Presentation

Genom att korsa moderna tamdjur med deras vilda förfäder och analysera avkommans arvsmassa är det möjligt att kartlägga vilka gener som ligger till grunden för djurens fysiska och psykiska egenskaper.

Tamdjur, såsom den moderna tamhönan, har under mer än 8 000 års tid utsatts för ett styrt urval. Genom avel har människan påverkat allt från djurens storlek och färg till hur de reagerar på stress och hur rädda de är för oss.

Domesticering, processen genom vilken människan har förädlat från början vilda djur genom avel, är en central process i framväxten av vår moderna civilisation och den har haft en enorm effekt på våra djur. Docent Dominic Wright är evolutionsbiolog med specialisering mot domesticering, förvildning och de genetiska orsakerna bakom djurs beteende.

Tillsammans med andra medlemmar i forskargruppen AVIAN vid Linköpings universitet har Dominic Wright lyckats kartlägga de gener som styr olika former av ångestbeteende hos kycklingar och möss. Dessa gener finns även hos andra arter, från bananflugor till människor, och man har kunnat påvisa hur de påverkar även människors beteende.

QTL och genkartläggning

I sin forskning använder Dominic Wright en kombination av QTL och eQTL teknik, vilket möjliggör en effektiv kartläggning av arvsanlagen. QTL står för Quantitative Trait Loci och betecknar ställen i arvsmassan där de gener som påverkar en kvantitativ egenskap är lokaliserade.

Kvantitativa genetiska egenskaper är saker som sträcker sig över en skala, till exempel längd, vikt eller beteende. En egenskap styrs ofta av flera QTLs, till exempel är det många gener som påverkar hur långa vi blir, och en mutation på en enskild QTL påverkar vår längd bara lite grand. Därför är det svårt att hitta dessa QTLs, de enskilda delarna har helt enkelt för liten påverkan på helheten.

Men eftersom tamdjur är så hårt avlade jämfört med sina vilda förfäder kan man få fram stora skillnader i avkommans egenskaper när man korsar tamdjur med vilda djur. Det ger forskaren mycket varians att jobba med, många bäckar små som tillsammans ger mätbara effekter: förändringen i egenskapen blir helt enkelt lättare att se. Ju större skillnader desto lättare blir generna som styr dem att upptäcka.

Och skillnaden mellan tamdjur och vilda djur är stora. Till exempel är en modern broiler-kyckling sex till sju gånger tyngre än den röda djungelhönan, som är dess vilda förfäder. Detta ger en stor varians hos avkomman: vissa korsningar väger nästan lika mycket som en broiler, andra är nästan lika lätta som en röd djungelhöna. Andra väger lite mitt-emellan. Detta skapar stor varians, vilket gör det lättare att upptäcka och kartlägga enskilda QTLs.

Genuttryck

Genuttryck är ett mått på hur aktiv en gen är, det vill säga hur mycket av den genen som skapas och kopieras i cellerna. Genom att använda eQTL, expression Quantitative Trait Loci, teknik har Dr. Dominic Wright lyckats addera ytterligare ett lager av analys till QTL.

Dr. Wright har, tillsammans med kollegerna i AVIAN-gruppen, lyckats mäta hur generna uttrycks och om de är upp-reglerade, dvs. att de uttrycks starkare än genomsnittet, eller är ned-reglerade, dvs. att de uttrycks mindre än genomsnittet. Detta har skapat kraftfulla verktyg för att analysera den genetiska bakgrunden till beteenden och kroppsvariationer.

Projekt

Genetiska orsaker till ångest

En av de första sakerna som förändras när man tämjer djur är deras reaktion till människor. Normalt sett är vilda djur rädda för människan; när de stöter på människor får de kraftiga ångest- och stress-reaktioner.

Tamdjurs negativa reaktioner på människans närvaro är inte alls lika kraftiga - om så vore fallet skulle det vara svårt, om inte omöjligt, att avla djur. Under domesticeringsprocessen har vi avlat bort djurens rädsla för oss. Detta gör det möjligt studera de genetiska orsakerna till ångestbeteenden genom att korsa tamdjur med vilda djur.

Dr. Wrights forskning visar att några av de gener som är centrala i ångestbeteenden hos kycklingar även återfinns hos möss och orsakar samma typ av ångestbeteende hos dem. Genom att jämföra generna med genuppsättningar från människor som lider av bipolär sjukdom (s.k. mano-depressivitet) och schizofreni har Dr. Wright lyckats visa att samma gener som leder till ångestbeteende hos kycklingar även skulle kunna ligga till grund för ångestproblematik hos människor.

