Genètica: Jocelyn Plassais, actualment investigador postdoctoral de l’Inserm i de la Université Rennes 1, fa recerca sobre els mecanismes moleculars de trets morfològics i de malalties genètiques en el cos, especialment sobre el paper que tenen els ARNs llargs no-codificants (lncRNAs). Al costat d’Elaine A. Ostrander, del Cancer Genetics and Comparative Genomics Branch del National Human Genome Research Institute de Bethesda, ha investigat el paper que juga un d’aquests lncRNAs en la regulació de la mida corporal de les races de gossos i, per extensió, dels cànids salvatges. Plassais i Ostrander són els autors corresponsals d’un article, aparegut aquesta setmana a Current Biology, en la que exposen la selecció natural i artificial experimentada per aquesta variant en cànids antics i moderns. Es tracta d’una variant ancestral del locus IGF1, un factor de creixement que regula la mida corporal de gossos antics i moderns. Variants al·lèliques d’IGF1 s’associen amb la mida corporal de gossos, llops i coiots. L’al·lel d’IGF1 associat a una mida gran aparegué en el llop fa més de 53.000 anys. A banda de la selecció natural, la selecció artificial humana sobre l’IFG1 ha tingut un paper central en el desenvolupament de races de petita mida. La recerca de Plassais et al. s’ha realitzat a través d’un catàleg de milers de genomes de cànids antics i moderns, centrat en variants genètiques que haguessin passat de gossos antics a gossos moderns.
Les races més grosses de gos poden fer quaranta vegades la massa de les races més petites. Aquesta diferència és la més gran que podem trobar entre adults d’una espècie de mamífer.
La variabilitat de mida del gos
Els gossos domèstics, classificats com una subespècie de llop (Canis lupus familiaris), són l’espècie de mamífer de mida més variable. Les races més grosses tenen una mida quaranta vegades superior a les races més petites. Ja en el registre arqueològic trobem indicis d’aquesta variabilitat, però tot sembla indicar que la variabilitat de mida de les races actuals de gossos és el resultat de la selecció de criadors en els darrers 200 anys. Aquesta selecció s’ha fet a consciència, en poblacions tancades destinades a la cria i seleccionades d’acord amb fenotips extrems.
Estudis anteriors, considerant més de 200 races domèstiques de gos, han identificat una vintena de gens que participen en la part heretable de la mida corporal. Són gens que regulen el processament de la insulina, el metabolisme dels àcids grassos, la senyalització per TGFβ (un factor de creixement) i la formació de l’esquelet. Al capdavall, la mida corporal és el resultat de factors hormonals i metabòlics.
D’aquesta vintena de gens, el primer de la llista és el del factor de creixement de tipus insulínic (IGF1). L’IGF1 és responsable de vora el 15% de la variació de mida corporal entre races de gossos.
Una qüestió pendent d’aquesta línia de recerca és la identificació d’al·lels d’IGF1 que siguin funcionalment associats amb la mida corporal. Per afrontar-la, Plassais et al. analitzaren 1431 seqüències genòmiques de 13 espècies de cànids, antics i moderns. La dimensió temporal permet reconstruir la història evolutiva d’al·lels ancestrals i derivats d’IGF1.
Plassais et al. identificaren una variant única amb un ARN llarg no-codificiant (IGF1-AS), que interactua amb el gen IGF1 generant un dúplex. Aquest al·lel derivat predomina en el llop gris modern, i també en les races domèstiques grosses. L’al·lel ancestral, que no forma aquest dúplex, és el predominant en els cànids salvatges més petits i en els gossos domèstics de mida petita. La formació del dúplex contribueix, doncs, a una mida corporal grossa. L’al·lel derivat hauria sorgit fa 50.000 anys i aconseguí imposar-se en els llops pleistocènics que donaren lloc als gossos domèstics. Però com que l’al·lel ancestral no s’arribà a extingir, pogué ressorgir com a conseqüència de la selecció artificial favorable a gossos de mida petita.
