CC BY
74УДК : 636.012:575
DOI: 10.24411/0023-4885-2020-10407
ПЛАСТИЧНОСТЬ ГЕНОМА ПРИ ДОМЕСТИКАЦИИ И МИКРОЭВОЛЮЦИИ
В.И. Глазко*, Г.Ю. Косовский, Т.Т. Глазко
ФГБНУ НИИ пушного звероводства и кролиководства им. В.А. Афанасьева, 14Q14S Россия,
Московская обл., Раменскийр-н, пос. Родники, ул. Трудовая, б,
e-mail: vigvalery@gmail.com; e-mail: gkosovsky@mail.ru; tglazko@rambler.ru;
Glazko V.I. ORCID.org/QQQQ-QQQ2-8566-8717
Kosovsky G.Yu. ORCID.org/QQQQ-QQQS-S8Q8-SQ86
Glazko T.T. ORCID.org/QQQQ-QQQ2-S879-69S5
Проблемы выявления генетических механизмов процессов доместикации животных и растений приобретает все большую актуальность в связи с известным сокращением генетических ресурсов сельскохозяйственных видов. В этом отношении особое значение имеет изучение формирования «синдрома доместикации» - наличия комплекса фенотипических признаков, объединяющих доместицированные виды, принадлежащие к удаленным таксонам, и отличающие их от близкородственных диких. К настоящему времени сложились представления об особенностях предрасположенности видов к доместикации в связи с их участием в создании новых ниш вместе с человекам, в которые входят такие характеристики, как способность к коэволюции разных видов, их высокий эволюционный потенциал, экологическое наследование, межвидовая кооперация, высокие темпы эволюционных изменений (Zeder, 2017). Все признаки, входящие в «синдром доместикации», по своей генетической природе являются полигенными, поэтому «генные подписи» доместикации по отношению к сходным фенотипическим признакам не являются универсальными для разных видов, но, как правило, затрагивают гены, принадлежащие к одним и тем же метаболическим путям. Выдвинуто три основные теории генетических основ «синдрома доместикаци»: снижение темпов развития нейрального гребня, отбор ключевых генов, в основном, связанных с поведенческими характеристиками (снижение агрессивности по отношению к человеку, мутации активации гиперсоциального поведения), кластерный отбор за счет генетического сцепления ключевых генов для доместикации (Wright, 2015). По-пуляцинно-генетические исследования свидетельствуют о том, что общий размах полиморфизма по различным геномным элементам внутри доместицированных и близкородственных диких видов не меньше, чем между разными группами видов и в обоих случаях связаны с транспозонами (эндовиромами - Trono, 2015), отличия заключаются только в конкретных геномных мишенях такой изменчивости. Отмечается относительно повышенный полиморфизм ферментов метаболизма экзогенных субстратов и пониженный -ферментов внутриклеточного энергообеспечения у доместицированных видов по сравнению с дикими (Glazko, 2003). Обнаружена связь между плотностью геномного распределения эндовирома и эволюционным потенциалом (видовой обогащенностью) разных таксонов (Ricci et al., 2018). Обсуждается, что одним из механизмов приобретения «синдрома доместикации» является видоспецифичная уникальная способность к генерации популяционно-генетической изменчивости, что может быть результатом повышенных контактов с экзогенными вирусами и высокое разнообразие последних в процессе вхождения доместици-руемых видов в новую среду обитания, связанную с человеком.
Ключевые слова: доместикация, синдром доместикации, мононуклеотидные полиморфизмы (SNP), сегментные дупликации (SD), изменчивость числа копий (CNV), транспозоны, эндовиром
Проблемы механизмов доместикации рассматриваются достаточно давно, со времен начала развития аграрной цивилизации, что отражено во многих источниках. Чарльз Дарвин, наверное, первый, кто свою теорию эволюции и значения отбора
основывал на наблюдениях за изменениями в результате искусственного отбора (Darwin, 1951). В то же время, до сих пор механизмы доместикации остаются недостаточно исследованными. В ХХ1 этот вопрос приобретает особое значение
в связи с известным сокращением биоразнообразия на Земле в том числе и у сельскохозяйственных видов животных и растений, которые являются основой аграрной цивилизации.
Аграрная цивилизация была сформирована благодаря доместикации главным образом 6 видов млекопитающих (козы, овцы, крупный рогатый скот, свиньи, лошади и собаки) и ограниченного количества видов растений, главные из которых -пшеница и рис. Это небольшое количество видов осталось основой аграрной цивилизации и до сих пор, не смотря на продолжающиеся попытки доместикации других диких видов. Такие попытки осуществляются все 10 тысяч лет, в том числе по отношению к зоопарковым видам. Дрессировщик диких зверей - одна из самых древних профессий (Diamond, 2002).
Механизмы доместикации - ключевой вопрос в понимании и управлении генетическими ресурсами сельскохозяйственных видов животных.
К настоящему времени стало понятно, что доместикация является одним из вариантов сим-биотических взаимоотношений между человеком и соответствующими видами. Это может хорошо объяснять ограниченность количества видов, вовлекавшихся в доместикацию, поскольку возможности «симбиоза» с человеком высоко видо-специфичны. Отсюда становится очевидным, что утрата разнообразия генофондов сельскохозяйственных видов принципиально невосполнима, так же как и деградация почв, биосферы и является прямой угрозой для существования аграрной цивилизации, поскольку именно эти виды исторически лежали в основе ее существования и развития. С этой точки зрения сохранение биоразнообразия сельскохозяйственных видов становится критическим условием для существования аграрной цивилизации в будущем.
Накоплено многими, в том числе и нами, большое количество результатов экспериментальных исследований, в которых ведется поиск «генной и геномной подписи» доместикации, которая бы отличала доместицированные виды от близкородственных диких. Работа была проведена от молекулы до целого организма, от организма до популяционной структуры вида. Ко -нечно, не все эти характеристики встречаются
у всех одомашненных видов, но многие из них действительно присутствуют в определенной степени в каждом. Это сочетание признаков в последующих работах было названо «синдромом одомашнивания».
Следует отметить, что сами понятия «доместикация», «синдром одомашнивания» остаются достаточно дискуссионными (Zeder , 2015). Так, до сих пор нет общепринятого подразделения на «доместицированные» и полудоместицирован-ные» виды. К полудоместицированным относят такие, как гаялы (Uzzaman et al., 2014), олени (Riede, 2011), у растений также выделяют полу-доместицированные формы, например, у сои (Han et al., 2016).
В общем, в текущей литературе часто доме-стицированными видами называют включенные в антропогенные ниши, воспроизводство которых полностью или частично зависит от человека. Такой подход приводит к тому, что домести-цированными видами можно называть все, имеющиеся в биосфере, поскольку деятельность человека оказывает на нее существенное влияние до такой степени, что появились предложения о выделении «антропоцена» в качестве нового геологического периода развития Земли (Lewis, Maslin, 2015). Доместикация тогда превращается в количественный признак, на одном полюсе которого будут модельные объекты, например, лабораторные линии мышей, огомозигоченные более чем на 99%, синантропные виды, на другом - продукты аквакультуры, высокая скорость «одомашнивания» которых широко обсуждается в последние годы (Duarte et al., 2007).
