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Qu'est-ce qui explique la variation de taille dans les races de chiens?

Qu'est-ce qui explique la variation de taille dans les races de chiens?


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Mon hypothèse est que la taille des chiens varie tellement en raison des pressions de sélection artificielles provenant des éleveurs humains, mais existe-t-il des loci génétiques qui déterminent approximativement la taille approximative ? Est-ce que d'autres espèces d'animaux sauvages présentent une telle gamme de tailles ou est-ce quelque chose qui ne se produit que lorsque les éleveurs interviennent ?


C'est un morceau fascinant de la génétique.

Les chiens sont particulièrement variables en taille et en de nombreux phénotypes d'apparence, de comportement et de tempérament. On s'attendait depuis longtemps à ce que les variations des gènes de développement soient la raison pour laquelle les races de chiens étaient responsables de l'étonnante flexibilité de la taille des chiens. Un des premiers locus trouvés était IGF1 (insuline comme le facteur de croissance 1).

Cet article PLOS de 2011 examine en fait les génotypes spécifiques des races de chiens et l'identification des loci fortement associés au phénotype de la race soutient cette idée.

… (nous avons scanné) le génome à la recherche de signatures de balayages sélectifs dans des races uniques, caractérisées par de longues régions d'hétérozygotie réduite et de fixation d'haplotypes étendus. Ces analyses identifient des centaines de régions, dont 22 blocs d'homozygotie plus longs qu'une mégabase dans certaines races. Les loci de sélection des candidats sont fortement enrichis pour gènes de développement. Nous avons choisi une région hautement différenciée, associée à la taille du corps et à la morphologie de l'oreille, et l'avons caractérisée en utilisant un séquençage à haut débit pour fournir une liste de variantes pouvant affecter directement ces traits.

Emphase ajoutée.

Cette théorie a également un attrait intuitif - aucune race de chien (je pense) n'est plus grande que le loup, la souche dont toutes les races de chien sont issues. Toutes ces races dérivées des stades de développement antérieurs du loup font ici une description intuitive, bien qu'imprécise de l'effet.

Quoi qu'il en soit, les chiens restent un organisme modèle important pour tant de traits, car relativement peu de régions génomiques peuvent provoquer autant de phénotypes importants, y compris la taille, mais aussi des variations comportementales et morphologiques.

Dans la figure ci-dessous, vous pouvez voir combien peu de régions génomiques sont responsables des 46 races Vaysee et al. examiné.


Des chercheurs identifient un gène impliqué dans la taille du chien

"L'identification et la caractérisation d'une variante génétique clé qui explique les différences de taille des chiens est particulièrement excitante car le gène sous-jacent est présent chez tous les chiens et d'autres espèces diverses, y compris les humains", a déclaré Eric Green, MD, Ph.D., scientifique directeur de la Division de la recherche intra-muros du NHGRI. "Des découvertes comme celle-ci illustrent la promesse passionnante de la recherche en génomique pour comprendre l'héritage d'un large éventail de traits, y compris ceux qui ont un impact sur la santé et la maladie."

La branche de l'arbre généalogique canin qui comprend les chiens domestiques a divergé de celle du loup gris il y a plus de 15 000 ans. En raison de l'élevage sélectif par les humains à travers l'histoire, les chiens présentent aujourd'hui un très large éventail de types de corps et de comportements. En fait, les chiens présentent la plus grande diversité de taille corporelle de toutes les espèces de mammifères.

Dans leur étude, les chercheurs ont exploré la base génétique de la variation de taille chez les chiens en comparant l'ADN de diverses races de petits chiens, notamment les chihuahuas, les toy fox terriers et les poméraniens, à un éventail de races de chiens plus grandes, notamment les lévriers irlandais, les saint-bernards et les grands danois. . Leur enquête a révélé que la variation d'un gène - IGF-1, qui code pour une hormone protéique appelée facteur de croissance analogue à l'insuline 1 - est très fortement associée à une petite taille dans toutes les races de chiens étudiées.

"Nous avons été intrigués par la structure de la population de chiens, qui au fil des ans ont été élevés de manière sélective, ce qui nous permet d'analyser plus facilement les causes génétiques de traits particuliers qu'il n'est possible chez l'homme", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Elaine A. Ostrander, Ph.D., chef de la branche de génétique du cancer du NHGRI. "Presque tout ce que nous apprenons de l'étude de la structure corporelle, du comportement et de la susceptibilité aux maladies chez les chiens nous aide à comprendre certains aspects de la santé humaine et de la biologie."

Outre Ostrander et ses collègues du NHGRI, l'équipe comprenait des chercheurs de l'Université Cornell à Ithaca, NY, de l'Université de l'Utah à Salt Lake City, de l'Université de Californie, de Los Angeles, de l'Université de Californie du Sud à Los Angeles, de l'Université du Missouri à Columbia. le Waltham Center for Pet Nutrition dans le Leicestershire, en Angleterre et le Nestle Research Center à St. Louis. Stagiaire postdoctoral Nathan B. Sutter, Ph.D. de la branche de génétique du cancer du NHGRI, a été l'auteur principal.

"En apprenant comment les gènes contrôlent la taille corporelle chez les chiens, nous sommes susceptibles d'apprendre quelque chose sur la façon dont la taille corporelle squelettique est génétiquement programmée chez l'homme. Nous augmenterons également notre ensemble de données de gènes susceptibles de jouer un rôle dans des maladies telles que le cancer, dans lequel la régulation de la croissance cellulaire a été perdue », a déclaré Ostrander, notant que le rôle de la IGF-1 La famille de gènes dans la susceptibilité au cancer de la prostate est déjà bien établie.

