nima Rafati, Shumaila Sayyab, Jason Turner-Maier, Shady Younis, Sandra Afonso, Bronwen Aken, Joel M. Alves, Daniel Barrell, Gerard Bolet, Samuel Boucher, Hernán A. Burbano, Rita Campos, Jean L. Chang, Veronique Duranthon, Luca Fontanesi, Hervé Garreau, David Heiman, Jeremy Johnson, Rose G. Mage, Ze Peng, Guillaume Queney, Claire Rogel-Gaillard, Magali Ruffier, Steve Searle, Rafael Villafuerte, Anqi Xiong, Sarah Young, Karin Forsberg-Nilsson, Jeffrey M. Good, Eric S. Lander, Nuno Ferrand, Kerstin Lindblad-Toh, Leif Andersson
ABSTRACT
Die genetischen Veränderungen, die den ersten Schritten der Domestizierung von Tieren zugrunde liegen, sind noch immer kaum verstanden. Wir haben ein qualitativ hochwertiges Referenzgenom für das Kaninchen generiert und es mit Resequenzierungsdaten von Populationen von Wild- und Hauskaninchen verglichen. Wir identifizierten mehr als 100 selektive Sweeps, die für Hauskaninchen spezifisch sind, aber nur eine relativ kleine Anzahl von fixierten (oder nahezu fixierten) Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs) für abgeleitete Allele. SNPs mit deutlichen Unterschieden in der Allelhäufigkeit zwischen Wild- und Hauskaninchen wurden für konservierte nichtkodierende Stellen angereichert. Anreicherungsanalysen deuten darauf hin, dass Gene, die die Gehirn- und neuronale Entwicklung beeinflussen, während der Domestizierung oft angegriffen wurden. Wir schlagen vor, dass sich aufgrund eines wirklich komplexen genetischen Hintergrunds das Zahmverhalten bei Kaninchen und anderen Haustieren eher durch Verschiebungen der Allelfrequenzen an vielen Loci als durch kritische Veränderungen an nur wenigen Domestizierungsloci entwickelt hat.
