포켓 마우스

결과 및 토론

마우스에서 적응 멜라니즘의 유전 적 기초는 밝은 기질과 어두운 기질을 모두 포함하여 4 개의 지리적 지역의 6 개 부위에서 수집되었습니다(그림 1). 1). 모든 경우에,우리는 기질 색상과 등쪽 펠라 지(그림 1)의 색상 사이의 밀접한 일치를 관찰했다. 1 비). 포털과 아브라 밸리의 마우스는 균일하게 가벼웠다. 피나 케이트 부위에서 나온 29 마리의 마우스 중 어두운 용암에 잡힌 18 마리의 마우스 중 16 마리(89%)가 어두운 반면,밝은 색의 암석에 잡힌 11 마리의 마우스 중 10 마리(91%)는 빛이었다(그림 1). 1 비). 마찬가지로,아르 멘다리스의 20 마리의 마우스 중 어두운 용암에 잡힌 8 마리의 마우스 중 7 마리(88%)가 어두운 반면,밝은 색의 암석에 잡힌 12 마리의 마우스(100%)는 모두 가벼웠다. 이러한 인구에서 색에 고기 변이 크게 이산 보다는 양적;모든 쥐 빛 또는 멜 라 닌 등쪽에 개별 머리카락에 페 오 멜 라 닌의 터미널 밴드의 존재 또는 부재에 따라 쉽게 분류 했다.

원칙적으로,관심 표현형의 기초가되는 유전자를 식별하기 위해 몇 가지 접근법이 가능하다. 그러나,기음. 중간체는 포로로 번식하기 어렵고,따라서 십자가에 의존하는 모든 접근 방식은 실용적이지 않습니다. 대신,우리는 관찰 된 표현형 차이에 대한 책임 돌연변이를 식별하기 위해 후보 유전자와 연관 연구를 사용했다. 모든 사이트에서 대표를 포함 하 여 36 마우스에서 염기 서열 했다. 실험실 마우스의 검은 색과 황갈색 돌연변이는 묶이지 않은 털을 가진 어두운 등쪽을 생성하며 등쪽 프로모터를 방해하는 삽입에 의해 발생합니다. 중간체 중간 게놈 거리(0-50 킬로바이트,돌연변이의 나이에 따라)에 중립 사이트에서 다형성에 연결을 통해 감지 될 수 있습니다. 우리는 관찰 16 단일 뉴클레오티드 다형성 및 5 삽입/삭제 다형성,중간 주파수;에서 몇 가지를 포함 하 여 아무도 코트 색상 연관 보였다. 이 협회 부족에 대한 두 가지 가능한 설명이 있습니다: 아구 티는 관찰 된 표현형 차이의 주요 결정 요인이 아니거나 아구 티가 관련되어 있지만 조사한 사이트와 기능 사이트 사이에 연결 불균형이 거의 또는 전혀 없습니다.도 1 의 69 생쥐에서 서열화하였다. 1. 24 개의 단일 뉴클레오티드 다형성이 관찰되었다:15 개는 동의어이고 9 개는 동음이였다. 9 개의 아미노산 다형성 중 4 개는 피나 케이트로부터 어두운 마우스에서만 관찰되었다. 이 4 개의 아미노산 변종은 피나 케이트 다크 마우스 중에서 고주파(82%)에 존재했으며 서로 완전한 결합 불균형에 있었다. 다른 모든 아미노산 다형성 낮은 주파수에서 존재 하 고 마우스 컬러와 아무 연관성을 보여 주었다. 피나케이트 부위로부터의 광 및 멜라닉 마우스 간의 뉴클레오티드 변이의 분포는 표 1 에 도시되어 있다.

몇몇 관찰은 이들 4 가지 아미노산 돌연변이(부위 18,109,160 및 233)중 하나 이상이 피나 케이트 개체군에서 볼 수있는 밝은/어두운 표현형 차이에 책임이 있음을 시사한다. 첫째,유전자형과 표현형 사이에 완벽한 연관성이 있습니다(표 2). 구색 짝짓기 없이 단일 범형 인구 유전자형과 표현형 변화 사이의 연관성은 예기치 않은 유전자 또는 단단히 연결 된 유전자 표현형에 대 한 책임 하지 않으면. 그러나 인구 구조는 유전자가 표현형 차이에 관여하지 않는 경우에도 가짜 연관성을 생성 할 수 있습니다(19). 우리는 이 가설을 피나케이트 지역(엔=29)에서 모든 생쥐에서 미토콘드리아 코이이와 엔디 3 유전자를 시퀀싱함으로써 테스트했다. 이러한 미토콘드리아 유전자의 계통 발생은 밝은 마우스와 어두운 마우스의 일배 체형이 혼합되어 숨겨진 인구 구조에 대한 증거를 제공하지 않는다는 것을 보여줍니다(그림 1). 2). 채토디푸스의 대부분의 유전자 흐름은 수컷(20)에 의해 매개될 가능성이 있으며,미토콘드리아 게놈은 상염색체의 유효 크기의 1/4 에 해당하는 유효 개체군 크기를 가지고 있기 때문에,미토콘드리아 유전자는 개체군 구조를 검출하기 위한 민감한 마커를 제공한다. 이 데이터는 또한 어두운/밝은 표현형 차이에 대한 선택의 추가 증거를 제공합니다. 피나 케이트 개체군에서 가벼운 기질(9%)에 어두운 마우스의 주파수와 어두운 기질(89%)에 어두운 마우스의 주파수는이 두 인접 영역 사이의 표현형 차이에 대한 인구 분화의 정도를 추정하는 데 사용할 수 있습니다. 이 값은>선택에 대 한 해당 값 보다 10 배 표현형 차이 운전 하는 아이디어와 일치 합니다. 이 방법을 사용 하 여 더 큰 샘플을 기반으로 하는 미래의 연구 마이그레이션–선택 균형의 모델에서 선택의 크기를 추정 하는 수 있게 됩니다.