En s'appuyant sur des recherches antérieures montrant que le IGF-1 gène joue un rôle important dans la croissance, la taille et la longévité chez la souris, les chercheurs canins ont utilisé des observations physiques, l'imagerie par rayons X et le séquençage de l'ADN et l'analyse du génotypage pour étudier les chiens d'eau portugais - une race qui a une gamme inhabituellement large de tailles de squelette - ainsi que plusieurs petites et grandes races canines. Cette analyse a révélé que les différences de taille corporelle des chiens semblaient être associées à de minuscules variations génétiques, appelées polymorphismes nucléotidiques simples (SNP), dans le IGF-1 gène. Les chercheurs ont ensuite restreint le champ des SNP associés à une petite taille par génotypage des SNP dans et autour de la IGF-1 gène chez 463 chiens d'eau portugais. Une analyse similaire a été effectuée en utilisant 526 chiens de 14 petites races et neuf races de chiens géants.

En fin de compte, les chercheurs ont analysé l'ADN de plus de 3 000 chiens de 143 races pour identifier une variante de séquence génétique spécifique, ou haplotype, associée à une petite taille dans le code génétique canin. Presque tous les petits chiens étudiés partageaient cette variante génétique, l'impliquant comme une influence majeure sur la stature chez les chiens.

Sur la base de leur analyse génomique, les chercheurs ont également conclu que le trait de petite taille est apparu relativement tôt dans l'histoire des chiens domestiques. Ils émettent l'hypothèse que la petite taille a peut-être facilité la diversification rapide des races de chiens domestiques en permettant aux humains de les maintenir plus facilement dans les limites surpeuplées des villages et des villes en développement, ainsi qu'en les rendant plus transportables pendant le commerce et la migration.

Les objectifs futurs de l'étude sont d'identifier les gènes qui contrôlent d'autres aspects de la morphologie canine, notamment la longueur des pattes et la forme du crâne. Quatre photos haute résolution illustrant la large gamme de tailles parmi les races de chiens sont disponibles ici : Irish Wolfhound avec Border Terrier Afghan avec Chihuahua Cross Irish Wolfhound avec Chihuahua Cross, Running Irish Wolfhound avec Chihuahua Cross, Debout.

La nouvelle découverte fait suite à l'achèvement de la séquence du génome du chien, annoncée en décembre 2005, recherche qui fait partie du réseau de recherche sur le séquençage à grande échelle du NHGRI. La disponibilité de la séquence du génome du chien permet aux chercheurs de mieux comparer les génomes humains et canins et d'affiner leur recherche de contributeurs génétiques au cancer et à d'autres maladies majeures.


De la meute à l'animal de compagnie

En raison de l'incroyable diversité des chiens modernes et du nombre de caractéristiques dérivées distinguant les chiens de leurs ancêtres, la détermination de l'ancêtre des chiens nécessitait des données génétiques. De Charles Darwin à Konrad Lorenz, les premiers chercheurs pensaient que le mélange avec plusieurs espèces de canidés, y compris les chacals, était nécessaire pour expliquer la diversité des chiens domestiques [9-11]. Cependant, l'analyse moderne de l'ADN mitochondrial (ADNmt) a plutôt montré que le loup gris (Canis lupus) était le seul ancêtre des chiens modernes [12, 13].

Il a été difficile de faire la lumière sur les spécificités de l'emplacement et du moment des origines des chiens. Les premières preuves archéologiques définitives d'enterrements de chiens remontent à environ 11 500 ans en Israël [14, 15], bien qu'il existe également des preuves d'enterrements de chiens en Allemagne il y a environ 14 000 ans [16]. Les sépultures ou les représentations artistiques de chiens avant cela manquent dans les archives archéologiques, suggérant une origine relativement récente des chiens (il y a moins de 16 000 ans) ou au moins un changement majeur dans l'anatomie du chien et/ou l'interaction humaine à cette époque. Des restes fossiles de canidés ressemblant à des chiens plus anciens existent, mais ils sont difficiles à regrouper sans équivoque comme étant des chiens primitifs ou de petits loups (par exemple [17, 18]).

De la même manière, les études génétiques doivent encore fournir un compte rendu définitif des origines des chiens. Les premières estimations d'une divergence chien-loup d'il y a plus de 100 000 ans basées sur les données de séquence d'ADNmt reposaient sur l'hypothèse erronée que chaque haplogroupe d'ADNmt de chien moderne descendait d'une seule lignée d'ADNmt de loup [13]. Les recherches de Savolanien et ses collègues [19, 20] donnent cependant une estimation plus récente de la domestication du chien (il y a 5 400 à 16 300 ans) en utilisant un modèle de domestication qui permet des dizaines de lignées maternelles fondatrices. Ces études concluent que les chiens sont probablement originaires d'Asie de l'Est au sud du fleuve Yangtze, sur la base du niveau élevé de diversité d'ADNmt trouvé chez les chiens existants dans cette région, mais elles font l'hypothèse cruciale qu'il y avait une origine unique pour les chiens et que l'introgression des loups en Asie a été minime. Si les haplogroupes d'ADNmt entraient dans la lignée canine à des moments et des lieux différents, le moment et l'emplacement réels de la domestication pourraient différer considérablement de ceux déduits d'un modèle à origine unique [21]. Cela semble être le cas : en utilisant des données de génotypage du génome entier de chiens et de loups de race pure, Vonholdt et al. [7] ont trouvé des preuves de partage d'allèles entre les races de chiens asiatiques et les loups asiatiques (et entre les races de chiens européennes et les loups européens), suggérant des niveaux non négligeables d'introgression régionale ou de multiples événements fondateurs. Des modèles plus sophistiqués utilisant des données du génome entier des chiens et des loups sont nécessaires pour démêler le processus démographique complexe sous-jacent à la domestication des chiens.

En partie à cause des difficultés à résoudre le lieu et le moment de la domestication des chiens, un débat considérable entoure les rôles que les humains, les loups et les premiers chiens ont joué dans le processus. Certaines populations de loups gris se sont probablement «pré-adaptées» à la domestication en fouillant dans les établissements humains, une activité qui non seulement plaçait les loups à proximité des humains, mais aussi les sélectionnait pour réduire leur peur. Les individus désireux de se nourrir à proximité des humains étaient mieux à même d'exploiter leurs sources de nourriture, en particulier si ces individus apprenaient à lire les signaux humains (Encadré 1). On ne sait pas si la concurrence accrue des chasseurs humains armés d'arcs ou l'émergence de décharges dans les villages de ces chasseurs-cueilleurs a provoqué le passage au charognard [22, 23], mais la concurrence avec les humains, ou la persécution par eux, aurait certainement pu être une force d'isolement importante empêchant les loups sauvages d'anéantir les premières populations de proto-chiens en inondant le flux génétique.

Notamment, la domestication des chiens a eu lieu avant l'avènement de l'agriculture [22]. L'apparition de l'agriculture peu de temps après l'origine des chiens suggère que la domestication des chiens elle-même pourrait avoir été un précurseur important de la transformation des humains en agriculteurs. Cependant, sans savoir quels rôles jouaient les premiers chiens dans les établissements humains, cette hypothèse est hautement spéculative. Une fois l'agriculture établie, le pillage autour des établissements humains est devenu une entreprise très rentable et les chiens se sont rapidement répandus dans le monde entier [24]. À un moment donné, les gens ont commencé à utiliser ces chiens comme sentinelles, sources de nourriture et compagnons, mais que la domestication soit terminée à ce moment-là (comme proposé dans le modèle d'auto-domestication du chien de Coppinger [23]) ou si une sélection humaine dirigée était nécessaire pour faire des chiens complètement domestiqués (comme proposé dans le modèle de « domestication classique » de Crockford [25]) est encore débattu.

À l'époque victorienne (il y a environ 200 ans), le rythme de la sélection des races s'est accéléré à mesure que des centaines de races étaient créées et que les enregistrements et le suivi des pedigrees étaient utilisés pour garantir la fermeture des populations [26, 27]. Une grande partie de la variation phénotypique présente chez les chiens modernes a été motivée par les caprices de ces amateurs et leur sélection artificielle pour des phénotypes distinctifs (Figure 1). En conséquence de cette sélection contrôlée, le rythme de la sélection et de la dérive s'est accéléré dans ces lignées, offrant une excellente opportunité aux généticiens de cartographier les régions sous-jacentes à la variation phénotypique. D'un point de vue évolutif, les génomes des chiens domestiques de race pure modernes sont une mosaïque constituée de régions de balayages sélectifs courts résultant de la domestication, de régions plus longues sous-jacentes aux balayages spécifiques à la race récents et du reste du génome qui, à l'inverse, a subi un relâchement de contrainte sélective car les forces de sélection naturelle et sexuelle se sont affaiblies chez les chiens de race [28, 29].

Diversité phénotypique dans 9 des quelque 400 races de chiens modernes. De haut à gauche en bas à droite : Basenji, Terre-Neuve, Chihuahua, Caniche standard, Bouvier australien, Lévrier afghan, Bull Terrier, Greyhound et Mastiff anglais. Les photos sont utilisées sous Creative Commons de fugzu, alicjap, Kjunstorm, greg westfall, 3Dobes, diveofficer, Just chaos, msmornington et claudiogennari, respectivement.

Contrairement aux chiens de race pure, la plupart des chiens vivent encore aujourd'hui comme ils l'ont fait pendant des millénaires, en tant que commensaux humains semi-sauvages connus sous le nom de «chiens de village» [23]. Il est important de noter que la plupart des populations existantes de chiens de village descendent d'anciennes populations de chiens de village et ne sont pas significativement contaminées par un mélange récent de races modernes [30] (Figure 2). En fait, ces populations de chiens de village se reproduisant au hasard ont fourni les fondateurs de races de chiens anciennes et modernes. La facilité de cartographie des traits chez les chiens de race pure, associée à la capacité d'étudier l'histoire de ces allèles adaptatifs dans les populations naturelles de chiens de village, font des chiens un système particulièrement puissant pour cartographier les phénotypes des mammifères et comprendre les bases génétiques de l'évolution adaptative.

Un schéma simplifié de l'histoire évolutive du chien. Les flèches bleues (loup) et vertes (chiens de village) représentent des lignées évolutives distinctes, chacune contenant une sous-structure de population résultant en grande partie de l'isolement par la distance parmi les populations locales. Les flèches rouges (races) représentent une race ancienne (à l'extrême gauche) et trois races modernes. La barre et les flèches vertes/bleues représentent un (mais peut-être plusieurs) événements de domestication des loups eurasiens suivis d'un petit degré d'introgression localisée chien-loup. Les barres rouges/vertes représentent les fondateurs d'une ou plusieurs races issues de populations de chiens de village, avec une flèche horizontale rouge à l'heure actuelle pour montrer le mélange avec des descendants de chiens de race contaminant le pool génétique de certaines populations de chiens de village. À mesure que la mondialisation et la modernisation se poursuivent, ces migrants de race deviendront une menace encore plus grande pour les réservoirs de diversité canine indigène.


Races de chiens et traits cognitifs : dans quelle mesure les gènes expliquent-ils ?

Des milliers d'années d'élevage sélectif par l'homme ont abouti à un degré extraordinaire de diversité chez les chiens domestiques. Actuellement, plus de 400 races de chiens sont reconnues à l'échelle internationale, allant des chiens de garde de 150 livres aux compagnons "jouets" de 5 livres.

Récemment, des études de séquençage génomique ont commencé à élucider les gènes à l'origine des différentes tailles et formes des chiens. Mais on en sait beaucoup moins sur les différences génétiques dans la façon dont les chiens pensent et se comportent. Maintenant, dans une paire de nouvelles études, les chercheurs combinent la science citoyenne et les grandes données génomiques pour examiner s'il existe des différences génétiques entre les races dans les traits cognitifs et comportementaux.

Asseoir. Rester. Pense.

Les chercheurs ont collecté des données cognitives via Dognition.com, un site Web de science citoyenne développé par le chercheur canin de l'Université Duke, Brian Hare. Le site guide les propriétaires à travers une série d'expériences reflétant différents aspects de la cognition qu'ils peuvent réaliser à la maison avec leurs chiens.

