23.11.2014

Генетики пролили свет на уникальность домашних кошек

Ученые прочитали полный геном домашней кошки и выяснили, что по степени генетического разнообразия беспородный уличный кот из Питера выше чистокровной абиссинской кошки и дикого лесного кота.

Международная группа исследователей опубликовала полный геном домашней кошки, а также сравнила между собой три разных генома. Выяснилось, что беспородный питерский кот Борис гораздо более генетически разнообразен, чем кошка чистокровной абиссинской породы и их далекий предок — дикий лесной кот.

В работе, результаты которой опубликованы в журналах PNAS и Giga Science, участвовали и специалисты из Санкт-Петербурга из Центра геномной биоинформатики им. Ф. Г. Добржанского Санкт-Петербургского государственного университета. Руководитель этого центра, который был создан по мегагранту в 2011 году, — это мировой авторитет в области сравнительной геномики Стефен О'Брайан, он же руководитель лаборатории геномного разнообразия Национального института рака в США. Кстати, он один из создателей проекта Genome10K project, в рамках которого планируется в 2015 году секвенировать 10 тыс. геномов различных позвоночных животных.

Кошки — самые популярные сегодня домашние животные, на сегодня в мире насчитывается около 600 миллионов хвостатых-усатых, живущих рядом с человеком. Человек одомашнил кошку позже, чем собаку. Собака стала другом человека около 15 тыс. лет назад, еще во времена охотников-собирателей, причем активно помогала человеку на охоте, в охране, потом пасла скот и выполняла многие другие функции.

Первые одомашненные кошки появились около 10 тыс. лет назад, когда человек начал осваивать сельское хозяйство. По-видимому, дикие кошки просто забредали в человеческие поселения и приживались там. Причем их польза в хозяйстве по сравнению с собаками была ничтожна, ну разве что мышей ловили, зато они были привлекательны и постепенно стали дружелюбны. В общем, можно перечитать Киплингову «Кошку, которая гуляла сама по себе» и представить, что оно примерно так и было.

Процесс одомашнивания, естественно, сопровождался генетическими изменениями. Прежде всего происходил отбор по поведению: отбраковывались мутации агрессивности и страха и накапливались мутации, повышающие дружелюбие.

Кроме того, отбор затронул и множество генов метаболизма, влияющих на питание. «Когда кошка живет рядом с человеком, то она питается в том числе тем, что перепадает с его стола, поэтому домашние кошки в ходе эволюции развили способность усваивать крахмал, — объяснил первый автор статьи в Giga Science, научный сотрудник Центра геномной биоинформатики им. Ф. Г. Добржанского Гайк Тамазян. — Кстати, такая же черта появилась и у собак».

Ну а после того, как кошка тысячелетия жила рядом с человеком, люди озаботились ее внешним видом и в течение последних 200 лет интенсивно занимаются селекцией, выводя новые декоративные породы. Мощный искусственный отбор закрепляет гены окраса, длины шерсти, формы морды и прочее, но он же тянет за собой гены совсем других признаков.

«В процессе отбора вовлекаются так называемые хитч-хайкинг-гены, которые влияют на метаболизм, репродукцию и другие биологические черты», — рассказал Стефен О'Брайан.

Вообще геном домашней кошки уже был опубликован в 2007 году, но это был черновой вариант, секвенирование ДНК было проведено с малым покрытием, что не исключает значительного количества ошибок. Теперь ученые прочитали геном с большим покрытием, так что получили материал, на котором можно проводить самые разные сравнительные исследования.

Уэсли Уоррен (Wesley C. Warren) из Университета Вашингтона в Сент-Луисе и его коллеги секвенировали геномы абиссинской кошки (одной из древнейших пород), и сравнил его с генами шести других пород, двух видов диких кошек, а также четырех других млекопитающих (тигра, собаки, коровы и человека). Ученые хотели найти генетическую основу одомашнивания кошачьих.

