Молекулярная генетика поведения Курс: Химические основы жизни Подготовлена к.б.н. Кукековой А.В.
advertisement
Молекулярная генетика поведения Курс: Химические основы жизни Подготовлена к.б.н. Кукековой А.В. при поддержке ФЦП гранта 84-74 План лекции: • Часть I: Краткое введение в генетику поведения Генетический анализ поведения человека Генетика поведения: животных модели • Часть II: Молекулярная генетика поведения серебристочерных лисиц Историческая справка • Фрэнсис Гальтон (1822-1911) первый ученый, предложивший систематично изучать связь наследственности с поведением. • 1865 г “Наследование таланта и характера” Измерение наследуемости признаков Близнецовый метод Использование отпечатков пальцев Понятие «евгеника» Первые эксперименты по генетики поведения • Искусственная селекция линий “dull” and “bright” лабораторных крыс (Tryon RC , 1942) www.image.google.com Различия в поведении “dull” and “bright” линий крыс 7-го поколения селекции Оценка поведения Развитие генетики поведения • Селекция линий Drosophila melanogaster с высоким и низким геотаксисом (Erlenmeyer-Kimling&Hirsch, 1960s) Развитие генетики поведения • Анализ циркадной активности Drosophila melanogaster (Konopka and Benzer, 1971) Открытие гена “period” Распределение количественных признаков Низкое Среднее Высокое Влияния генетической и средовой компонент на поведение Вклад отдельных локусов Environmental Variance Genetic variance Среда Наследственность По Ian Craig, Education Community HUGO Анализ локусов и генов влияющих на признаки поведения • Генетический анализ • Геномное секвенирование Сиквенс генома человека – 2000 г Сиквенированы геномы шимпанзе, мыши, крысы, собаки, кошки, коровы, свиньи… Новые технолгии секвенирования позволят получить геномные сиквенсы тысяч видов • Рекомбинантные ДНК Нокаутные мыши Трансгенные мыши Современная генетика поведения • Анализ поведения • Нейробиология • Геномика www.image.google.com Агрессивное поведение и моноаминоксидаза А (МАОА) Ген MAOA находится на хромосоме X; у мужчин только одна копия Метаболизм серотонина Popova, 2006 Эксперименты на мышах: «нокаутирование» (инактивация) гена МАОА приводит к высокой агрессивности. (Cases et al 1995) Роль генотипа MAOA в агрессивном поведении детей, растущих в неблагоприятных условиях Ген моноаминоксидазы A (MAOA) БЕЛОК-КОДИРУЮЩИЙ УЧАСТОК 90,000 пар нуклеотидов 5’ Промотор содержит (контролирует активность гена) По Ian Craig, Education Community HUGO 3’ 30 нуклеотидный повтор (VNTR) 3 копии (высокая активность) 4 копии (низкая активность) Предрасположенность к агрессии Предрасположенность к агрессии после неблагоприятных условий в детстве выше при низкой активности гена МАОА Неблагоприятные условия: Нет Есть Значительны Caspi et al., 2002 Активность гена МАОА: НИЗКАЯ ВЫСОКАЯ По Ian Craig, Education Community HUGO Генетика поведения животных • Модели для изучения поведения и нейробиологических заболеваний • Возможность использования широкого набора методов: экспериментальные скрещивания, контролируемые изменения окружающей среды, возможность сбора образцов для изучения экспрессии генов • Генные модификации и перспективы разработки лекарственных препаратов Генетика социального поведения луговых и горных полёвок Луговая Горная Предпочтительный выбор знакомого партнера + - Активное отцовское поведение + - Агрессия по отношению к незнакомым особям + - Winslow et al., 1993 Изменения в социальном поведении самцов луговых полёвок в период размножения У горных полёвок агрессия самцов в период размножения не изменялась. Winslow et al., 1993 Различия в экспрессии и локализации рецептора AVPR1A в отделах мозга луговых и горных полёвок Луговая полёвка Горная полёвка Lim et al., 2004 Различия в промотерном районе гена AVPR1A у луговых и горных полёвок Hammock and Young, 2005 Изменения поведения животных в процессе доместикации www.image.google.com Доместикация животных – яркий пример влияния генетики на поведение Доместицированные животные характеризуются: • Пониженной агрессивностью • Пониженной чувствительностью к факторам окружающей среды • Повышенной социальной толерантностью Photo: Darya Schepeleva Эксперимент по доместикации серебристо-черных лисиц (Vulpes vulpes) в Институте Цитологии и Генетики СО РАН Популяция ручных лисиц 1959 Отбор на дружелюбное поведение Популяция совхозных лисиц 1970 Отбор на агрессивное поведение Популяция агрессивных лисиц Различия в поведении ручной и агрессивной популяций лисиц Процент лисиц в популяции Оценка поведения • Анализ поведения ручных (730) и агрессивных лисиц (340) рожденных в 2007 г. ~48 поколение селекции на ручное и ~37 поколение селекции на агрессивное поведение Селекция по поведению привела к широкому спектру изменений в ручной популяции • Изменения в активности серотониновой системы • Понижение функциональной активности гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы (ГГНС) • Морфологические изменения • Онтогенетические изменения • Репродуктивные изменения Популяции ручных и агрессивных лисиц – перспективная модель для изучения генетики поведения • Более 40 поколений селекции • Ручная и агрессивная популяции селектировались как отдельные линии • Различия в поведении носят генетический характер • Происхождение каждого животного может быть проанализировано на много поколений назад • Популяции содержаться на экспериментальной ферме, что позволяет значительно уменьшить влияние окружающей среды на анализ поведения Экспериментальные скрещивания Агрессивная популяция Ручная популяция F1 BCT BCA F2 Тестирование поведения Этап A Экспериментатор спокойно стоит рядом с клеткой и не пытается привлечь внимание лисы (продолжительность 1 мин.) Этап B Экспериментатор открывает клетку и остается у клетки в течение 1 минуты не инициируя контакт с лисой Этап C Экспериментатор пытается погладить лису (продолжительность 1 мин.) Этап D Экспериментатор закрывает клетку и остается у клетки в течение 1 минуты не пытаясь привлечь внимание лисы Анализ поведения в экспериментальных популяциях • Тестирование и видеосъемка • Анализ 98 признаков поведения по видео записи теста • Примеры признаков и их анализа для одного животного: • Признак Представлен + + Виляет хвостом Встает на дверцу Предупреждение об атаке Не представлен - + Измерение поведения • Анализ признаков поведения Методом Главных Компонент (ГК) (Principal Component analysis) – В анализ включены данные для 1003 животных из ручной, агрессивной, F1, бэккросс и F2 популяций. • ГК1 (PC1) описывает 33% вариации поведения лисиц в тесте и характеризует животных по уровню дружелюбности/агрессии • Признаки с наибольшей значимостью для ГК1: Kukekova et al., 2011 Распределение значения ГК1(PC1) в экспериментальных популяциях • Средние значения ГК1 в популяциях определяют линейный градиент поведения от агрессивного до ручного в соответствии с пропорцией генома, полученного от ручного и агрессивного родителя, подтверждая высокий уровень наследуемости ручного или агрессивного поведения Генетическое картирование ГК1 (PС1) Программа: QTLExpress (http://qtl.cap.ed.ac.uk) • Идентифицирован локус на хромосоме 12 (VVU12) (LOD 3.86, F=18.42; experiment wise p << 0.01). • Идентифицирован локус на хромосоме 12 (VVU3) (LOD 4.04, F=19.28; experiment wise p << 0.01). СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!!!