La metodologia
Plassais i Ostrander desenvoluparen i planificaren la recerca i redactaren l’article. Plassais realitzà els experiments, les anàlisis de dades i les figures. Les anàlisis estatístiques foren realitzades per Bridgett M. vonHoldt, Heidi G. Parker, Alberto Carmagnini, Nicolas Dubos, Thomas Derrien, Lauren M. Hennelly, Mikhail V. Sablin, Mietje Germonpre i Laurent Frantz. VonHoldt, Parker, Ilenia Papa, Kevin Bevant, Hennelly, D. Thad Whitaker, Alex C. Harris, Andrew N. Hogan, Heather J. Huson, Victor F. Zaibert, Anna Linderholm, James Haile, Thierry Fest, Bilal Habib, Benjamin N. Sacks, Norbert Benecke, Alan K. Outram, Sablin, Germonpre, Greger Larson i Frantz contribuïren a l’adquisició de mostres i dades.
Els autors agraeixen al University of Washington Burke Museum, Museum of Vertebrate Zoology, California Academy of Science, Museum of Southwestern Biology, Denver Museum of Nature and Science, Sam Noble Oklahoma Museum of Natural History, Museum of Comparative Zoology, i a la Princeton University accedir a la col·lecció de mesures de massa corporal de coiots. També tenen agraïment al CaniDNA biobank, a les mostres antigues de ZIN RAS i al Dog10K Consortium.
Plassais et al. analitzaren 1.431 genomes corresponents a 13 espècies diferents. Entre aquests genomes hi havia canins antics, races modernes de gos i cànids salvatges actuals. D’aquesta anàlisi derivà un catàleg de 1.297 genomes de gossos moderns, corresponents a 230 races domèstiques (1.156 gossos domèstics), amb l’afegit de 140 gossos feréstecs d’arreu del món i 1 dingo. En aquests 1.297 genomes identifiquen 64,92 milions de variants bial·lèliques (mutacions puntuals o petites delecions).
Amb dades de fins a quatre individus (dos mascles i dos femelles) per cadascuna de 179 races de gossos (456 individus en total), Plassais et al. calculen l’associació amb la mida corporal del locus que envolta el gen IGF1 en el cromosoma 15 (la regió 41.20-41.27 Mb de CFA15 en Canfam 3.1).
SNP rs22397284
Les 10 variants més associades mostren un alt grau de desequilibri de lligament, vinculat principalment a deu gossos de tres races no-europees (4 chow chows, 2 afganesos i 4 mastins tibetans). Entre aquests variants hi ha un polimorfisme mononucleotídic (SNP) intrònic (rs22437444) i el SNP rs22397284. L’SNP rs22397284 resultava d’especial interès pel fet d’ésser polimòrfic en cànids salvatges. De fet és la variant del locus IGF1 que mostra l’associació més significativa amb la massa corporal en cànids salvatges.
El 75% dels gossos domèstics que són homozigots per a l’al·lel C de rs22397284 pertanyen a races de menys de 15 kg de massa corporal. Per contra, el 75% dels que són homozigots per a l’al·lel T pertanyen a races de més 25 kg de massa corporal. Resultats semblants es troben en 144 variants de caniches o púdels de mida diferent, i en 138 de schnauzers. Els schnauzers gegants són sis vegades més grans que els schnauzers de miniatura en part gràcies a aquesta variant. Així doncs, els caniches i schnauzers de miniatura són en gran mesura homozigots per a l’al·lel C (amb una freqüència al·lèlica de més del 95%), mentre que en els schnazuers gegants l’al·lel T es troba fixat. En els púdels de mida estàndard, les freqüències al·lèliques de T i C són semblants.
Sobre una base de dades de 51 gossos (incloent-hi 13 de raça mixta) dels quals es coneix la mida corporal exacta i el nivell sèric d’IGF-1, Plassais et al. seqüencien la variant referida. Troben relacions significatives entre genotip, massa corporal i nivell sèric d’IGF-1, i una correlació directa entre la massa corporal i el nivell sèric d’IGF-1.