Они описали более 700 тыс. консервативных элементов, которые одинаковы у кошек и других млекопитающих, нашли свыше 10 млн однонуклеотидных вариаций, отличающих кошек друг от друга, и т. п.

«Одной из задач было оценить вариабельность между индивидуумами, — добавил Стефен О'Брайан. — Для этого мы сравнивали геномы домашних кошек между собой и с геномом дикого кота». Секвенирование геномов проводили в США, в Вашингтонском университете в Сент-Луисе, и в Китае.

Первая генетически изученная кошка — домашняя кошка по кличке Синемен (cinnamon — корица) абиссинской породы, живущая в Сент-Луисе, США. Как объяснил Гайк Тамазян, эта порода отличается наибольшей генетической однородностью. Ее генетическое разнообразие в ходе селекции свелось к минимуму. Это означает, что на обеих хромосомах этой кошки гены, доставшиеся ей от родителей, почти одинаковы.

Геном питерского беспородного кота Бориса, который живет на улице, но состоит на довольствии у ученых, продемонстрировал наибольшее генетическое разнообразие. И оказался гораздо ближе к дикому коту, чем геном абиссинки. В то же время его разнообразие даже выше, чем у дикого.

Как объясняет Тамазян, на диких животных тоже действует отбор — естественный. А домашние беспородные не испытывают никакого давления отбора, ни естественного, ни искусственного. Живут рядом с человеком, имеют крышу над головой, питание и ветеринарную помощь. Ну и в отличие от породистых кошек беспородным люди не подбирают пару для размножения.

Выяснилось, что кошки отличаются от других хищных млекопитающих обилием генов, отвечающих за липидный обмен, что, очевидно, связано с превращением их в гиперхищников (животных, чей рацион состоит из мяса более чем на 70%). Также у кошек развиты гены, связанные с остротой зрения и слуха. По сравнению с собаками у них значительно больше генов, отвечающих за вомероназальные рецепторы — то есть кошки лучше собак распознают феромоны в воздухе, но хуже чувствуют другие запахи.

Далее, у домашних кошек найдено повышенное количество генов, отвечающих за клетки нервного гребня, о связи которого со смирностью и послушностью (главные качества домашних животных) уже писали ученые. «Гены одомашнивания», как и ожидалось, связаны также с памятью, условными рефлексами от переживания чувства страха и системой внутреннего подкрепления (процессом закрепления поведения при помощи приятных ощущений).

Наконец, открытие ранее неизвестного аллеля, отвечающего за блестящую шерсть бурманских кошек (порода короткошерстных кошек), говорит о том, что многих домашних зверей отбирали по специфическим признакам, случайно обнаруженным у особей, живущих в дикой природе.

Как подчеркивают исследователи, изучение генома домашней кошки может принести практическую пользу для медицины. Ну, во-первых, для ветеринарной медицины: уже сегодня у кошек описано 250 наследственных болезней и откроют еще больше. А во-вторых, для многих опасных для человека вирусов (в том числе коронавируса, вируса герпеса), популяции диких кошек служат природным резервуаром.

Роль российских исследователей в Санкт-Петербурге в этой работе заключалась в анализе данных кошачьих геномов биоинформатическими методами. Работа еще далеко не закончена. Так, например, чтобы проследить все генетические изменения, происшедшие у домашней кошки, нужно провести еще много исследований.

Центр геномной биоинформатики им. Ф. Г. Добржанского был организован в 2011 году по мегагранту. Ученые работают далеко не только над геномом кошек, но и над раковым геномом. Но, как признался Стефен О'Брайан, сложности возникают — и с получением денег, и с разными бюрократическими процедурами.

И руководитель, и его сотрудники ожидают, что на работе не отразится нынешнее падение курса рубля. Реактивы покупаются за рубежом, секвенирование тоже проводится за рубежом, платить за это приходится, конечно, не в российской валюте. А грант исчисляется в рублях.

Андрей Z.

Источники:

1. agroxxi.ru