Nyligen har Dr. Dominic Wrights samarbetspartners även lyckats visa att man genom att ned-reglera dessa gener hos transgeniska bananflugor kan minska flugornas ångestbeteende, något som på sikt öppnar för nya infallsvinklar i ångestforskning.

Sexuella ornament

Sexuella ornament är mycket vanliga i evolutionsbiologi, det klassiska exemplet varande påfågelns svans. Den är stor, otymplig, kräver mycket resurser att utveckla och gör påfåglarna till sämre flygare. Ändå har den inte försvunnit i det naturliga urvalet på grund av påfågelshönornas starka preferens för hanar med praktfulla stjärtar.

Bland höns fyller kammen en liknande funktion, där både hanar och honor söker sig till partners med stor kam. Dr. Wright har lyckats visa att grunden till urvalet är ett starkt genetiskt samband mellan storleken på kammen och mängden medullärt ben, vilket hönsen använder som en kalkreserv för äggskalen. Mängden äggskal som en höna kan producera är den enskilt starkaste faktorn för hur mycket avkomma hon kan producera, därför är kammens storlek en direkt, synlig indikator på hur fruktbar hönan är och både kammens och benets storlek styrs av samma gener: HAO1 och BMP2.

Förvildning

I slutet av 1980- och början av 1990-talet drog flera kraftiga orkaner in över Hawaiiöarna. De orsakade stor materiell förödelse, däribland raserade de tusentals hönshus. Hönsen som på så sätt flydde, spred sig över ön och började blanda sig med sina vilda kusiner, de röda djungelhöns som fanns naturligt på öarna.

Denna storskaliga förvildning av tamhöns har gett forskarna en fantastisk möjlighet att studera vad som händer när tamdjur förvildas, och särskilt de genetiska förändringarna som sker i deras avkomma.

Tillsammans med Dr. Eben Gering från Michigan State University har Dr. Wright studerat förvildningsprocessen hos Hawaiis tamhöns med specifik vikt på de genförändringar som sker i hönsens arvsmassa, med målet att skapa en modell på gennivå för förvildning.

Genetisk grund för hjärnstorlek

Den rådande uppfattningen om förhållandet mellan hjärnans storlek och djurets kroppsstorlek har under lång tid varit att det finns ett direkt samband mellan de två, att man behöver en viss hjärnstorlek för att kunna upprätthålla en given kroppsstorlek.

Ett typiskt exempel på detta är tamdjur. Man har under lång tid ansett tamdjur vara något dummare än sina vilda släktingar och om man ser till storleksförhållandet mellan deras hjärna och kropp så är det något mindre än för deras vilda släktingar.

Men genom att studera den genetiska grunden har forskare vid Wright Lab lyckats visa att tamhöns har en större, inte en mindre, hjärna än deras vilda släktingar. Det tyder på att hjärnstorlek inte kan kopplas direkt till kroppsstorlek, vilket har potentialen att förändra hur vi ser på evolutionsbiologi eftersom man där ofta jämför olika arter baserat på förhållandet mellan deras hjärnmassa och kroppsmassa. Dessutom är det möjligt att identifiera de delar av hjärnan som påverkas mest av domesticering, till exempel är lillhjärnan förstorad hos tamhöns jämfört med deras vilda släktingar.

Om det faktiskt är möjligt att det naturliga urvalet kan förända kroppsmassan utan att förändra hjärnans storlek så är det troligt att metoden med att jämföra förhållandet dem emellan leder till felaktiga resultat. 

Forskningsgrupp

Publikationer

2017

Amir Fallahsharoudi, Neil de Kock, Martin Johnsson, Lejla Bektic, S J Kumari A Ubhayasekera, Jonas Bergquist, Dominic Wright, Per Jensen

QTL mapping of stress related gene expression in a cross between domesticated chickens and ancestral red junglefowl.

Ingår i Molecular and Cellular Endocrinology

Artikel i tidskrift

Mohammad Atikuzzaman, Manuel Alvarez-Rodriguez, Alejandro Vicente Carrillo, Martin Johnsson, Dominic Wright, Heriberto Rodriguez-Martinez

Conserved gene expression in sperm reservoirs between birds and mammals in response to mating.

Ingår i BMC Genomics

Artikel i tidskrift

Doreen Schwochow Thalmann, Henrik Ring, Elisabeth Sundstrom, Xiaofang Cao, Marten Larsson, Susanne Kerje, Andrey Höglund, Jesper Fogelholm, Dominic Wright, Per Jemth, Finn Hallbook, Bertrand BedHom, Ben Dorshorst, Michele Tixier-Boichard, Leif Andersson

The evolution of Sex-linked barring alleles in chickens involves both regulatory and coding changes in CDKN2A

Ingår i PLoS Genetics

Artikel i tidskrift

Nyheter