ปัจจัยทางพันธุกรรมที่มีบทบาทสำคัญในการกำหนดขนาดร่างกายของสุนัขอยู่ที่ประมาณหลายพันปีก่อนที่จะมีการเลี้ยงสัตว์
เมื่อมองไปที่เฟรนช์ บูลด็อกหรือปอมเมอ เรเนียนที่ร่าเริง อาจเป็นเรื่องยากที่จะเข้าใจว่าสุนัขขนาดเท่าไพน์เหล่านี้อาจสืบเชื้อสายมาจากหมาป่า ซึ่งปัจจุบันมีน้ำหนักเกิน 100 ปอนด์เป็นประจำและสามารถโค่นกระทิงได้
ด้วยขนาดที่ต่างกันมากระหว่างหมาป่ากับสุนัขตัวที่เล็กที่สุด จึงเป็นเรื่องง่ายที่จะสรุปว่าการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมที่นำมาซึ่งความเล็กสูงสุดของชิวาวา และลักษณะคล้ายคลึงของพวกมันก็ปรากฏขึ้นเมื่อมนุษย์เริ่มเลี้ยงสุนัขเมื่อประมาณ 15,000 ปีก่อนเท่านั้น
งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวันนี้ในCurrent Biologyชี้ว่า พันธุกรรมของสุนัขสายพันธุ์เล็กในปัจจุบันกลับแฝงตัวอยู่ใน DNA ของหมาป่าโบราณที่มีชีวิตอยู่เมื่อกว่า 50,000 ปีก่อน นานก่อนที่การเลี้ยงจะเริ่มขึ้น
ย้อนกลับไปในปี 2550 Elaine Ostrander นักพันธุศาสตร์จาก National Human Genome Research Institute และผู้เขียนอาวุโสของรายงานฉบับปัจจุบัน และเพื่อนร่วมงานของเธอได้ค้นพบว่ายีนตัวเดียวมีส่วนสำคัญต่อความแตกต่างของขนาดระหว่างสายพันธุ์สุนัข รหัสยีนที่เป็นปัญหาสำหรับโปรตีนที่เรียกว่าInsulin-like growth factor-1 (IGF-1)
โปรตีน IGF-1 เป็นเรื่องใหญ่เมื่อพูดถึงขนาดร่างกายในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและสายพันธุ์สุนัขเป็นตัวอย่างที่ชัดเจนโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ตัวอย่างเช่น ทอยพุดเดิ้ลมีโปรตีน IGF-1 ที่ลอยอยู่ในเลือดน้อยกว่าพุดเดิ้ลมาตรฐานขนาดใหญ่กว่ามาก ในด้านความสมดุล ยีนที่กำหนดรหัสโปรตีน IGF-1 จะควบคุมการแปรผันของขนาดประมาณ 15 เปอร์เซ็นต์ในสุนัข ในขณะที่ยีนอื่นอีก 19 ยีนมีสัดส่วนสำหรับส่วนที่เหลือ ในทางตรงกันข้าม มีเครื่องหมายดีเอ็นเอประมาณ 10,000 ตัวในมนุษย์ ซึ่งล้วนมีบทบาทในการกำหนดความสูงของบุคคล โดยยีนเดี่ยวที่ทรงอิทธิพลที่สุดมีสัดส่วนน้อยกว่าครึ่งเปอร์เซ็นต์
แต่จนถึงขณะนี้ นักวิจัยไม่สามารถค้นหาการกลายพันธุ์หรือการเปลี่ยนแปลงในลำดับดีเอ็นเอของยีน ที่บริเวณยีน IGF-1 ที่นำไปสู่โปรตีนที่ส่งเสริมการเจริญเติบโตน้อยลงในสุนัขตัวเล็ก กว่าทศวรรษต่อมา และด้วยความช่วยเหลือของการวิเคราะห์จีโนมสมัยใหม่ ภายหลังแพทย์ในห้องทดลองของ Ostrander ชื่อ Jocelyn Plassais ได้ใช้มาตรการล็อกดาวน์ Covid-19 ครั้งแรกในฤดูร้อนปี 2020 เพื่อดูขอบเขตยีน IGF-1 ในสุนัข ด้วยวิธีการนอกรีต: เขาเริ่มอ่านรหัสพันธุกรรมบางส่วนย้อนหลัง
การสืบพันธุศาสตร์นี้กระทบกับยีนบางยีนที่ถูกคัดลอกไปยังสิ่งที่เรียกว่า RNA ที่ไม่มีการเข้ารหัสแบบยาว ซึ่งตั้งชื่ออย่างนั้นเพราะมันไม่ได้เข้ารหัสโปรตีนใดๆ ทีมงานพบว่ามียีนสองรุ่นหรือหลายสายพันธุ์ที่เข้ารหัส RNA สายนี้ในสุนัขบ้าน ซึ่งหนึ่งในนั้นดูเหมือนจะรบกวนการผลิตโปรตีน IGF-1 ที่ควบคุมการเจริญเติบโต เนื่องจากสุนัขได้รับโครโมโซม 39 ชุดจากพ่อแม่แต่ละคน พวกเขาจึงสามารถลงเอยด้วยตัวแปรเดียวกันสองชุดหรืออย่างละชุด
จากนั้นนักวิจัยได้ค้นหาตัวแปรย้อนกลับของยีน IGF-1 ในจีโนม canid 1,431 ที่ส่าย จีโนมทั้งหมด 1,156 ตัวมาจากสุนัขสมัยใหม่ ( Canis Familiaris ) ซึ่งเป็นสายพันธุ์เดียวที่ประกอบด้วย 230 สายพันธุ์ที่จัดตั้งขึ้น สุนัขพื้นเมืองและหมู่บ้าน 140 ตัว และ dingo หนึ่งตัว (ซึ่งโดยทั่วไปถือว่าเป็นสุนัขประเภทหนึ่ง แต่บางคนโต้แย้งว่าเป็น ชนิดพันธุ์ป่าของตัวเอง) นอกจากสุนัขเหล่านี้แล้ว การศึกษายังได้ตรวจสอบจีโนมของสุนัขป่า 13 สายพันธุ์จากทั่วโลก รวมถึงสุนัขและหมาป่าโบราณอีก 35 ตัว
Ostrander กล่าวว่าตัวแปรหรืออัลลีลที่ระบุใหม่ “จัดขึ้นอย่างสวยงามในสุนัข” ในบรรดาสุนัขบ้าน 75 เปอร์เซ็นต์ของสุนัขที่มีน้ำหนักต่ำกว่า 30 ปอนด์มียีน IGF-1 สองชุดที่นักวิจัยเรียกว่า C allele และ 75 เปอร์เซ็นต์ของสุนัขที่มีน้ำหนักมากกว่าประมาณ 50 ปอนด์มี T allele สองชุด ความสัมพันธ์เหล่านี้แข็งแกร่งมากจน Ostrander และผู้เขียนร่วมของเธอละทิ้งชื่อเล่น C และ T และเริ่มพูดถึงตัวแปรต่างๆ ว่าเป็นอัลลีลขนาดเล็กและขนาดใหญ่
ในสุนัขป่า หมาป่ามักจะมีอัลลีลขนาดใหญ่สองสำเนาโดยมีข้อยกเว้นบางประการ ในขณะที่สายพันธุ์ที่ไม่ใช่หมาป่ารวมถึงสุนัขจิ้งจอก หมาจิ้งจอก และสุนัขล่าสัตว์แอฟริกันล้วนมีอัลลีลขนาดเล็กสองสำเนา โคโยตี้ตกอยู่ในกลุ่มที่ไม่ใช่หมาป่าเช่นกัน แต่พวกมันแสดงความหลากหลายมากขึ้นเนื่องจากในบางส่วนของโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฝั่งตะวันออกของสหรัฐอเมริกา บางครั้งพวกมันผสมพันธุ์กับหมาป่า หมาป่าเหล่านี้ตามที่เรียกกันทั่วไปว่ามีแนวโน้มที่จะใหญ่กว่าและมักมียีน IGF-1 อย่างน้อยหนึ่งสำเนา
ในที่สุด เพื่อพยายามค้นหาว่าสายพันธุ์เหล่านี้เกิดขึ้นเมื่อใดและที่ไหน ทีมงานได้วิเคราะห์จีโนมของสุนัขที่เก่าแก่ที่สุดที่พวกเขาสามารถรับมือได้ หัวใจสำคัญของผลลัพธ์เหล่านี้มาจาก DNA ของหมาป่าโบราณที่ได้รับการเก็บรักษาไว้เป็นเวลา 52,500 ปีในดินแห้งแล้งของไซบีเรีย จีโนมของสัตว์ตัวนี้ไม่มีตัวแปรขนาดใหญ่สองชุด แต่มีสำเนาของตัวแปรขนาดเล็กหนึ่งชุดควบคู่ไปกับตัวแปรขนาดใหญ่
“ในกระป๋องโบราณ ความคาดหวังก็คือพวกมันจะมีอัลลีลขนาดใหญ่สองสำเนา” Ostrander กล่าว “แต่กลับกลายเป็นว่าอัลลีลเล็กๆ อยู่ในกลุ่มประชากร เพียงความถี่ต่ำ มันเกือบจะเหมือนกับว่าธรรมชาติเก็บสิ่งนี้ไว้ในกระเป๋าหลังของเธอ”
Ostrander และ Plassais กล่าวว่าสิ่งนี้บ่งชี้ว่าอัลลีลขนาดเล็กมีอยู่อย่างน้อย 54,000 ปีก่อนและอาจเกิดก่อนอัลลีลขนาดใหญ่ นักวิจัยประเมินว่าหมาป่าอายุ 52,500 ปีที่มีสายพันธุ์ขนาดเล็กหนึ่งสำเนานั้นมีน้ำหนักประมาณ 48 ปอนด์ แม้ว่าย้อนกลับไปในยุควิวัฒนาการ หมาป่าที่มีอัลลีลขนาดเล็กสองสำเนาเป็นบรรทัดฐานที่พวกมันจะไม่มีขนาดเท่าทอยพุดเดิ้ล เนื่องจากความแปรผันของขนาดตัว canid ร้อยละ 85 เกิดจากยีนอื่นที่ไม่ใช่ IGF -1 ยีน