Особенности признаков доместикации -«синдрома одомашнивания»
«Синдром одомашнивания» у млекопитающих включает ряд фенотипических признаков, таких как уменьшение агрессивности, изменчивость окраски, уменьшение размеров зубов, изменения в черепно-лицевой морфологии, изменения форм ушей и хвоста (например, висячие уши), утрата сезонности размножения, изменения в уровне адренокортикотропного гормона, изменения концентраций нейротрансмиттеров и удлинение периода «ювинального» поведения, а также сокращения общего объема мозга,
размера в определенных областях головного мозга (Wilkins et al., 2014). Важно подчеркнуть, что и до сих пор эти признаки, входящие в «синдром доместикации», представляют собой очевидную загадку, поскольку, так же как и у растений (Paterson et al, 1995), объединяют в одну группу представителей не только разных отрядов, но даже классов (Theofanopoulou et al., 2017). Интересно отметить, что такая же совокупность изменений по признакам, входящим в «синдром доместикации», отмечена у анатомически современного человека при сравнении его с неандертальцами (Theofanopoulou et al., 2017). Мало того, что, как вид, современный человек попадает в группу доместицированных видов, сам факт сближения по комплексу фенотипических признаков представителей разных таксонов и их очевидное отличие от близкородственных диких видов свидетельствует о нарушении одного из фундаментальных биологических законов о гомологических рядах в наследственной изменчивости Н.И. Вавилова, который гласит: «Виды и роды, генетически близкие между собой, характеризуются тождественными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм для одного вида, можно предвидеть нахождение тождественных форм других видов и родов...» (Вавилов, 1987).
Тесные «симбиотичные» связи между человеком и животными, несущими «синдром до-месткации» подчеркиваются еще и тем, что описаны признаки, препятствующие доместикации, и к ним относятся все, существенные для возможностей коэволюции с человеком в процессах распространения аграрной цивилизации в различных экологических нишах. К таким признакам относятся следующие (Diamond, 2002). 1. Специализированность питания животных, трудности для человека в обеспечении пищей животных данного вида в искусственных условиях. 2. Медленный рост и длительный жизненный цикл по сравнению с человеком (например, слоны до сих пор остаются полудоместицирован-ным видом). 3. Слишком высокая скорость движения по сравнению с человеком. 4. Неспособность вида размножаться в неволе. 5. Отсутствие у вида социальной иерархии (отсутствие лидера). 6. Склонность к панике и стрессам при контакте
с человеком (например, газели и некоторые виды оленей). 7. Сниженная способность вида к адаптации к новым средовым условиям, сниженные колонизаторские способности по сравнению с человеком. То есть, способность к доместикации определяется близостью к характеристикам, типичным для человека как вида. Наглядным примером могут быть результаты геномных сравнений распределения мононуклеотидных замен в геномах штаммов винных дрожжей, которые тысячелетиями используются человеком для производства хлеба, пива, вина, отражая, таким образом, элементы культурной эволюции человека, в результате которых существенных отличий между штаммами S. cerevisiae не обнаружено (Steenwyk, Rokas, 2018).
Некоторые исследователи, в частности, Ме-линда Зедер, продолжают традиции Ч. Дарвина и Н.И. Вавилова и рассматривают процесс доместикации как модель для расширения концептуальной основы эволюционной биологии - эволюционного синтеза (Zeder, 2017). Одомашнивание рассматривается как теория строительства новых ниш, в которых реализуются пять основных процессов доместикации - коэволюция разных видов, их высокий эволюционный потенциал, экологическое наследование, межвидовая кооперация, темпы эволюционных изменений. Коэ -волюционные взаимоотношения в процессе доместикации приводят к созданию новых ниш и их последовательной корректировке.
Способность к доместикации существенно зависит от пластичности поведенческих, морфологических или физиологических характеристик видов, которая позволяет им успешно отвечать на новые возникающие необходимости адаптации к совместно создаваемым нишам. Предполагается, что именно эта пластичность и является ключевым фактором в доместикации (Moczek et al., 2016). Следует отметить, что имеются данные о том, что социо-культурные особенности ниш, созданные человеком, вносят относительно больший вклад во внутривидовую дифференциацию культурных растений и доместицированных животных по сравнению с экологическими факторами (Colino-Rabanal et al., 2018).
Совокупность, по-видимому, ассоциированных характеристик, известная как «син-
дром одомашнивания», может формироваться и в результате эпигенетической изменчивости, возможность которой может либо способствовать, либо ограничивать эволюционный потенциал организма (Donohue, 2014).
В последние годы, в связи с развитием методов полногеномного секвенирования, появились новые возможности для выявления генных и геномных отличий между несущими признаки «синдрома доместикации» и их близкородственными дикими видами. Накопленные данные позволяют формировать новые концепции о генетических основах и механизмах доместикации. При обсуждении генетических основ можно выделить «генные» и «геномные» «подписи» доместикации, среди механизмов - собственно мутационную и эпигенетическую изменчивость. На ряду с множеством работ, использующим для выявления таких подписей полногеномное секвенирование и сравнительный анализ распределения мононуклеотиных полиморфизмов (Single Nucleotide Polymorphisms -SNP) и изменчивости по копийности коротких фрагментов геномной ДНК (Copy Number Variability - CNV) (Hare et al., 2005; Zimin et al., 2009), имеются и другие подходы для таких сравнений.
Учитывая тот факт, что большинство геномов млекопитающих и высших растений на половину представлено диспергированными повторами, дополнительным инструментом к полногеномному секвенированию является полилокусное генотипирование (геномное сканирование) с использованием в качестве геномных «якорей» инвертированных повторов декануклеотидов -RAPD-PCR (Randomly Amplificated Polymorphic DNA), микросателлитов - ISSR-маркеров (InterSimple Sequence Repeat), или IRAP (Inter-Retrotrans-poson Amplified Polymorphism) и REMAP (Retro-transposon-Microsatellite Amplified Polymorphism). Продукты ISSR-амплификации содержат на флангах инвертированную микросателлитную последовательность праймера. Как и RAPD, ISSR не требует предварительного секвенирования геномных фрагментов для подбора праймеров (Zietkiewicz et al., 1994). REMAP — полимеразная цепная реакция, амплифицирующая геномные участки между праймером к фрагменту длинного концевого повтора эндогенного ретровируса (LTR) и праймером из рядом расположенного простого микросателлит-
ного повтора (SSR-праймер). В данном случае позиция амплифицируемого фрагмента ретротранс-позона «заякоривается» путем использования прай-мера к микросателлитному локусу (Календарь, Глазко, 2002; Kalendar, Schulman, 2014). Геномное сканирование может варьировать от использования пары сотен маркеров до истинного геномного сканирования путем полного секвенирования геномов (Mei et al., 2017; Yang et al., 2017).
Генетические основы «синдрома одомашнивания»
К настоящему времени в литературе имеются три основные концепции (или теории) генетических основ формирования «синдрома доместикации»: замедление клеточного деления и формирования в раннем эмбриогенезе нейраль-ного гребня, селекция специфических генных сетей (например, связанных с отбором на сниженную агрессивность у животных) и отбор ал-лельных вариантов определенных тесно сцепленных генов (генных кластеров) (Wright, 2015).
В наших собственных исследованиях удалось обнаружить специфические генофондные различия по полиморфизму различных элементов геномов между доместицированными и близкородственными дикими видами на различных уровнях: «генной подписи» на уровне отдельных молекул, «генной подписи» на уровне функциональных групп белков (метаболических путей), «геномной подписи» на уровне полилокусных спектров «анонимных последовательностей» геномной ДНК, «геномной подписи» на уровне по-лилокусных спектров фрагментов мобильных генетических элементов и продуктов их рекомбинации, «геномной подписи» на уровне субгенома.
Накопленные данные позволяют выделить некоторые обобщающие концепции о «синдроме доместикации» и его механизмах. По своей сути все обсуждаемые концепции делятся, в основном, на несколько следующих групп.
Одна из первых концепций предполагала, что признаки доместикации, отличающие доме-стицированные виды от близкородственных видов, связана с конкретными фенотипическими признаками доместикации и ключевыми генами, их контролирующими. Эта концепция связана с именем С.Н. Боголюбского, описавшего спектр
фенотипических признаков, отличающих доме-стицированные виды от близкородственных диких (Боголюбский, 1959). к которым, в частности, относятся безрогость, разнообразие мастей, конституций, подкожный жир, экологическая адаптация и ряд других, в настоящее время входящих в «синдром доместикации». У животных такие признаки условно можно подразделить на три группы: обусловленные защитой человеком от действия факторов естественного отбора (уменьшения остроты зрения, слуха, обоняния, а также признаков, связанных с половым отбором); ассоциированные с увеличением оплаты корма по признакам продуктивности (увеличение длины желудочно-кишечного тракта), а также сферы репродукции (отмена сезонности размножения, увеличение плодовитости).