L’SNP rs22397284 es localitza en el darrer exon d’una seqüència que estructuralment es correspondria a un lncRNA de 1204 parells de nucleòtids. Aquesta seqüència es traduiria a un ARN anti-sentit respecte de l’ARN missatger del gen IGF1, i d’aquí el nom que li donen Plassais et al. de IGF1-AS. IGF1-AS seria una mecanisme regulador de la producció d’IGF-1. La presència d’una citosina (C) en la posició rs22397284 condueix a una subexpressió d’IGF-1 i la presència d’una timidina (T) a una sobreexpressió d’IGF-1: per això Plassais et al. s’hi refereixen, respectivament, com a “al·lel petit” i “al·lel gros” d’IGF1-AS.
La història de la variant d’IGF1-AS
Plassais et al. estenen l’anàlisi a 33 genomes de gossos antics publicats en la literatura (amb antiguitats d’entre 10.930 i 100 anys). Com es tracta d’ADN antic, apliquen una metodologia que tingui en compte possibles alteracions de la seqüència. En un gos siberià de trineu de fa 9500 anys troben els dos al·lels en heterozigosi. En el 50% dels genomes antics analitzats, l’al·lel petit (C) es troba en homozigosi, i en el 32% és l’al·lel gros (T) qui es troba en homozigosi. Així doncs, aquest polimorfisme (o bimorfisme) s’hauria mantingut des d’un mínim de 9500 anys. Val a dir que es tracta d’una transició que pot revertir-se i reaparèixer múltiples vegades en un mateix llinatge.
En els espècimens de gossos antics on ha estat possible estimar la massa corporal, Plassais et al. troben una correlació entre els al·lels referits i la massa corporal. Per exemple, el gos de trineu siberià de 9500 anys d’antiguitat (heterozigot CT) tindria una massa corporal de 24,8 kg a jutjar per la mida de la mandíbula. Tres gossos israelians de fa 2300 anys (homozigot CC) pesarien uns 14,6 kg. Un gos gros de Terranova de fa 4000 anys és homozigot TT.
La freqüència de l’al·lel gros (T) és més elevat en els gossos antics de latituds septentrionals (més enllà del paral·lel 55N, la freqüència és del 75%) que en meridionals (més al sud del paral·lel 45N, la freqüència és del 21%). Això concorda amb l’anomenada norma de Bergmann, segons la qual les poblacions i espècies de mida petita viuen en climes relativament més càlids que les poblacions i espècies grosses.
La variant IGF1-AS en el llop gris
Plassais et al. analitzen dades genòmiques de 68 llops grisos moderns i 9 llops grisos antics. Hi afegeixen també el genotipat de 46 llops grisos moderns. La variant també segrega en el llop gris. La freqüència de l’al·lel petit (C) arriba al 16% en els llops antics, i és present en un llop siberià de fa 53.000 anys (heterozigot CT).
Un llop pleistocènic de 16.500 anys d’antiguitat és homozigot per a l’al·lel gros (TT) i tindria una massa corporal estimada de 39,6 kg. El llop heterozigot de fa 52.500 anys tindria una massa corporal de 21,8 kg. Un altre llop heterozigot, de 16.900 anys d’antiguitat, tindria una massa de 38,1 kg.
La norma de Bergman sembla complir-se en els llops: la freqüència de l’al·lel petit (C) és superior en els llops de mida petita (25 kg) de latituds inferiors (Orient Mitjà i Àsia) respecte de la freqüència en els llops més grossos (40 kg) de latituds superiors (Amèrica del Nord, Europa o Sibèria).
