狗的後基因體時代
狗在人類社會中地位特殊。人類最好的朋友不只是珍貴的狩獵伙伴、警衛和牧者,全世界將近四億的狗中有許多是人類的寵物。狗是人類最早帶進家庭的動物,距今一萬五千年前就有人養狗。它們源於一個單一且同質性頗高的物種──狼。儘管如此,現代狗卻呈現出驚人多樣的特徵變化(或顯型)。數百年來人類悉心為狗類配種,已經為遺傳學者創造了可用來探索人類遺傳疾病的夢幻基因模型。
狗的野生祖先灰狼屬於一個很大的哺乳類動物家族──食肉目。家族成員包括貓、熊和海豹。距今約四千萬年前,地球出現了一種類似狗的食肉動物(犬科)。一千五百萬年前,牠們又分化為狐狸、狼、胡狼等動物。根據物種親緣的演化分析,我們發現北美土狼是現存動物中,與灰狼血緣關係最近的親戚(這兩種動物在一兩百萬年前有共同的始祖)。
若根據親疏遠近排列,北美土狼之後依序是黃金狐狼、衣索比亞狼、豺與非洲野狗。阿拉斯加與拉丁美洲保存的遠古狗類遺骸顯示,美洲原生狗其實是來自舊大陸(歐、亞、非)人類飼養的狗。這些家犬曾伴隨更新世(Pleistocene)晚期的人類渡過白令海峽。這表示牠們至少在一萬五千年前,也許從東南亞地區開始,就已經是人類家庭的一份子。
選擇演化
因為人類當初刻意選擇具有某些特徵的野生狗交配,於是產生了現代的狗種。這是選擇演化(evolution by selection)的最佳範例。狗的形狀、大小、行為和生理構造各異,狗也因此成為學者眼中一種獨特的基因模型。每一個純種狗種都是由近親交配產生的獨立遺傳族群。牠們簡化的基因結構與他們的身體結構特徵彼此對應。
已知的人犬共通遺傳疾病達數百種,許多病症只存在單一或少數狗種之間。舉例而言,杜賓犬比較容易得嗜眠病,德國牧羊犬則易患一種獨特的遺傳性腎癌。這些狗類疾病的致病基因已經為人所知。
許多狗種都可能得到的遺傳疾病包括失明、過敏與癲癇。把狗當作研究人類遺傳疾病的參考模型,不僅可以找出致病基因,有助於發展治療方法,也能讓我們更瞭解致病的基因突變。最近的研究也顯示,延展基因序列或是嵌入重複的基因段落,會讓人和狗生病。
基因定序
狗類多樣性史無前例,我們必須深究其遺傳基礎及演化進程,才能使狗類遺傳模型成為解開人類疾病謎團的關鍵。狗類基因體序列草圖,品質上乘,正是此類研究的絕佳起點。
林托(Kerstin Lindblad-Toh)領導的哈佛大學與麻省理工學院研究團隊,商請狗類育種協會與獸醫學院建議適合作基因體定序的單一狗種。他們想找出一個有高度近親交配歷史的狗種。若此狗種的基因同質性很高,當研究人員把百萬個基因序列段落結合成一個基因體序列時,拼湊狗類基因拼圖的巨大工程將輕省許多。在試驗了一些狗的遺傳標記之後,他們決定用一隻名為塔莎(Tasha)的母拳師狗來作基因定序。因此,現在得到的序列中並沒有Y染色體。
塔莎的基因序列橫跨二十四億個鹼基對,估計大約涵蓋了百分之九十九的犬科動物基因體(剔除了高度重複的區塊)。雖然狗有三十九對染色體(人類有二十三對),牠們的基因體比人類的基因體少五億個鹼基對。
這個差異是因為在狗的族系中,基因段落重複較少。另外一個原因則是狗類少了某些當初哺乳類共同史祖擁有的序列。狗的基因也許比人少,但是對基因體研究而言,實際數量可能無關宏旨,真正的難題在於識別整個基因體的所有基因。
遺傳變異
塔莎並不是第一個狗類基因體定序計畫。研究人員曾為一隻公的貴賓狗作基因定序(涵蓋的序列範圍較小),縱然其中有不少未能辨明的序列段落缺口,基因體的辨識程度已達百分之七十五。若將貴賓狗與拳師狗的基因體相比較,貴賓狗的基因序列是找出狗類遺傳變異(即SNPs, single nucleotide polymorphisms 單一核酸多型性)的好工具。
資料來源: 知識通訊評論半月刊029.30 2006.02.01
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