К «генным» концепциям относятся также описанные «признаки доместикации» у растений (Paterson et al., 1995; Tang et al., 2010).
К настоящему времени у животных описано определенное количество генов, связанных с некоторыми характеристиками «синдрома доместикации» и, в большинстве своем, с хозяйственно ценными признаками. Среди них, в основном, представлены гены, продукты которых участвуют в разнообразии окрасок доместициро-ванных животных, в метаболических путях, связанных с липидным метаболизмом, с формированием каркаса и мышечной массы, белков молока, с воспроизводством животных (Larson et al., 2014; Larson, Fuller, 2014; Mei et al., 2017; Wiener, Wilkinson, 2011; Wright, 2015).
Среди трех основных современных теорий доместикации (Wright, 2015) выделяются две, направленные на поиски «генных подписей» в генах, связанных с такими сложными признаками, как отбор на сниженную скорость развития нейраль-ного гребня в раннем эмбриогенезе (Pendleton et al., 2018), и на сниженную агрессивность при доместикации (Hosaka, Kakutani, 2018; Trut, 1999; Trut et al., 2009). Эти гипотезы недавно были рассмотрены и получены достаточно убедительные данные, свидетельствующие о том, что большинство базовых характеристик, послуживших основой для этих теорий, обнаруживаются и у островных популяций по сравнению с материковыми, то есть, могут быть обусловлены «бутылочным
горлышком» естественного отбора, новизной ниш и другими факторами, не связанными с доместикацией (Sânchez-Villagra et al., 2016). Тем не менее, особый интерес представляет работа, в которой обсуждается в качестве одного из ключевых генов, мутации по которому вносят существенный вклад в процессы доместикации, фактор регуляции транскрипции GTF2I (General Transcription Factor Iii). Этот ген кодирует фос-фопротеин, содержащий шесть повторов характерных мотивов. Белок связывается с элементами инициации (Inr) и Е-бокса в промоторах и является регулятором транскрипции. Этот локус, вместе с рядом соседних, делетируется у людей, носителей синдрома гиперсоциальности Уиль-ямс-Бейрена. Синдром гиперсоциальности у человека (синдром Уильямс-Бейрена, WBS) обусловлен делецией длиной в 1.5-1.8 Mb на хромосоме человека 7q11.Это приводит к анеуплоидии (гемизиготности) по 28 генам. У пациентов с WBS гены внутри и по флангам этой делеции обнаруживают сниженный уровень экспрессии. Показано, что домашняя собака отличается от волка вставками мобильных генетических элементов в эту область хромосомы CFA6 (2,031,491-7,215,670 bp) (vonHoldt et al., 2017). У большинства исследованных собак эта область насыщена метилироваными участками таких встроенных транспозонов, что сопровождается снижением экспрессии соответствующих генов (WBSCR17, LIMK1, GTF2I, WBSCR27, BAZ1B, BCL7B), в отличие от волков. Это позволяет предполагать гиперсоциальность одним из важных характеристик доместикации (vonHoldt et al., 2017; vonHoldt et al., 2018). Более того, накапливаются экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что собаки, огомозигоченные по инсерциям мобильных генетических элементов в область WBSCR17, отличаются повышенной приспособленностью к дрессировке и формированию рабочих качеств (Tandon et al., 2019). Более того, разрабатываются методы использования генотипирования этой области в целях выявления наличия/отсутствия вставок транспозо-нов для выделения групп собак с повышенной предрасположенностью к дрессировке на приобретение желательных рабочих характеристик (Tandon et al., 2019).
Интересно отметить, что этот кластер генов (область WBSCR17), объединяющий гены белков транспортеров, участвующих в системе передачи сигналов, а также регуляторов транскрипции в клетках нервной системы, остается синтенным у псовых и у человека
Эти исследования соответствуют и третьей гипотезе о «кластерном отборе» аллельных вариантов структурных генов, в результате которого отбор по, например, сходным поведенческим характеристикам по известному феномену «путешествия автостопом», вовлекает и аллельные варианты тесно сцепленных генов (Wright, 2015). Наглядным примером является дифференциация собак и волков по синдрому «гиперсоциальности», в основе которого лежат отличия по экспрессии хромосомного участка, включающего 28 структурных генов (Wright, 2015).
Таким образом, перечисленные три теории генетических механизмов доместикации (отбор по изменению темпов развития нейрального гребня, отбор на сниженную агрессивность по отношению к человеку, кластерный отбор) оказываются тесно связанными и, по сути, неотделимыми друг от друга. Кроме того, следует отметить, что сравнительный анализ профилей генной экспрессии тканей мозга попарно между доместицированными и близкородственными дикими видами (собаки и волки, свиньи и кабаны, домашние и дикие кролики, доместицированные морские свинки и близкородственный дикий вид Cavia aperea, две линии крыс - со сниженной и повышенной агрессивностью по отношению к человеку) свидетельствовал о том, что сходный рисунок поведения сопровождался существенными отличиями в экспрессии разных генов (Albert et al., 2012). Это позволило авторам прийти к выводу о том, что сходные изменения, связанные с признаками доместикации в рисунках поведения исследованных животных, могут реализоваться с вовлечением в них разных метаболических путей.
С этим и связано другое направление поисков генов, полиморфизм которых связан с «синдромом доместикации». Оно изначально было обусловлено представлением о том, что сходная изменчивость фенотипических характеристик может обеспечиваться полиморфизмом
разных генов; не так важно количество маркеров полиморфизма геномной ДНК, как принадлежность их к определенным метаболическим путям (Leno-Colorado et al., 2017; Raymond et al., 2018).
В наших собственных исследованиях достаточно давно обнаружены отличия доместици-рованных видов животных и растений от близкородственных диких по характеристикам полиморфизма различных функциональных групп белков при отсутствии суммарных отличий между ними (Glazko, 2003). У доместицирован-ных видов выявлен повышенный полиморфизм ферментов метаболизма экзогенных субстратов (связывающих метаболом животных и растений с субстратами окружающей среды), в отличие от диких близкородственных видов, у которых наблюдается относительно повышенный полиморфизм ферментов внутриклеточного энергетического метаболизма, таких как ферменты гликолиза, пентозофосфатного шунта, цикла Крепса. Предполагается, что такие отличия в полиморфизме метаболома обусловлены адаптацией доместици-рованных видов к разнообразию кормов и специфике ниш, а у диких видов - к оптимизации использования ограниченных ресурсов их относительно более узких ниш (Glazko et al., 2015).
Перечисленные примеры теорий о генетических основах «синдрома доместикации» свидетельствуют о том, что к настоящему времени все сформулированные теории не противоречат, а скорее дополняют друг друга.
Источники генетической изменчивости, необходимые для формирования «синдрома доместикации»
Известные фенотипические особенности видов животных, получивших название «золотой пятерки» (крупный рогатый скот, овцы, козы, свиньи и лошади, заключаются в уникальном фе-нотипическом разнообразии, что проявляется в большом количестве пород, отличающихся по комплексам фенотипических характеристик (FAO, 2007). В то же время, на геномном уровне в ряде исследований не найдено существенных отличий по частоте мононуклеотидных замен (SNP) у доместицированных и диких видов, либо существенных отличий от типичных для человека (Mei et al., 2017). В отдельных работах описаны
выраженные отличия по мононуклеотидным заменам по конкретным геномным участкам (Wiener et al., 2011). Во всяком случае, размах фе-нотипической изменчивости явно существенно превышает все возможные отличия по частоте мононуклеотидных замен. Следует отметить также, что частоты встречаемости SNP в исследованных геномах в 100 - 1000 раз меньше, чем другой тип мутаций, такой, как вариабельность количества копий коротких фрагментов геномной ДНК (Copy Number Variability - CNV, больше > 50 пар оснований, меньше < 1000 пар оснований) (Bhanuprakash et al., 2018; Steenwyk, Rokas, 2018; Zhang et al., 2009).