Par exemple, dans une tâche qui évalue le contrôle inhibiteur, le propriétaire du chien met une friandise sur le sol devant le chien, puis dit au chien de ne pas la prendre, mesurant combien de temps le chien attend avant de céder et de manger la friandise. Une autre tâche, qui mesure les compétences en communication, implique que le propriétaire place deux friandises sur le sol et fasse un geste vers l'une d'entre elles. Le propriétaire enregistre ensuite si son animal s'approche de la friandise indiquée.

Le résultat, selon Gitanjali Gnanadesikan, étudiant diplômé de l'Université d'Arizona et auteur principal des nouvelles études, est une base de données massive de milliers de chiens de compagnie du monde entier qui ont tous effectué exactement les mêmes tâches.

« Si j'essayais de collecter individuellement toutes ces données moi-même, cela prendrait des années, probablement des décennies », dit-elle.

Dans la première étude, Gnanadesikan et ses collègues ont intégré les données de Dognition.com avec des informations accessibles au public sur les génomes des races de chiens, produisant un ensemble de données avec 1 508 chiens de 36 races.

Les chercheurs se sont intéressés à la mesure dans laquelle la race d'un chien était prédictive des traits cognitifs ou comportementaux, en d'autres termes, l'héritabilité de ces traits. L'héritabilité est la proportion de la variation totale que vous observez qui peut être attribuée à des facteurs génétiques.

Ils ont identifié des contributions génétiques dans quatre domaines cognitifs. Au sommet se trouvait le contrôle inhibiteur, estimé à 70 % héritable, puis la communication, à 50 % héritable. Ils ont également découvert que la mémoire et le raisonnement physique étaient chacun héritables d'environ 20%.

Ce qui rend cela particulièrement intéressant, c'est que les deux traits les plus héréditaires, le contrôle inhibiteur et la communication, sont supposés avoir été altérés par la domestication.

Une théorie sur la domestication des chiens est que les chiens peuvent avoir été sélectionnés pour leur capacité à inhiber certaines réponses et certains comportements. Au début de la domestication, les animaux qui étaient moins réactifs et agressifs et qui acceptaient mieux le contact humain pouvaient avoir un avantage.

En ce qui concerne la communication, il semble plausible que, intentionnellement ou non, les chiens aient été sélectionnés pour leur capacité à prêter plus d'attention à la communication humaine. De nombreuses études montrent que les chiens peuvent communiquer de manière coopérative et flexible avec les humains d'une manière que les loups ne peuvent pas.

L'histoire dans les gènes

Ensuite, Gnanadesikan et ses collègues ont mené une étude d'association à l'échelle du génome pour identifier des variations génétiques spécifiques associées aux différences de race dans les traits considérés comme héréditaires dans la première étude (contrôle inhibiteur, communication, mémoire et raisonnement physique). En combinant à nouveau les données de Dognition.com avec les données génomiques publiées, cette fois leur ensemble de données se composait de 1 654 chiens représentant 49 races.

Dans l'ensemble, les chercheurs ont découvert qu'il y avait de nombreux gènes, chacun avec un petit effet, qui contribuent aux traits cognitifs des chiens. Les chercheurs ont identifié 188 gènes impliqués dans les différences de race dans la cognition. Les gènes avaient tendance à être fortement exprimés dans le tissu cérébral et impliqués dans le fonctionnement du système nerveux.

Bien que cette étude montre que de nombreux gènes contribuent aux traits cognitifs, d'autres caractéristiques chez les chiens se sont avérées plus simples sur le plan génétique. Gnanadesikan dit qu'une grande partie de la diversité de la forme et de la taille des chiens est le résultat d'un élevage sélectif intentionnel, les efforts des cent dernières années étant particulièrement axés sur l'apparence.

«Nous voyons que des caractéristiques telles que le poids corporel et la taille sont principalement régies par un seul gène qui a différentes versions chez les petits et les grands chiens», explique Gnanadesikan. "Ce seul gène explique un pourcentage énorme de la variation de taille entre les races."

L'histoire du comportement et de la cognition est plus compliquée.

"D'une part, la sélection pour ces traits a probablement commencé beaucoup plus tôt que la sélection pour les traits morphologiques, probablement il y a des centaines ou des milliers d'années, lorsque les chiens auraient pu être sélectionnés pour des traits tels que le comportement de troupeau ou de garde", poursuit-elle. "Mais ces traits sont plus difficiles à quantifier et probablement plus polygéniques."

Il est également vrai que les traits cognitifs sont influencés par l'environnement et l'entraînement. Gnanadesikan souligne que les facteurs environnementaux et expérientiels ne doivent pas être négligés et met en garde contre les hypothèses ou les stéréotypes sur les différentes races.

"Ces études ne montrent absolument pas que la génétique est tout ce qui compte et qu'une race donnée va se comporter d'une certaine manière et que vous ne pouvez rien y faire", dit-elle. "Même les traits les plus héréditaires de nos études ont encore une partie importante de la variation qui n'est pas expliquée par la génétique."

Qu'est-ce qui fait un bon garçon (ou fille) ?

Une limitation de ces études est que les informations cognitives et génétiques ne proviennent pas des mêmes chiens. Gnanadesikan dit que ces premières études fournissent une feuille de route pour les endroits dans le génome du chien que les chercheurs pourraient examiner plus en détail à l'avenir.

De plus, Gnanadesikan travaille avec une organisation de chiens d'assistance, Canine Companions for Independence (CCI), sur des questions similaires de cognition et d'héritabilité. Elle espère qu'une telle recherche pourra aider des programmes comme CCI à élever et former des chiens d'assistance performants.

« Avec toutes ces organisations, la liste des personnes dans le besoin dépasse le nombre de chiens disponibles. Au plus, 50 % des chiens du programme finissent par obtenir un diplôme de chien d'assistance », explique Gnanadesikan.

« L'espoir est qu'en comprenant mieux ce qui fait un bon chien d'assistance, à la fois génétiquement et cognitivement, nous pourrons peut-être améliorer les taux de réussite. Peut-être pourrions-nous mieux identifier les comportements nécessaires pour un bon chien d'assistance et comment la formation et l'élevage pourraient tous deux y jouer un rôle.

Autant Gnanadesikan s'intéresse aux contributions génétiques aux traits cognitifs, autant elle met l'accent sur les contributions de l'environnement et de l'expérience et sur la façon dont tous ces facteurs interagissent.

"Nous avons finalement compris que la nature et l'éducation sont importantes, mais il n'est toujours pas vraiment clair pour un trait donné comment ces facteurs se combinent", dit-elle. "Je veux comprendre comment une prédisposition génétique interagit avec les variables environnementales et les expériences pour influencer un trait, chez les autres animaux et nous-mêmes."


Génétique de la taille corporelle

Il est possible que la forme et la taille des chiens de petite race contribuent directement aux maladies cardiaques en limitant leur croissance. De nombreux siècles de sélection pour une taille plus petite ont abouti à une gamme actuelle de tailles corporelles chez les chiens qui s'étend sur deux degrés de grandeur avec des races de jouets de la taille d'une tasse de thé atteignant un poids adulte de moins de 1 kg tandis qu'un mastiff mâle adulte peut facilement dépasser 90 kg. 21 . N'est-il pas tout aussi possible que les mêmes gènes impliqués dans la croissance squelettique soient actifs dans le cœur en développement ? De nombreuses études ont été publiées qui traitent de la génétique de la variation de taille chez les chiens de différents points de vue. En 2002, Chase et al. ont publié une étude de liaison portant sur la morphologie du chien d'eau portugais (PWD) 22 . Le PWD peut peser de 16 à 27 kg et 43 à 58 pouces à l'épaule, permettant la ségrégation d'un certain nombre de gènes affectant la taille globale du corps. Les auteurs ont obtenu cinq radiographies différentes de 𾌀 PWD et mesuré 㹰 aspects de la forme et de la taille du squelette. À partir de ceux-ci, ils ont calculé neuf composants principaux (CP), dont le premier englobe la taille globale du corps et représente

45% de toutes les variations de la race. Ce PC est lié à deux loci du génome : un sur le chromosome 15 canin (CFA15) et un second sur CFA 37 . Le site sur CFA15 est à proximité de la IGF1 gène qui avait été montré pour affecter la taille du corps chez les souris et les humains 19,20. Pour caractériser davantage le locus, Sutter et ses collègues ont comparé les fréquences alléliques du polymorphisme à nucléotide unique (SNP) dans la région chez les petites et grandes races de chiens et ont trouvé un balayage sélectif couvrant le IGF1 gène chez tous les petits chiens. En fait, un seul haplotype identique par descendance a été trouvé chez 93 % de tous les chiens de races dont le poids adulte était en moyenne inférieur à 10 kg. Cette étude a révélé deux faits importants sur les chiens : premièrement, les gènes qui affectent les principaux traits morphologiques seront partagés entre plusieurs races, et deuxièmement, toutes les races de petits chiens partagent au moins un ancêtre commun qui a contribué à la IGF1 allèle.

Ce constat est particulièrement intrigant si l'on considère que le IGF1 gène a été impliqué dans le développement cardiaque ainsi que la taille du corps 23,24. Alors qu'une perte de IGF1 l'expression est liée à une diminution de la taille du corps, une surexpression de IGF1 conduit à une augmentation de la taille du cœur en augmentant la taille des myocytes cardiaques. Cette réponse est envisagée comme moyen de traiter l'insuffisance cardiaque en réduisant le risque d'ischémie myocardique 25,26. Comme discuté plus tôt, IGF1 affecte à la fois la croissance du squelette et la taille du cœur, bien que les effets ne soient pas proportionnés selon les études réalisées chez la souris 17 . Depuis qu'il a été démontré que IGF1 est un contributeur majeur à la réduction de la taille corporelle chez les chiens, si le cœur ne rétrécit pas à la même échelle chez les petits chiens, cette mutation à elle seule pourrait être responsable d'un surpeuplement conduisant à des malformations valvulaires 16 . En outre, IGF1 a un effet direct sur la croissance cardiaque qui pourrait conduire à des malformations s'il est mal régulé comme on pourrait s'y attendre dans la sélection pour petite taille.

Suivant le IGF1 résultats, deux études supplémentaires ont été publiées sur la génétique de la taille corporelle de plusieurs races. En 2008 Jones et al. a terminé une étude d'association pangénomique SNP à faible densité (GWAS) dans 148 races de chiens pour rechercher les principales régions de contrôle morphologique 27 . En attribuant des traits basés sur des standards de race et des photographies, les auteurs ont identifié huit loci associés à la taille, au poids ou à une combinaison des deux. Cinq de ces loci contenaient de puissants gènes candidats pour la taille tels que IGF1, groupe haute mobilité AT-crochet 2 (HMGA2) et la protéine de liaison à l'ARNm 2 du facteur de croissance analogue à l'insuline 2 (IGF2BP2) ( Tableau 1 ). Quatre sur cinq des gènes candidats identifiés pour le contrôle de la taille affectent également le développement cardiaque. Par exemple, Monzen et al. ont montré que HMGA2 affecte la différenciation des cardiomyocytes et qu'un knock-down médié par morpholino du gène conduit à une mauvaise formation cardiaque dans les embryons de grenouille 28 . Le gène le plus intéressant de ce groupe est peut-être le membre 2 de la famille SMAD (SMAD2) qui interagit directement avec le facteur de croissance transformant bêta (TGFβ) 29 . Des études récentes montrent que TGF㬢, travaillant à travers SMAD2/3, est nécessaire pour obtenir une structure de valve mature 30 . De plus, une augmentation de TGFβ signalisation, identifiée par l'augmentation corrélée de SMAD2 l'expression, contribue à la dégénérescence de la valve mitrale dans un modèle murin du syndrome de Marfan dans lequel les valves mitrales présentent une longueur et une épaisseur accrues des feuillets et une conformation repliée 31 . Compte tenu de cette corrélation, un chien avec SMAD2 l'expression due à la sélection pour ses propriétés de retard de croissance peut également rencontrer des problèmes de développement de la valve cardiaque.


Discussion

La présente étude a adopté une approche globale, basée sur les données et agnostique pour étudier les variations neuroanatomiques chez les chiens domestiques. Nous avons d'abord demandé s'il existait une variation significative de la morphologie du cerveau du chien. La réponse est un « oui » clair : les différences dans l'anatomie globale du cerveau sont facilement appréciables (Fig. 1UNE). Cette observation a été confirmée par une analyse statistique voxelwise du cerveau entier, corrigée par comparaisons multiples (Fig. 1C,). Après avoir établi cette constatation de base, nous avons ensuite sondé la relation entre de multiples facteurs potentiellement interactifs qui pourraient être liés à cette variation : la taille totale du corps ou du cerveau, la morphologie externe et interne du crâne, la structure de la l'arbre phylogénétique du chien et l'organisation des réseaux cérébraux internes.

Les chiens présentent une variation intraspécifique de la morphologie à un degré rarement observé dans la nature. Il y a une différence de 100 fois entre la masse corporelle d'un Chihuahua (∼1 kg) et la masse corporelle d'un Dogue Allemand (∼100 kg) (Sutter et al., 2008). Cependant, nous avons constaté que la taille du cerveau du chien n'évoluait pas proportionnellement à la taille du corps du chien, comme l'indique un coefficient d'échelle relativement faible pour la relation entre la taille du cerveau et la masse corporelle. Pour apprécier cet effet, considérez les images adjacentes de teckel et de golden retriever de la figure 1UNE: le cerveau du teckel occupe la majeure partie de l'espace endocrânien disponible, tandis que le golden retriever présente des sinus sensiblement plus gros. Une analyse phylogénétique a révélé que les changements dans la taille relative du cerveau ne sont pas fondés sur la parenté et sont plus probablement le résultat d'une sélection sur des branches terminales spécifiques de l'arbre phylogénétique (c'est-à-dire des races individuelles).

Dans la recherche comparative sur la cognition animale, la taille totale du cerveau est souvent utilisée comme indice brut de la capacité cognitive. Plusieurs études antérieures ont étudié la relation entre la taille corporelle du chien et la cognition ou le comportement, avec des résultats apparemment contradictoires (Helton et Helton, 2010 Stone et al., 2016 cf. Broadway et al., 2017). De plus, une étude qui a utilisé une seule mesure d'échelle pour toutes les races a révélé que les chiens à plus gros cerveau (c'est-à-dire à plus gros corps) avaient de meilleurs résultats aux tests de la fonction exécutive (Horschler et al., 2019). Nous avons constaté que les chiens plus gros ont tendance à avoir un cerveau plus gros, mais que l'allométrie cerveau/corps entre les races est faible, ce qui indique une forte variabilité du rapport cerveau/corps entre les races (Fig. 2UNE). En outre, nous avons constaté qu'une quantité substantielle de variation dans la morphologie interne du cerveau du chien est liée à la taille totale du cerveau, ce qui suggère que les augmentations ou les diminutions évolutives du volume cérébral relatif peuvent être entraînées par des changements dans des groupes spécifiques de régions. De plus, nous avons constaté que ces réseaux différaient d'un groupe de race à l'autre. Par conséquent, les changements dans la taille relative du cerveau peuvent être liés à l'expansion ou à la contraction de réseaux spécifiques, entraînant potentiellement la présence ou l'absence de corrélations entre la taille corporelle et le comportement en fonction des races ou des comportements spécifiques étudiés.

Nous avons également constaté que la sélection pour une taille corporelle plus petite a considérablement influencé la morphologie interne de la cavité crânienne. Pour un indice céphalique donné, ou une forme extérieure du crâne, les chiens de plus petite taille ont un cerveau plus sphérique (Fig. 2B). Ceci est cohérent avec une analyse précédente liant le raccourcissement du crâne au tangage ventral du cerveau et du bulbe olfactif, résultant en un cerveau plus sphérique (Roberts et al., 2010). Nous avons évalué dans quelle mesure la morphologie interne et externe du crâne était liée aux réseaux morphométriques covariants que nous avons identifiés. Plus de réseaux ont montré une relation significative avec l'index neurocéphalique qu'avec l'index céphalique, suggérant que la variation de la morphologie cérébrale semble être plus liée à la morphologie interne de la cavité crânienne qu'à la morphologie craniofaciale externe, ce qui n'est peut-être pas surprenant. Our results indicate that skull morphology is linked to the underlying anatomy of specific, different networks of brain regions it is possible that this could underlie the reported associations between behavior and head shape (Gácsi et al., 2009 Helton, 2009 McGreevy et al., 2013). Not all networks showed a significant relationship with either cephalic index or neurocephalic index, indicating that variation in dog brain morphology is partially but not totally dependent on variation in skull morphology. Importantly, we cannot say from the current analyses whether variation in skull morphology drives variation in brain morphology, the reverse, or both.

In addition to these analyses of the gross external shape and size of the brain and skull, we also investigated internal brain organization. This was accomplished using source-based morphometry to identify maximally independent networks that explain the variation present in the dataset. We identified six such networks (Fig. 3). In the case of circuitry that is highly conserved across species, such as circuitry for reward and motivation or fear and anxiety, it is a safe bet that research on other species is a good indicator of the functional role of these systems in dogs. This cannot be assumed to be the case for circuits that involve higher-order cortical association areas. Particularly in the case of our network 4, it may be tempting to jump to conclusions about parallels with human cortical regions that are located in approximately the same location and are involved in similar tasks for example, the fusiform face area, Wernicke's area, or the mirror system. However, it is important to remember that primates and carnivores diverged further back in time than primates and rodents: humans are more closely related to mice than to dogs. Our last common ancestor with dogs likely had a fairly smooth, simple brain (Kaas, 2011), and higher-order cortical association areas, along with whatever complex perceptual and cognitive abilities they support, have evolved independently in dogs and humans. Therefore, we stress that the functional roles of these networks, and their relationship to selection on behavior in specific breeds, should at this point still be considered an open question.

Having identified these six networks, we then investigated their relationship to the dog phylogenetic tree. We found that the majority of changes that occur in these components take place in the tree's terminal branches (i.e., individual breeds). This suggests that brain evolution in domestic dog breeds follows a “late burst model,” with directional changes in brain organization being primarily lineage specific. We also assessed whether these networks were related to selective breeding, as evidenced by the ostensible behavioral specialization(s) of each breed as noted by the AKC. In all six of the regionally covarying networks that we found, significant correlations were found with at least one behavioral specialization. Associations between brain networks and related behavioral specializations are apparent. For example, network 2, which involves regions that support higher-order olfactory processing, shows a significant correlation with scent hunting, whereas network 3, which involves regions that support movement, eye movement, and spatial navigation, shows a significant correlation with sight hunting. These findings strongly suggest that humans have altered the brains of different breeds of dogs in different ways through selective breeding.

It is important to note that the current study was performed on opportunistically acquired data. The dataset included different numbers of dogs from different breeds, and some breeds are not represented at all. We used permutation testing for statistical hypothesis testing, which is a nonparametric approach appropriate for differing group sizes, but it is still possible that different patterns of variation may have been obtained with a different sample makeup. Nonetheless, we expect the basic finding that this variation exists would remain.

Additionally, it should be noted that as dogs are increasingly bred to be house pets rather than working animals, selection on behavior is relaxing significant behavioral differences have been found between working, show, and pet animals within a breed (Lofgren et al., 2014). To our knowledge, the dogs in the current study were all house pets. Therefore, the findings reported here should be taken as representative of the innate breed-typical adaptations to brain organization that emerge without the input of specific experience and may actually reflect relaxed or reduced versions of these adaptations. This might be akin to studying language circuitry in a lineage of language-deprived humans: humans almost certainly have some specialized “hard-wired” adaptations to this circuitry, but experience is required for the anatomical phenotype to fully emerge, and indeed it is difficult to consider language-related neural adaptations divorced from the context of language exposure and learning. Thus, future studies on purpose-bred dogs that are actively performing the tasks for which they are presumably adapted might expect to find additional or more pronounced neuroanatomical effects than we observed here.

These findings have relevance to both basic and applied science. First and foremost, our findings introduce neural variation in domestic dog breeds as a novel opportunity for studying the evolution of brain–behavior relationships. Dogs represent a “natural experiment” in behavioral selection that has been ongoing for thousands of years it seems remarkable that attempts to observe the neurological results of this experiment have so far been fairly minimal. Our findings also have implications for the current proliferation of fMRI studies in pet dogs, which nearly always group together dogs of varying breeds. The current study suggests that this approach might not be ideal because there may be evolved breed differences in, for example, functional responses to stimuli or anatomical distribution of receptors. Consistent with this possibility, one study has already found that border collies and Siberian huskies respond significantly differently to intranasal oxytocin (Kovács et al., 2016). Additionally, on a practical level, our findings open the door to brain-based assessment of the utility of different dogs for different tasks. It might be possible, for example, to identify neural features that are linked to different breeds' specializations for specific behaviors, and to selectively breed or train dogs for enhanced expression of those neural features. Finally, on a philosophical level, these results tell us something fundamental about our own place in the larger animal kingdom: we have been systematically shaping the brains of another species.


Dog DNA Diversity Helps Show How Genes Work

Dogs are possibly the most varied-looking mammal species on the planet. It's this diversity of looks that make man's best friend the perfect laboratory for connecting sets of genes to particular traits and understanding the molecular mechanisms that govern variation in dogs as well as humans and other mammals.

The genome of the domesticated dog (Canis familiaris) was first sequenced in 2005. The more than 300 dog breeds that exist in the world (170 of which are recognized by the American Kennel Club) developed first through domestication of the gray wolf and then by human breeding. Breeding caused most of the enormous range in size, shape and behavior seen in dog breeds today, and this variety provides scientists with ample opportunity to compare genes between breeds and match them to the traits they influence.

"Study of variation in the dog species, with its breeding structure, helps us home in on the genomic factors for traits shared across species, including analogs for diseases that occur in the human population," said Elaine Ostrander of the National Human Genome Research Institute, who wrote an article describing what scientists have learned so far from the dog genome in the March 2 issue of the journal PLoS Biology.

A key connection between genes and traits was reported in 2007: Scientists discovered a link between the so-called IGF1 gene and the small body size of some dogs. Before this finding, scientists didn't know whether small dog size was primarily controlled by one gene or a whole set of genes, Ostrander said. A recent genetic study took this finding one step further and found that small dogs likely arose in the Middle East.

Genes in the canine genome have also been linked to the short legs of some breeds, such as dachshunds, as well as variation in the color and texture of a dog's coat. Another recent study linked sets of genes in 10 different dog breeds to traits of those breeds, such as the wrinkly skin of Shar-Peis.

Some of Ostrander's own work has found, based on their genetics, breeds can be divided into five main groups that descended from the same ancestors: Asian and ancient dogs hunting and gun mastiff and terrier herding and sight hound and mountain.

Having breeds that are selected for specific traits helps this research because scientists known what breeds to look at when trying to find the genetic underpinning of a particular trait. For instance, to find the genes responsible for stubby legs, they might look at the dachshund dog breed.

While the research to date on doggie DNA has started to tease out how genes work in humans and other mammals, there is still considerable information to be learned about genetics and natural selection from dogs.

After pinning down some of the physical traits of dogs, scientists hope to start looking at behaviors, which are also often specific to certain breeds, and finding some of the molecular mechanisms that influence them, Ostrander told LiveScience. Understanding what genes and molecular pathways influence behaviors in dogs can also shed light on how these systems work in humans.

One example of such research was a study done on narcolepsy in Doberman Pinschers. While the condition is rare in both dogs and humans, sleep disorders in general are very common in people, and studying the genetic and molecular basis for the disorder in Dobermans could help shed light on the molecular biology of sleep, Ostrander said.

Dogs also offer a way to understand the genetics of human diseases, such as cancer and epilepsy, because the analogs of those diseases in dogs tend to be related to the same groups or families of diseases that are implicated in their human counterparts.

By looking at the dog genome, scientists also hope to find out whether or not dogs are unique in producing so many new, non-lethal mutations in their DNA for breeders to select and embellish into the "stunningly dramatic differences between dog breeds" that we see today, Ostrander said.


Time and centre of the origin of the domestic dog

Hypotheses related to the geographic and temporal origin of the domestic dog are reminiscent of studies related to human origins. One of the more practical obstacles that must be overcome relates to the conflicts between estimates of time since divergence based on archaeology and those derived from a molecular clock. Based on a calibration point between wolf and coyote and a mitochondrial molecular clock, time since divergence between the wolf and domestic dog was estimated to be between76, 000 and 135,000 years ago [11], which is considerably higher than the 13,000 to 17,000 years ago based on archaeological evidence [27]. This discrepancy is not resolved by more recent interpretations of molecular data and, in many cases, the basis for a reassessment of molecular data is not clear. For instance, Gray et al. [20] indicated that small dogs originated about 12,000 years ago, yet they fail to indicate how they had arrived at this date. It appears that their argument is based primarily on archaeological evidence that reveals the first appearance of a small dog phenotype in the Middle East. Nevertheless, older dates for the origin of dogs have been reported and one must question a date based on archaeology alone, especially since information from archaeology has been used to support several different centres of origin for the domestic dog. Pang et al. [19] also suggested that the domestic dog originated less than 16,300 years ago, but details for the molecular calibrations are lacking. As a result of conflicts between dates derived from molecular and archeological data, it appears that most recent molecular studies embrace data provided by archaeological evidence. The discrepancy seen between divergence times derived from fossil materials and molecules is not unique to dog origins. Part of the incongruence relates to the inherent error associated with any estimates of time since divergence for recent divergences among lineages, especially when the origin of such lineages is complicated by the possibility of multiple origins from an ancestral stock and admixture [17].

Issues related to estimates for the centre of origin for the domestic dog are still complicated and, again, it relates to how one interprets the archaeological and molecular data. As reviewed by Verginelli et al. [23], some of the earliest fossils identified as dog occur between 12,000 and 17,000 years ago in Europe and the Middle East, and there is some evidence for Eastern European wolf populations contributing to the origin of the domestic dog. In contrast, based on higher levels of mtDNA variation in dogs from East Asia and the general phylogeographic partitioning of that variation, Savolainen et al. [28] argue for a single East Asian origin of the domestic dog and this conclusion appears congruent with some archaeological evidence [29].

The problem with this particular study, however, relates to the small number of wolf samples examined relative to dogs. Given the diversity in wolf populations distributed worldwide, one would think that a large number of individuals and populations of the ancestral species should be examined. The arguments by Gray et al. [20] for the origin of small-sized dogs in the Middle East are based on the similarity between wolves from the Middle East and small dogs. Nevertheless, from a phylogenetic standpoint, support for this hypothesis is tenuous, given the small bootstrap values. As an alternative, one might argue that the two shared traits associated with small size in dogs may reflect convergence as a result of artificial selection for size rather than divergence from a single common ancestor in the Middle East.


The genetic basis of size in pet dogs: The study of quantitative genetic variation in an undergraduate laboratory practical

The teaching of quantitative genetic variation in the undergraduate laboratory practical environment can be difficult as, for quantitative phenotypes that are under the control of multiple loci, detection of phenotypic differences caused by individual variants is problematical without large samples, impractical in such classes. Pet dogs provide a clear example of quantitative genetic variation with individual breeds ranging in size from 1 to 70 kg weight yet with little intrabreed variability. In contrast to humans where there are few identified genetic variants known to be involved in the genetically controlled size phenotype, in dogs, seven single nucleotide polymorphisms (SNPs) in six genes have been demonstrated to explain half of the phenotypic variance. In the practical described here, a single G-A SNP (within intron 2 of the insulin-like growth factor 1 gene) is studied through PCR, sequencing, and bioinformatics. Average breed weight of dogs of different genotypes at this SNP show significant differences in size (median [IQR] of AA = 10 kg [6–15 kg], AG = 23.75 kg [14–30 kg], GG = 30 kg [24.5–37 kg] from our class data) with an estimate of just ≈N = 16 dogs needing to be genotyped to demonstrate a significant difference in size between dogs harboring the two homozygous genotypes. In the practical described herein, from a single laboratory and a single computer session, students are able to see the clear effect of genotype on a quantitative trait. Examination of the variant in the Ensembl browser (www.ensembl.org) allows students to understand the genomic basis of this variant and appreciate the wealth of data and information publicly available in genome browsers. © 2018 International Union of Biochemistry and Molecular Biology, 46(6):623–629, 2018.

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Science

Vol 326, Issue 5949
02 October 2009

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By Edouard Cadieu , Mark W. Neff , Pascale Quignon , Kari Walsh , Kevin Chase , Heidi G. Parker , Bridgett M. VonHoldt , Alison Rhue , Adam Boyko , Alexandra Byers , Aaron Wong , Dana S. Mosher , Abdel G. Elkahloun , Tyrone C. Spady , Catherine André , K. Gordon Lark , Michelle Cargill , Carlos D. Bustamante , Robert K. Wayne , Elaine A. Ostrander

Science 02 Oct 2009 : 150-153

Huge variations in the coats of purebred dogs can be explained by the combinatorial effects of only three genes.



Commentaires:

  1. Veniamin

    Certainement. Je suis d'accord avec dit tout ci-dessus. Discutons de cette question. Ici ou dans PM.

  2. Dennis

    des analogues existent?

  3. Kazill

    Je vous suggère d'essayer de regarder dans google.com, et vous y trouverez toutes les réponses.

  4. Bevis

    C'est dommage, que je ne puisse pas participer à la discussion maintenant. Il n'y a pas assez d'informations. Mais ce thème m'intéresse beaucoup.

  5. Jordan

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