Ostrander กล่าวว่า “ยีนนี้อยู่ในช่วงเวลาที่มนุษย์เริ่มเลี้ยงสุนัข ดังนั้นผู้คนจึงสามารถเริ่มเลือกยีนนี้ได้” “สิ่งนี้ทำให้มนุษย์สามารถปรับขนาดร่างกายได้อย่างรวดเร็วเพื่อผสมพันธุ์ให้สุนัขตัวใหญ่เฝ้า สุนัขตัวเล็กเพื่อฝูง และแม้แต่สุนัขตัวเล็ก ๆ ที่เลี้ยงหนู”
Greger Larson นักชีววิทยาด้านวิวัฒนาการของมหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ดช่วยทีมเกี่ยวกับจีโนมสุนัขโบราณเหล่านี้ และจากผลการวิจัยเหล่านี้ เขากล่าวว่าน่าจะแม่นยำกว่าที่จะนึกถึงตัวแปรขนาดใหญ่ของยีน IGF-1 เป็นการกลายพันธุ์และตัวแปรขนาดเล็กเหมือนต้นฉบับ สถานะของบรรพบุรุษ Larson กล่าวว่าตัวแปรขนาดใหญ่อาจช่วยให้หมาป่าโบราณเพิ่มขนาดร่างกายเพื่อปรับตัวให้เข้ากับสภาพอากาศที่เย็นกว่าในขณะที่พวกมันย้ายเข้าไปอยู่ในแหล่งที่อยู่อาศัยทางเหนือมากขึ้น
Elinor Karlsson นักพันธุศาสตร์จาก Elinor Karlsson นักพันธุศาสตร์จาก Elinor Karlsson นักพันธุศาสตร์จาก Elinor Karlsson กล่าว Broad Institute ที่ไม่เกี่ยวข้องกับการวิจัย “เราคิดว่าสุนัขตัวเล็กเป็นสุนัขที่แปลกประหลาด แต่สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าสุนัขตัวใหญ่และหมาป่าตัวใหญ่ของยีนนี้ ที่จริงแล้วใหม่กว่าหรือแปลกกว่า”
โครงสร้างทางพันธุกรรมที่ค่อนข้างง่ายของสุนัขในวันหนึ่งอาจช่วยให้เราเข้าใจได้ดีขึ้นว่ายีนทำงานอย่างไรในสายพันธุ์ของเราเอง Ostrander กล่าวว่าเป้าหมายของห้องปฏิบัติการของเธอในตอนนี้คือการพยายามหากลไกทางชีววิทยาโดยที่อาร์เอ็นเออาร์เอ็นเอแบบย้อนหลังที่ไม่มีการเข้ารหัสที่ปรับแต่งแล้วนี้ควบคุม IGF-1 และโดยการขยายขนาดของร่างกาย
คาร์ลสสันกล่าวว่าข้อมูลโค้ดพันธุกรรมที่อ่านย้อนหลังได้เหล่านี้ ซึ่งนักวิจัยรู้จักในชื่อยีนต่อต้านความรู้สึก ล้วนอยู่ในจีโนมของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมส่วนใหญ่ รวมทั้งมนุษย์ด้วย ตัวอย่างเช่น ห้องทดลองของ Karlsson ได้ศึกษายีนที่เกี่ยวข้องกับมะเร็งกระดูกโดยมียีน antisense อยู่ข้างๆ
“ถ้าเราสามารถหากลไกทางชีววิทยาว่าการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ของยีน IGF-1 นี้ขัดขวางขนาดของร่างกายได้อย่างไร ก็อาจทำให้เรามีวิธีใหม่ในการคิดเกี่ยวกับสิ่งที่อาจเกิดขึ้นกับยีนอื่นๆ และลักษณะที่เกี่ยวข้องกับพวกมัน ” เธอพูดว่า. “สำหรับโรคทางพันธุกรรม การทำความเข้าใจกลไกที่แท้จริงคือสิ่งที่จำเป็นในการพัฒนาวิธีการรักษาเพื่อจัดการกับโรค นั่นคือสิ่งที่ในตอนท้ายของถนนเมื่อต้องทำความเข้าใจเรื่องนี้ แต่จากการศึกษานี้แสดงให้เห็นว่ามักจะซับซ้อนกว่าที่เราคาดไว้”