К настоящему времени известно, что у большинства видов млекопитающих почти половина генома занята тандемными и диспергированными повторами, причем по количеству нук-леотидов такие тандемные повторы, как микросателлиты, занимают около двух процентов от всего генома, в отличие от десятков процентов диспергированных повторов (Elsik et al., 2009; Zimin et al., 2009; Wade et al., 2009). В результате полногеномного секвенирования у разных видов обнаружено также, что представленность и частота встречаемости в геномах микросателлит-ных локусов существенно зависит от корового мотива каждого, имеет видовую специфичность (Garrido-Ramos, 2017), некоторые встречаются с очень низкой частотой, другие - «перепредставлены» у отдельных видов по сравнению с другими. Например, тринуклеотидный микросателлит AGC в геномах крупного рогатого скота в 90 - и в 142 раза встречается чаще по сравнению с геномами человека и собаки (Elsik et al., 2009). Оказалось, что этот миркосателлит в 39% случаев в геномах крупного рогатого скота колокализован с ретроранспозоном BovA2.
В наших собственных исследованиях было обнаружено, что секвенированные фрагменты геномной ДНК крупного рогатого скота, фланкированные инвертированным повтором (AGC^G, характеризуются высокой плотностью участков гомологии к различным мобильным элементам, преимущественно ретротранспозонам (Glazko et al., 2018). Накапливаются данные, свидетельствующие о тесной связи между распространением микросателлитов и транспозициями мобильных гене-
тических элементов (Garrido-Ramos, 2017).
Выполнено сравнение геномов домести-циованных видов (крупный рогатый скот, овцы, козы, свиньи, лошади, кролики, куры) по частоте встречаемости сегментных дупликаций (SD, >1 тыс.пар нуклеотидов) (Feng et al., 2017). Наименьшее количество SD выявлено в геномах кур, наибольшее - у свиней. В большинстве случаев SD располагаются в перицентромерных и суб-теломерных районах хромосом, включают две -три тысячи генов (у кур меньше, 807), причем больше половины генов представлена более чем в двух копиях, в основном, в 3 - 10 копиях. Среди них преобладают гены, участвующие в метаболизме ксенобиотиков. Выделены общие для всех исследованных видов 59 генов, которые, как оказалось, принадлежат 4-м генным семействам: глюкуронозилтрансфераза (UDP glucuronosyl-transferases - UGTs), интерфероны (interferons -IFNs), гистоны и ольфакторные рецепторы (olfactory receptors - ORs). Авторы делают вывод о том, что доместицированные виды отличаются от других видов млекопитающих, в основном, не частотой встречаемости сегментных дупликаций, а повышенной копийностью генов, связанных с метаболизмом ксенобиотиков, иммунной системой, восприятием сигналов окружающей среды. Интересно отметить, что связь изменчивости по копийности генов с факторами окружающей среды, даже с такими, как обработка медь-содер-жащими фунгицидами, наблюдается и в штаммах винных дрожжей (Steenwyk, Rokas, 2018).
У таких экзотических для доместикации видов, как антлантический лосось (Liu et al., 2016), или евразийский окунь (Chen et al., 2017), наблюдается увеличение копийности генов, связанных с иммунной системой у одомашниваемых форм по сравнению с дикими. Это совпадает с результатами исследований копийности и экспрессии структурных генов иммунной системы у ряда доместицированных по сравнению с другими видами млекопитающих (например, у крупного рогатого скота, Elsik, 2009), а также у кур (Bélteky, 2016). В то же время, в нелетальных геномных делециях, выявленных у молочных пород крупного рогатого скота, наблюдается «перепредставленность» тех же генов, что и у доме-стицированных видов млекопитающих в SD -
гены иммунной системы, ольфакторные рецепторы (Mesbah-Uddin et al., 2017). То есть, эти генные семейства отличаются повышенной изменчивостью по копийности как на межвидовом уровне, так и в пределах вида. Существенная роль полиморфизма копийности генов иммунной системы, ольфакторных рецепторов в адаптивном потенциале животных подробно описана в текущей литературе (Hughes et al., 2018).
При анализе геномного ландшафта генома человека обнаружено, что геномные сегменты, в которых относительно повышены частоты SNP и CNV мутаций, оказываются обогащены группами генов иммунной системы, альфа-дефензинов, оль-факторных рецепторов и рядом других, связанных с сигнальной передачей (Ng et al., 2016). Авторы этой работы полагают, что разнообразия иммунных реакций и альфа-дефензинов вполне понятны, учитывая постоянное воздействие на человека эволюционирующих патогенов или бактерий и вирусов с лекарственной устойчивостью. Разнообразие в сенсорном восприятии, включая обонятельные и родопсин-подобные системы, возможно, ассоциировано с адаптивной эволюцией человека.
Таким образом, сравнительный анализ геномов по мононуклеотидным заменам, полиморфизму микросателлитных локусов, сегментным дупликациям в поисках генетических основ доместикации свидетельствует о том, что такие обобщающие оценки, основанные на полногеномном секвенировании, имеют достаточно большую внутривидовую изменчивость, сопоставимую с межвидовой, и не позволяют прийти к выводу о наличии по этим геномным элементам такой универсальных основ для формирования сходного «синдрома доместикации».
В то же время, изменчивость по копийности отдельных участков и включенных в них генов, как в отношении SD, так и по копийности геномных фрагментов от 50 пар оснований (п.о.) до тысячи пар оснований (Copy Number Variability -CNV), оказываются тесно связанными с влиянием факторов искусственного и естественного отборов. Наглядным примером является изменчивость количества копий гена, кодирующего амилазу 1 у человека (AMY1) в зависимости от предпочтительного использования высоко крахмальной диеты (Perry et al., 2007).
Из накопленных результатов исследований геномной изменчивости при сравнении домести-цированных и близкородственных диких видов становится очевидным, что единственным универсальным отличием животных, несущих признаки «синдрома доместикации», чаще всего является увеличение копийности вполне определенных участков геномов.
Ведущим фактором в эволюции геномов в последние годы принято считать мобильные генетические элементы, или транспозоны (ТЕ), вовлекаемые в генные, геномные дупликации, геномные и генные реконструкции, а также в горизонтальный обмен генетической информацией (Shapiro, 2016; Shapiro, 2018). В некоторых исследованиях, учитывая филогенетическую и биологическую близость ТЕ к вирусам, предлагают совокупность таких последовательностей в геномах обозначать как «эндовиром» (Trono, 2015). Обнаружена определенная корреляция между плотностью геномного распределения, активностью ТЕ и интенсивностью видообразования (обилие видов) в разных таксонах (Ricci et al., 2018). Учитывая эти накопленные данные можно предположить, что требования, предъявляемые М. Зедер к пяти основным процессам доместикации (Zeder, 2017) - коэволюция разных видов, их высокий эволюционный потенциал, экологическое наследование, межвидовая кооперация, высокие темпы эволюционных изменений могут реализоваться у тех видов, у которых наиболее высокая плотность распределения по геномам ТЕ. Исходный высокий потенциал к изменчивости, включая предрасположенность к SD и CNV, позволяют затем реализоваться факторам естественного и искусственного отборов.
Следует отметить, что ТЕ широко участвуют в эпигеномной изменчивости, влючая такие процессы, как изменения рисунка метилирования, модификации гистонов, формирование микроРНК, трансгенерационное наследование (Hosaka, Kakutani, 2018; Lanciano, Mirouze, 2018). Можно ожидать, что конструирование новых ниш, в которых участвуют человек и доместици-руемые виды, способствует активации ТЕ и формированию новых регуляторных сетей на их основе (Cho , 2018; Hosaka, Kakutani, 2018; Shapiro, 2016; Shapiro, 2017).
С этой точки зрения процесс доместикации принципиально не отличается от популяционно-генетической адаптации к факторам окружающей среды, а доместикационный потенциал прежде всего определяется заселенностью геномов ТЕ и их активацией в отношении геномной реорганизации, отличаясь только геномными мишенями, поддерживаемыми соответствующим направлением отбора. Это и приводит к тому, что «генные подписи» доместикации имеют видоспе-цифичные характеристики при фенотипическом сходстве «синдрома доместикации», не смотря на определенную универсальность метаболических путей, объединяющих доместицированные виды и отличающих их от диких. Совокупность таких геномных мишеней доместикации может быть определена как «субгеном», повышенная изменчивость которого позволяет вести успешную селекцию животных, склонных к формированию «синдрома доместикации». Необходимость наличия такого «субгенома» может объяснить уникальность доместицированных видов, сопровождающих человека всю историю развития аграрной цивилизации («золотая» пятерка - козы, овцы, крупный рогатый скот, свиньи, лошади). И делает особенно острой проблему их сохранения, поскольку практика человечества свидетельствует о том, что других видов, способных хотя бы частично компенсировать сужение биоразнообразия основных сельскохозяйственных видов, обнаружить маловероятно (Diamond, 2002).
Виды «золотой пятерки» отличаются от большинства остальных доместицированных видов широтой ареала, что может быть связано с относительно большим разнообразием контактов с экзогенными вирусами, предшественниками геномного эндовирома. Можно ожидать, что расширение ареала, вслед за путями миграции человека, увеличивало количество контактов доместицированных видов с новыми вариантами патогенов и, таким образом, способствовало появлению в их геномах новых транспозирую-щихся элементов. С одной стороны, такие последовательности сохранялись в результате естественного отбора, поскольку они препятствовали повторным заражениям, а с другой - увеличивали генетическую изменчивость в районах их интеграции в геном (инсерционный мутагенез,
рекомбинационные процессы), что могло приводить к появлению новых мутаций, включающих SD и CNV, существенных для искусственного отбора. Следует отметить, что в большом количестве исследований обнаружена связь между появлением селекционно значимых аллельных вариантов, отличающих доместицированные виды от близкородственных диких, и встройкой в кодирующие последовательности фрагментов мобильных генетических элементов, например, (vonHoldt et al., 2017). Насыщенность геномов доместицируемых видов ТЕ и их активность могла бы позволить ответить на основной вопрос доместикации о генетических источниках изменчивости таких видов (Glazko, 2015).
Реализация теорий генетических основ доместикации (отбор по изменению темпов развития нейрального гребня, отбор на сниженную агрессивность по отношению к человеку, кластерный отбор (Wright, 2015), особенно в отоше-нии поддержки кластерной изменчивости, может быть обусловлена повышенной приспособленностью в условиях создания новых ниш с участием человека именно этих участков хромосом.
Интересно отметить, что в наших собственных исследованиях распределения продуктов рекомбинации между длинными диспергирован-нымы ядерными элементами и длинным кон -цевым повтором эндогенного ретровируса (LINE/RTE-BovB)/ (BTLTR1) / (LINE/RTE-BovB) по участку хромосомы 1 крупного рогатого скота этой трехчленной конструкции обнаружено, что 30 ее инсерций присутствуют в 12-ти структурных генах (kcne2, gart, tmem50b, il10rb, ifnar2, urbl, grikl, usp16, ltn1, cyyrl, app, jaml), причем по 10 и 12 копий в двух генах — grikl и арр, тесно связанных у млекопитающих с функцией центральной нервной системы. Эти 12 генов образуют эволюционно консервативный блок, сохраняющий свою синтению у человека (хромосома 21), крупного рогатого скота (хромосома 1), овцы (хромосома 1), собаки (хромосома 31), лошади (хромосома 26), кролика (хромосома 14), лисы (хромосома 15), домовой мыши (хромосома 16), опоссума (хромосома 4 за исключением гена cyyrl) (Glazko et al., 2017). Следует отметить, что трисомия хромосомы 21 человека лежит в основе синдрома Дауна, моделью для изучения которого
является трисомия хромосомы 16 у домовой мыши (лабораторных линий мышей). Эволюционной консервативностью отличается и блок сцепленных генов, включающих факторы регуляции транскрипции нейронов, который подвергается делетированию у людей с синдромом гиперсоциальности Уильямс-Бейрена, а также вставкам транспозонов с повышенным метилированием у домашней собаки (Tandon et al., 2019).
Эволюционная консервативность таких блоков позволяет предполагать функциональную значимость их генетического сцепления, свидетельствуя в пользу предположения о кластерной теории вовлечения в доместикацию изменчивости комплексов фенотипических признаков, лежащих в основе «синдрома доместикации».
Судя по накопленным данным, генетические механизмы доместикации и формирование «синдрома доместикации» принципиально не отличаются от лежащих в основе микро- и мак-роэволюционых событий, ведущим фактором в которых являются процессы множественных геномных реконструкций, связанных с эндовиро-мом. Принципиальные отличия заключаются только в геномных мишенях, подхватываемых отбором: в случае видообразования это системы, связанные с репродуктивной изоляцией, в процессе доместикации - популяционно-генетиче-ской адаптации к особенностям ниш, в формировании которых ключевым фактором является человек.
Заключение
К основным выводам, вытекающим из работ по доместикации, анализа «синдрома одомашнивания» и микроэволюции можно отнести следующие:
1). фенотипическое и популяционно-гене-тическое разнообразие у основных сельскохозяйственных видов млекопитающих (козы, овцы, крупный рогатый скот, свиньи и лошади) существенно выше, чем у близкородственных диких видов;
2) основные доместицированные виды обладают способностью генерировать повышенный уровень генетической изменчивости, позволяющие балансу естественного и искусственного
отборов создавать такое разнообразие форм, которое наглядно отличает доместицированные виды от их близкородственных диких;
3) источником уникальной генетической изменчивости, который отличает доместицирован-ные и близкородственные дикие виды, могут быть потомки экзогенных вирусов - эндовиром;
4) внутривидовая фенотипическая пластичность (в том числе и нейропластичность) у носителей «синдрома доместикации», сопровождается вовлечением в изменчивость генетико-биохими-ческих систем, преимущественно связанных с метаболизмом экзогенных субстратов, но более низким - по ферментам внутриклеточного энергетического метаболизма, чем у диких видов;
5) накопленные данные объединяют три гипотезы механизмов доместикации и формирования «синдрома доместикации» - отбор аллель-ных вариантов, ассоциированных с разными характеристиками высшей нервной деятельности, «путешествие автостопом» некоторых аллелей тесно сцепленных генов, изменчивость которых обусловлена инсерциями в кластеры связанных генов мобильных генетических элементов.
Можно ожидать, что одним из механизмов доместикации и приобретения «синдрома доместикации» является видоспецифчная уникальная способность к генерации популяционно-генетиче-ской изменчивости, что может быть результатом повышенных контактов с экзогенными вирусами и высокое разнообразие последних в процессе вхождения доместицируемых видов в новую среду обитания, связанную с человеком. В этом случае на уровне систем общего метаболизма искусственный отбор будет благоприятствовать появлению форм, высоко адаптированных к изменчивому потоку экзогенных субстратов. Последнее, по нашему мнению, позволяет представить «синдром доместикации» как результат баланса разных метаболических путей («балансовая теория» поддержания полиморфизма).
Ограниченное количество доместицирован-ных видов животных, несущих признаки «синдрома доместикации», может быть обусловлено рядом биологических причин, в частности, историей их взаимодействия с экзогенными ретрови-русами. Вскрытие этих причин, выяснение законов их наследования и изменчивости является
обязательным условием увеличения «точности» и скорости селекционной работы.
Утрата разнообразия генофондов сельскохозяйственных видов принципиально невосполнима, что делает особенно острой проблему их сохранения. Для того, чтобы найти эффективные пути сохранения сельскохозяйственных видов, необходимы фундаментальные исследования их генофондов, механизмов популя-ционно-генетической адаптации животных к меняющимся условиям среды, что обеспечивает им высокие колонизаторские способности и распространение по всему ареалу человека. Важно подчеркнуть, что человек из дикой природы выбрал для доместикации виды млекопитающих, наиболее сходные по социальной организации, по пищевым предпочтениям и даже по размерам виды млекопитающих, наиболее близкие к самому себе.
Список литературы
1. Боголюбский С.Н. Происхождение и преобразование домашних животных. - М.: Сов.наука. - 1959. - 593 с. Bogolyubskii S.N. The origin and transformation of domestic animals. Moscow, 1959 (in Russ.).
2. Вавилов Н. И. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. - Л. : Наука, 1987. - 256 с. Vavilov N.I. The Law of Homologous Series in Hereditary Variability. Leningrad, 1987 (in Russ.).
3. Календарь Р.В., Глазко В.И. Типы молеку-лярно-генетических маркеров и их применение. Физиология и биохимия культ. растений, 2002, Т.34,№4, с. 279-295. Kalendar R.N., Glazko V.I. Types of molecular-genetic markers and their application. Physiology and Biochemistry of Cultivated Plants, 2002, V.34, N4, P279-295
4. Albert FW, Somel M, Carneiro M, Aximu-Petri A, Halbwax M, Thalmann O, Blanco-Aguiar JA, Plyusnina IZ, Trut L, Villafuerte R, Ferrand N, Kaiser S, Jensen P, Paabo S. A comparison of brain gene expression levels in domesticated and wild animals. PLoS Genet. 2012 Sep;8(9):e1002962. doi: 10.1371/journal.pgen.1002962.
5. BeltekyJ, Agnvall B, Johnsson M, Wright D, Jensen P. Domestication and tameness: brain gene expression in red jungle fowl selected for
less fear of humans suggests effects on reproduction and immunology. R. Soc. open sci. 2016, 3:160033. http://dx.doi.org/10.1098/rsos.160033
6. Bhanuprakash V, Chhotaray S, Pruthviraj DR, Rawat C, Karthikeyan A, Panigrahi M. Copy number variation in livestock: A mini review. Vet World. 2018; 11(4):535-541. doi: 10.14202/ vetworld.2018.535-541
7. Bovine Genome Sequencing and Analysis Consortium. Elsik CG, Tellam RL, Worley KC, Gibbs RA, Muzny DM, et al. The genome sequence of taurine cattle: a window to ruminant biology and evolution. Science. 2009;324:522-528. doi: 10.1126/science.1169588;
8. Chen X, Wang J, Qian L, Gaughan S, Xiang W, Ai T, Fan Z, Wang C. Domestication drive the changes of immune and digestive system of Eurasian perch (Perca fluviatilis). PLoS One. 2017; 12(3):e0172903. doi: 10.1371/journal.pone.0172903.
9. Cho J. Transposon-Derived Non-coding RNAs and Their Function in Plants. Front. Plant Sci., 2018, 9:600. doi: 10.3389/fpls.2018.00600;
10. Colino-Rabanal VJ, Rodriguez-Diaz R, Blanco-Villegas MJ, Peris SJ, Lizana M. Human and ecological determinants of the spatial structure of local breed diversity. Sci Rep. 2018 Apr 24;8(1):6452. doi: 10.1038/s41598-018-24641-3
11. Darwin C: Changing domestic animals and cultivated plants. Moscow: USSR SA; 1951.
12. Diamond J: Evolution, consequences and future of plant and animal domestication. Nature 2002, 418:700-707. doi:10.1038/nature01019
13. Donohue K. The epigenetics of adaptation: focusing on epigenetic stability as an evolving trait. Evolution. 2014, 68(3):617-619. doi: 10.1111/ evo.12347
14. Duarte C.M., Marba N., Holmer M. Rapid Domestication of Marine Species. Science, 2007, 316: 382-38 doi: 10.1126/science.1138042
15. FAO. The state of the world's animal genetic resources for food and agriculture /B. Risch-kowsky, D. Pilling (eds.). FAO, Rome, 2007
16. Feng X, Jiang J, Padhi A, Ning C, Fu J, Wang A, Mrode R, Liu JF. Characterization of genome-wide segmental duplications reveals a common genomic feature of association with immunity among domestic animals. BMC Genomics. 2017; 18(1):293. doi: 10.1186/s12864-017-3690-x
17. Garrido-Ramos MA. Satellite DNA: An Evolving Topic. Genes (Basel). 2017;8(9). pii: E230. doi: 10.3390/genes8090230
18. Glazko V, Zybailov B, Glazko T. Asking the Right Question about the Genetic Basis of Domestication: What is the Source of Genetic Diversity of Domesticated Species?//Adv. Genet. Eng., 2015, 4:2 http://dx.doi.org/10.4172/2169-0111.1000125
19. Glazko V.I, Kosovsky G.Yu, Glazko T.T. High Density of Transposable Elements in Sequenced Sequences in Cattle Genomes, Associated With AGC Microsatellites// Global Advanced Research Journal of Agricultural Science (ISSN: 2315-5094), 2018, Vol. 7(2) pp. 034-045 http://garj.org/garjas/2/2018/7/2
20. Glazko V.I. An attempt at understanding the genetic basis of domestication // Animal Science Papers and Reports. - 2003. - V. 21, № 2. -P. 109-120
21. Glazko V.I., Skobel O.I., Kosovsky G.Yu., Glazko T.T. Domain distribution of mobile genetic elements in the bovine genome. Sel'skok-hozyaistvennaya Biologiya [Agricultural Biology]], 2017, V. 52, № 4, pp. 658-668 doi: 10.15389/agrobiology.2017.4.658eng
22. Glazko V., Zybaylov B., Glazko T. Domestication and Genome Evolution. International Journal of Genetics and Genomics. Vol. 2, No. 4, 2014, pp. 47-56. doi: 10.11648/j.ijgg.20140204.11
23. Han Y, Zhao X, Liu D, Li Y, Lightfoot DA, Yang Z, Zhao L, Zhou G, Wang Z, Huang L, Zhang Z, Qiu L, Zheng H, Li W. Domestication footprints anchor genomic regions of agronomic importance in soybeans. New Phytol. 2016 Jan;209(2):871-84. doi: 10.1111/nph.13626.