La variant IGF1-AS en altres cànids
Plassais et al. incorporen a l’anàlisi 24 genomes addicionals d’11 espècies de cànids (4 coiots, 2 llops rojos, 5 llops daurats africans, 1 llop etíop, 3 gossos salvatges africans, 3 xacals daurats, 1 xacal d’esquena negra, 1 xacal bandejat, 2 dhols, 1 guineu grisa i 1 guineu andina), amb mides corporals que van dels 5 als 35 kg. La freqüència de l’al·lel petit en aquests genomes creix en latituds moderades i en temperatures ambientals més altes. Tots aquests cànids, excepte els 2 llops rojos, són homozigots per a l’al·lel petit (C), la qual cosa indicaria que aquest és l’al·lel ancestral.
En ampliar l’anàlisi a altres carnívors, Plassais et al. refermen l’opció que l’al·lel C és l’ancestral. La seqüència d’exons d’IGF1-AS té un grau de conservació del 60%-70% entre els grups de mamífers més afins als cànids. L’al·lel C és present en fures, pandes i gats.
La mida corporal del coiot a Amèrica del Nord varia des de les poblacions més petites de 9 kg de la costa oest fins a les poblacions més grosses de 16 kg de la costa est. Emprant dades de 79 coiots dels Estats Units, Plassais et al. troben una alta freqüència (93%) de l’al·lel petit en els coiots de l’oest, en contrast amb els de la costa est (freqüència del 47%). És possible que aquesta darrera freqüència al·lèlica sigui deguda a les hibridacions dels coiots amb llops.
En 28 coiots de l’estat de Pennsylvania hi ha una correlació entre la variant IGF1-AS i la massa corporal individual.
El rol de l’IGF1-AS en la regulació del creixement
La seqüència del darrer exó d’IGF1-AS se superposa a la del tercer exó del gen IGF1. L’SNP rs22397284 es troba a uns 200 nucleòtids més enllà del darrer nucleòtid comú entre IGF1 i IGF1-AS.
Entre l’ARNm d’IGF1 i l’ARNlnc d’IGF1-AS es formaria un dúplex de 182 parells de nucleòtids. Que a rs22397284 hi hagi una C o una T no afecta els nivells d’expressió ni del lncRNA d’IGF1-AS ni els de l’mRNA d’IGF1. Plassais et al. consideren que caldria investigar si l’al·lel C participa en el mecanisme regulador de la traducció de l’ARNm d’IGF1 que motiva la davallada d’expressió d’aquest factor de creixement. O, el que vindria a ser el mateix, si l’al·lel T interfereix en aquesta regulació i motiva una expressió superior d’IGF1 i la consegüent tendència a una mida corporal superior.
L’al·lel T hauria aparegut en els llops, com a mínim fa 53.000 anys. Les condicions del període glacial haurien comportat una selecció natural favorable d’aquest al·lel, en promoure una mida corporal superior. L’al·lel s’hauria arribat a fixar en les latituds més septentrionals.
Una pressió selectiva semblant en favor de l’al·lel T s’hauria verificat en els gossos domèstics del nord d’Euràsia. Però en els gossos del sud d’Euràsia, aquesta posició mantingué el bimorfisme, i això forní un element per a la selecció artificial per part dels criadors en la consecució de races de gossos de diferent mida.
Lligams:
- Natural and human-driven selection of a single noncoding body size variant in ancient and modern canids. Jocelyn Plassais, Bridgett M. vonHoldt, Heidi G. Parker, Alberto Carmagnini, Nicolas Dubos, Ilenia Papa, Kevin Bevant, Thomas Derrien, Lauren M. Hennelly, D. Thad Whitaker, Alex C. Harris, Andrew N. Hogan, Heather J. Huson, Victor F. Zaibert, Anna Linderholm, James Haile, Thierry Fest, Bilal Habib, Benjamin N. Sacks, Norbert Benecke, Alan K. Outram, Mikhail V. Sablin, Mietje Germonpre, Greger Larson, Laurent Frantz, Elaine A. Ostrander. Current Biology 32: 1-9 (2022).
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada