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家猫驯化的遗传学解析:从野猫到伴侣动物的基因组变化

2014-11-12 11:41 球藻怪 果壳网 阅读 0
核心摘要: 本文基于PNAS发表的研究,解析家猫驯化的遗传学基础。通过比较家猫与野猫基因组,发现与记忆、恐惧调节、奖励学习及脂类代谢相关的基因改变。研究还揭示了猫独特的听觉、视觉和化学感应基因特征,以及神经嵴相关基因变化支持驯化综合特征假说。猫作为半驯化动物,其驯化动力可能源于食物奖励。

人类与猫的共同生活历史至少可追溯至9000年前,但关于家猫(Felis silvestris catus)如何从野猫(Felis silvestris)驯化而来,科学界仍知之甚少。近期,一项发表于《美国科学院院刊》(PNAS)的研究通过对家猫、野猫及其他哺乳动物基因组的比较分析,揭示了驯化过程中关键基因的改变。研究发现,家猫基因中与记忆、恐惧调节、刺激-奖励学习相关的区域发生了显著变化,同时脂类代谢相关基因也出现变异。这些遗传足迹为理解猫的驯化提供了分子层面的证据。

家猫作为常见宠物,考古证据显示约9500年前的塞浦路斯和约5000年前的中国中部已有人类与猫共存的痕迹。以往研究多聚焦于家猫品种差异、系统发育起源及基因渗入,但驯化如何改变现代家猫的遗传特征仍不明确。本研究通过基因组分析,寻找驯化留下的分子标记。

非洲野猫(Felis silvestris lybica)非洲野猫(Felis silvestris lybica),家猫的祖先之一。图片来源:wikipedia.com

研究者首先对一只阿比西尼亚猫的全基因组进行测序,识别功能基因,并与虎、狗、牛和人类的基因比较,确定食肉动物、猫科动物及家猫中受正向选择的基因。结果发现6个与听觉灵敏度相关的基因,其突变可导致耳聋;另有与视觉灵敏度相关的基因,对猫在黎明和黄昏捕猎至关重要,而人类中相应基因突变与视觉疾病相关。

猫的脂类代谢基因也发生改变。作为专性肉食动物,猫无法合成某些必需氨基酸,可能演化出独特的脂类代谢途径。尽管摄入大量脂肪酸,猫的血脂浓度却不受影响,而人类类似情况可能引发心血管疾病。

通过演化树分析,研究者找出家猫中演化速度最快的基因,包括控制嗅觉受体(Or)和信息素受体(V1r)的化学感应基因家族。猫的Or基因少于狗,而V1r基因多于狗,表明家猫更依赖犁鼻器感受信息素,而非嗅觉受体感知挥发性气味。

为避免单一品种的遗传漂变影响,研究者综合分析了缅因猫、挪威森林猫、缅甸猫、日本短尾猫、土耳其梵猫和埃及猫等6个品种的基因组。对比家猫与欧洲野猫、非洲野猫的基因组发现,家猫中与记忆形成、恐惧调节、刺激-奖励学习相关的基因发生改变,尤其是食物奖励相关基因。重组相关基因在家猫中增加,这与家猫较高的基因重组率一致,可能是多样性产生的机制。此外,神经嵴形成相关基因的改变支持“驯化综合特征”假说,即哺乳动物驯化中的形态和生理变化源于神经嵴细胞轻度不足。

家猫品种多样性图中为研究用家猫品种:缅甸猫、土耳其梵猫、日本无尾猫、埃及猫、缅因猫和挪威森林猫。图片来源:cfa.org

研究确定了与猫独特生理和感觉特征相关的遗传标签。由于家猫与野猫仍存在杂交,且猫与人类共处时间较短,除温顺程度、体型和体色外,家猫与野猫差异不大,因此猫被认为是唯一的半驯化动物。研究者认为,猫适应从人类获取食物奖励,温顺个体更易获得食物,这可能是驯化初期基因组改变的主要驱动力。

猫的图片

参考文献:

  1. “Comparative analysis of the domestic cat genome reveals genetic signatures underlying feline biology and domestication,” by Michael J. Montague et al.
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