24. Hare B, Plyusnina I, Ignacio N, Schepina O, Ste-pika A, Wrangham R, Trut L. Social cognitive evolution in captive foxes is a correlated by-product of experimental domestication. Curr. Biol., 2005, 15, 226-230. (doi:10.1016/j.cub.2005. 01.040);
25. Hay EHA, Utsunomiya YT, Xu L, Zhou Y, Neves HHR, Carvalheiro R, Bickhart DM, Ma L, Garcia JF, Liu GE. Genomic predictions combining SNP markers and copy number variations in Nellore cattle. BMC Genomics. 2018 Jun 5;19(1):441. doi: 10.1186/s12864-018-4787-6;
26. Hosaka A, Kakutani T. Transposable elements,
genome evolution and transgenerational epige-netic variation. Curr Opin Genet Dev. 2018; 49:43-48. doi: 10.1016/j.gde.2018.02.012
27. Hughes GM, Boston ESM, Finarelli JA, Murphy WJ, Higgins DG, Teeling EC. The Birth and Death of Olfactory Receptor Gene Families in Mammalian Niche Adaptation. Mol Biol Evol., 2018, 35(6): 1390-1406. doi: 10.1093/molbev/ msy028
28. Kalendar R, Schulman AH. Transposon-based tagging: IRAP, REMAP, and iPBS. Methods Mol Biol., 2014, 1115:233-255. (doi: 10.1007/ 978-1-62703-767-9_12)
29. Lanciano S., Mirouze M. Transposable elements: all mobile, all different, some stress responsive, some adaptive? Opinion in Genetics and Development, 2018, 49:106-114. https://doi.org/ 10.1016/j.gde.2018.04.002;
30. Larson G, Piperno DR, Allaby RG, Purugganan MD, Andersson L, Arroyo-Kalin M, Barton L, Climer Vigueira C, Denham T, Dobney K, Doust AN, Gepts P, Gilbert MT, Gremillion KJ, Lucas L, Lukens L, Marshall FB, Olsen KM, Pires JC, Richerson PJ, Rubio de Casas R, Sanjur OI, Thomas MG, Fuller DQ. Current perspectives and the future of domestication studies. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014;111(17):6139-6146. doi: 10.1073/pnas.1323964111;
31. Larson G., Fuller D.Q. The Evolution of Animal Domestication. Annu. Rev. Ecol. Evol. Syst. 2014. 45:115-136 doi: 10.1146/annurev-ecolsys-110512-135813;
32. Leno-Colorado J, Hudson NJ, Reverter A, Perez-Enciso M. A Pathway-Centered Analysis of Pig Domestication and Breeding in Eurasia. G3 (Be-thesda). 2017;7(7):2171-2184. doi: 10.1534/g3.117. 042671
33. Lewis SL, Maslin MA. Defining the anthropo-cene. 2015, 519(7542):171-80. doi: 10.1038/na-ture14258
34. Liu L, Ang KP, Elliott JA, Kent MP, Lien S, MacDonald D, Boulding EG. A genome scan for selection signatures comparing farmed Atlantic salmon with two wild populations: Testing colo-calization among outlier markers, candidate genes, and quantitative trait loci for production traits. Evol Appl. 2016 Dec 29;10(3):276-296. doi: 10.1111/eva.12450
35. Mei C, Wang H, Liao Q, Wang L, Cheng G, Wang H, Zhao C, Zhao S, Song J, Guang X, Liu GE, Li A, Wu X, Wang C, Fang X, Zhao X, Smith SB, Yang W, Tian W, Gui L, Zhang Y, Hill RA, Jiang Z, Xin Y, Jia C, Sun X, Wang S, Yang H, Wang J, Zhu W, Zan L. Genetic architecture and selection of Chinese cattle revealed by whole genome resequencing. Mol Biol Evol. 2017 Dec 19. doi: 10.1093/molbev/msx322
36. Mei L, Ding X, Tsang SY, Pun FW, Ng SK, Yang J, Zhao C, Li D, Wan W, Yu CH, Tan TC, Poon WS, Leung GK, Ng HK, Zhang L, Xue H. AluScan: a method for genome-wide scanning of sequence and structure variations in the human genome. BMC Genomics. 2011 Nov 17;12:564. doi: 10.1186/1471-2164-12-564;
37. Mesbah-Uddin M, Guldbrandtsen B, Iso-Touru T, Vilkki J, De Koning DJ, Boichard D, Lund MS, Sahana G. Genome-wide mapping of large deletions and their population-genetic properties in dairy cattle. DNA Res. 2017. doi: 10.1093/ dnares/dsx037
38. Moczek AP, Sultan S, Foster S, Ledôn-Rettig C, Dworkin I, Nijhout HF, Abouheif E, Pfennig DW. The role of developmental plasticity in evolutionary innovation. Proc Biol Sci. 2011 Sep 22;278(1719):2705-13. doi: 10.1098/rspb.2011. 0971
39. Ng SK, Hu T, Long X, Chan CH, Tsang SY, Xue H. Feature co-localization landscape of the human genome. Sci Rep. 2016; 6:20650. doi: 10.1038/srep20650
40. Paterson A.H, Lin Y-R., Li Z., Schertz KF, Doe-bley JF, Pinson SR, Liu SC, Stansel JW, Irvine JE. Convergent domestication of cereal crops by independent mutations of corresponding genetic loci // Science. - 1995. - V. 269. - P. 1714-1718 D0I:10.1126/science.269.5231.1714
41. Pendleton AL, Shen F, Taravella AM, Emery S, Veeramah KR, Boyko AR, Kidd JM. Comparison of village dog and wolf genomes highlights the role of the neural crest in dog domestication. BMC Biol. 2018;16(1):64. doi: 10.1186/s12915-018-0535-2
42. Perry, G. H., Dominy, N. J., Claw, K. G., Lee, A. S., Fiegler, H., Redon, R., Werner J, Villanea FA, Mountain JL, Misra R, Carter NP, Lee C, Stone AC. Diet and the evolution of human amylase gene copy
number variation. Nat.Genet., 2007, 39, 1256-1260. doi:10.1038/ng2123
43. Raymond B, Bouwman AC, Schrooten C, Houwing-Duistermaat J, Veerkamp RF. Utility of whole-genome sequence data for across-breed genomic prediction. Genet Sel Evol. 2018;50(1): 27. doi: 10.1186/s12711-018-0396-8;
44. Ricci M, Peona V, Guichard E, Taccioli C, Boat-tini A. Transposable Elements Activity is Positively Related to Rate of Speciation in Mammals. J Mol Evol. 2018 Jun;86(5):303-310. doi: 10.1007/ s00239-018-9847-7
45. Riede F.Adaptation and niche construction in human prehistory: a case study from the southern Scandinavian Late Glacial. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2011; 366(1566):793-808. doi: 10.1098/rstb.2010.0266.
46. Sänchez-Villagra MR, Geiger M, Schneider RA. 2016 The taming of the neural crest: a developmental perspective on the origins of morphological covariation in domesticated mammals. R.Soc.open sci. 2016, 3:160107. http://dx.doi. org/10.1098/rsos.160107
47. Shapiro JA. Living Organisms Author Their Read-Write Genomes in Evolution. Biology 2017, 6, 42; doi:10.3390/biology6040042
48. Shapiro JA. Nothing in Evolution Makes Sense Except in the Light of Genomics: Read-Write Genome Evolution as an Active Biological Process. Biology 2016, 5, 27; doi:10.3390/bio-logy5020027;
49. Steenwyk JL, Rokas A. Copy Number Variation in Fungi and Its Implications for Wine Yeast Genetic Diversity and Adaptation. Front. Mi-crobiol. 2018, 9:288. doi: 10.3389/fmicb.2018. 00288
50. Tang H., Sezen U., Paterson A.H. Domestication and plant genomes // Curr Opin Plant Biol -2010.-V. 13. - № 2. - P. 160-166 https://doi.org/ 10.1016/j.pbi.2009.10.008
51. Tandon D, Ressler K, Petticord D, Papa A, Jira-nek J, Wilkinson R, Kartzinel RY, Ostrander EA, Burney N, Borden C, Udell MAR, VonHoldt BM. Homozygosity for Mobile Element Insertions Associated with WBSCR17 Could Predict Success in Assistance Dog Training Programs. Genes (Basel). 2019;10(6). pii: E439. doi: 10.3390/genes10060439.
58
B.H. rna3KO, rtä. KornecKUü, T.T. rna3KO
52. Theofanopoulou C, Gastaldon S, O'Rourke T, Samuels BD, Messner A, Martins PT, Delogu F., Alamri S., Boeckx C. (2017) Self-domestication in Homo sapiens: Insights from comparative genomics. PLoS ONE 12(10): e0185306. https:// doi.org/10.1371/journal. pone.0185306
53. Trono D. Transposable elements, polydactyl proteins and the genesis of human-specific transcription networks. Cold Spring Harb Symp Quant Biol. 2015; 80: 281-288. doi:10.1101/ sqb.2015.80.027573
54. Trut LN. Early canid domestication: the farm-fox experiment. Am. Sci. 1999, 161, 160-169. (doi:10.1511/1999.2.160);
55. Trut L, Oskina I, Kharlamova A. Animal evolution during domestication: the domesticated fox as a model. Bioessays, 2009, 31, 349-360. (doi:10.1002/bies.200800070)
56. Uzzaman MR, Bhuiyan MS, Edea Z, Kim KS. Semi-domesticated and Irreplaceable Genetic Resource Gayal (Bos frontalis) Needs Effective Genetic Conservation in Bangladesh: A Review. Asian-Australas J Anim Sci. 2014 Sep; 27(9):1368-72. doi: 10.5713/ajas.2014.14159
57. vonHoldt BM, Ji SS, Aardema ML, Stahler DR, Udell MAR, Sinsheimer JS. Activity of Genes with Functions in Human Williams-Beuren Syndrome Is Impacted by Mobile Element Insertions in the Gray Wolf Genome. Genome Biol Evol. 2018 Jun 1;10(6):1546-1553. doi: 10.1093/gbe/ evy112
58. vonHoldt BM, Shuldiner E, Koch IJ, Kartzinel RY, Hogan A, Brubaker L, Wanser S, Stahler D, Wynne CDL, Ostrander EA, Sinsheimer JS, Udell MAR. Structural variants in genes associated with human Williams-Beuren syndrome underlie stereotypical hypersociability in domestic dogs. Sci Adv. 2017; 3(7):e1700398. doi: 10.1126/sciadv.1700398
59. Wade CM, Giulotto E, Sigurdsson S, Zoli M, Gnerre S, Imsland F, Lear TL, Adelson DL, Bailey E, Bellone RR, Blöcker H, Distl O, Edgar RC, Garber M, Leeb T, Mauceli E, MacLeod JN, Penedo MC, Raison JM, Sharpe T, Vogel J, An-dersson L, Antczak DF, Biagi T, Binns MM, Chowdhary BP, Coleman SJ, Della Valle G, Fryc S, Guérin G, Hasegawa T, Hill EW, Jurka J, Ki-ialainen A, Lindgren G, Liu J, Magnani E, Mick-elson JR, Murray J, Nergadze SG, Onofrio R,
Pedroni S, Piras MF, Raudsepp T, Rocchi M, Roed KH, Ryder OA, Searle S, Skow L, Swinburne JE, Syvanen AC, Tozaki T, Valberg SJ, Vaudin M, White JR, Zody MC; Broad Institute Genome Sequencing Platform; Broad Institute Whole Genome Assembly Team, Lander ES, Lindblad-Toh K. Genome sequence, comparative analysis, and population genetics of the domestic horse. Science. 2009; 326(5954):865-7. doi: 10.1126/science.1178158
60. Wiener P., Wilkinson S. Review. Deciphering the genetic basis of animal domestication. Proc. R. Soc. B (2011) 278, 3161-3170 doi:10.1098/ rspb.2011.1376;
61. Wilkins AS, Wrangham RW, Fitch WT. The "domestication syndrome" in mammals: a unified explanation based on neural crest cell behavior and genetics. Genetics. 2014; 197(3):795-808. https://doi. org/10.1534/genetics.114.165423
62. Wright D: The Genetic Architecture of Domestication in Animals. Bioinform Biol Insights. 2015, 9:11-20. doi: 10.4137/BBi.s28902
63. Yang JF, Ding XF, Chen L, Mat WK, Xu MZ, Chen JF, Wang JM, Xu L, Poon WS, Kwong A, Leung GK, Tan TC, Yu CH, Ke YB, Xu XY, Ke XY, Ma RC, Chan JC, Wan WQ, Zhang LW, Kumar Y, Tsang SY, Li S, Wang HY, Xue H. Copy number variation analysis based on AluScan sequences. J Clin Bioinforma. 2014 Dec 5;4(1):15. doi: 10.1186/s13336-014-0015-z
64. Zeder M.A. Core questions in domestication re-search//PNAS, 2015, V. 112, N.11., P. 31913198 https://doi.org/10.1073/pnas.1501711112
65. Zeder MA Domestication as a model system for the extended evolutionary synthesis. Interface Focus. 2017, 7(5):20160133. doi: 10.1098/rsfs. 2016.0133
66. Zhang F, Gu W, Hurles ME, Lupski JR. Copy number variation in human health, disease, and evolution. Annu Rev Genomics Hum Genet. 2009;10:451-81. doi: 10.1146/annurev.genom.9.081307.164217;
67. Zhou Y, Connor EE, Wiggans GR, Lu Y, Tem-pelman RJ, Schroeder SG, Chen H, Liu GE. Genome-wide copy number variant analysis reveals variants associated with 10 diverse production traits in Holstein cattle. BMC Genomics. 2018 May 2;19(1):314. doi: 10.1186/s12864-018-4699-5
68. Zietkiewicz E, Rafalski A, Labuda D. Genome fingerprinting by simple sequence repeat (SSR)-anchored polymerase chain reaction amplification. Genomics, 1994, 20(2):176-183 (https:// doi.org/10.1006/geno.1994.1151)
69. Zimin AV, Delcher AL, Florea L, Kelley DR, Schatz MC, Puiu D, et al. A whole-genome assembly of the domestic cow, Bos Taurus. Genome Biol. 2009;10:R42. doi: 10.1186/gb-2009-10-4-r42
GENOME PLASTICITY DURING DOMESTICATION AND MICROEVOLUTION
V.I. Glazko*, G.Yu. Kosovsky, T.T. Glazko
Afanas'ev Research Institute of Fur-Bearing Animal Breeding and Rabbit Breeding, 6, ul. Trudovaya,
pos. Rodniki, Ramenskii Region, Moscow Province, 140143 Russia,
e-mail vigvalery@gmail.com; e-mail gkosovsky@mail.ru; tglazko@rambler.ru;
The revealing problem of genetic mechanisms of animal and plant domestication is becoming increasingly important in connection with the known reduction of genetic resources of agricultural species. In this regard, it is of particular importance to study the formation of «domestication syndrome» - the presence of a complex of phe-notypic traits that joint domesticated species belonging to different taxa, and distinguish them from closely related wild ones. To date, there are ideas about the peculiarities of species predisposition to domestication in connection with their participation in the creation of new niches with humans, which include such characteristics as the ability to co-evolution of different species, their high evolutionary potential, environmental inheritance, interspecies cooperation, high rates of evolutionary change (Zeder, 2017). All the features included in the «domestication syndrome», by their genetic nature are polygenic, so the «gene signatures» of domestication in relation to similar phe-notypic features are not universal for different species, but, as a rule, affect genes belonging to the same metabolic pathways. Three main theories of the genetic basis of the «syndrome domesticity» put forward: the slowdown of neural crest development; selection of key genes, mostly related to behavioral characteristics (decrease of aggressiveness towards the man, mutations of the activation of hypersociability); cluster selection due to the genetic links of key genes for domestication (Wright, 2015). «Genomic signatures» of domestication indicate that the total scope of polymorphism for different genomic elements within domesticated and closely related wild species is not less than between different groups of species and in both cases are associated with transposons (endoviroms - Trono, 2015), the differences are only in specific genomic targets of such variability. Relatively increased polymorphism of enzymes of exogenous substrates metabolism and decreased polymorphism of enzymes of intracellular energy supply in domesticated species as compared to wild ones were revealed (Glazko, 2003). The link between trans-poson density in species genomes and evolutionary potential (species enrichment) of different taxa was observed (Ricci et al., 2018). It is discussed that one of the mechanisms for the acquisition of «domestication syndrome» is a species-specific unique ability to generate population-genetic variability, which may be the result of increased contacts with exogenous viruses and the high diversity of the latter in the process of entering the domesticated species into a new habitat associated with humans.
Keywords: domestication, domestication syndrome, single nucleotide polymorphisms (SNP), segment duplications (SD), copy number variability (CNV), transposons, endovirom.
60
B.H. rna3KO, r№. KocoecKHU, T.T. rna3KO