둘째로,외투 색깔과의 연관을 보여주는 모든 4 개의 비동조적인 대용품은 아미노산 책임에 있는 변화를 일으키는 원인이 됩니다. 처음 세 개의 아미노산 부위(18,109,160)에서 변화는 양전하를 띤 아르기닌에서 충전되지 않은 아미노산으로의 변화입니다. 제 4 부위(233)에서,충전되지 않은 글루타민은 양전하를 띤 히스티딘으로 대체된다. 게다가,모든 4 개의 돌연변이는 그밖 단백질과의 상호 작용에서 포함되기 위하여 확률이 높은 수용체의 기능상 중요한 지구에서 있습니다. 치환 중 2 개는 세포 외 영역(아미노산 부위 18 및 109)에 위치하고 2 개는 세포 내 영역(부위 160 및 233)에 위치합니다.; 수용체의 막 횡단 도메인에 위치한 것은 없습니다(그림 1). 3). 마우스(16)및 기타 유기체(21-25)의 확장 궤적에서 이전에 설명 된 어두운 표현형의 수는 여기에 설명 된 돌연변이 중 어느 것도 이전에보고되지 않았지만 단일 아미노산 돌연변이로 인한 것입니다. 실험실 마우스에서 담배(에토 브)와 침울 한 대립 유전자는 각각 첫 번째 세포 내 및 첫 번째 세포 외 도메인의 돌연변이에 의해 발생합니다. 이톱은 멜라노코르틴-1-수용체를 암호화하여,멜라노사이트자극호르몬에 대한 반응성을 유지하지만 과잉 활성을 갖는 반면,멜라노사이트자극호르몬은 구성적으로 활성 수용체(16)를 암호화합니다. 뮤스의 이톱대립 유전자처럼,멜라닉 씨.중간체 여기에서 보고된 암색은 등쪽에만 한정되어 있다. 2015 년 11 월 1 일,2015 년 12 월 1 일,2015 년 12 월 1 일,2015 년 12 월 1 일,2015 년 12 월 1 일,2015 년 12 월 1 일,2015 년 12 월 1 일,2015 년 12 월 1 일,2015 년 12 월 1 일,2015 년 12 월 1 일,2015 년 12 월 1 일,2015 년 12 월 1 일,2015 년 12 월 1 일,2015 년 12 월 1 일,2015 년 빛과 어둠의 대립 유전자를 구별하는 네 가지 아미노산 차이가 박스에 담겨 있습니다.

셋째,어두운 대립 유전자는 빛 대립 유전자에 비해 우세하며,마우스(11,16)및 다른 유기체(21-25)의 돌연변이 관찰과 일치합니다. 실험실 마우스에서 기능 상실 돌연변이는 열성이며 밝은 색을 띠는 반면,기능 이득 대립 유전자가 우세하고 어두운 색을 띤다(16). 피나 케이트 부위에서 관찰 된 모든 이형 접합 마우스는 줄무늬가없는 머리카락으로 어둡고 동형 접합 어두운 마우스와 표현형 적으로 유사합니다.

마지막으로,피나 케이트로부터 대립 유전자 중 관찰 된 뉴클레오티드 변이의 패턴은 최근의 양성 선택의 작용을 시사한다. 13 개의 다형성 부위는 가벼운 일배 체형 중에서 가변적 인 반면,단 하나의 부위는 어두운 일배 체형 중에서 가변적입니다(표 1). 변이체 대 불변 부위의 비율은 어두운 대립 유전자와 밝은 대립 유전자 사이에서 크게 다릅니다(1/953 및 13/941,피셔의 정확한 테스트,피<0.01). 가벼운 대립 유전자 중 뉴클레오티드 다양성의 평균 수준(2000 년=0.21%)는 어두운 대립 유전자 중 뉴클레오티드 다양성보다>10 배 더 크다(0.01%). 선택이 최근에 적응 대체(26-28)를 고정시킨 경우 예상되는 패턴입니다. 단일 침묵 사이트(뉴클레오티드 633)는 모든 어두운 동물;에 존재 하는 아미노산 치환과 완전 한 연결 불균형에 이 패턴은 선택한 일배 체형에서이 침묵 사이트의 유전 히치 하이킹과 일치 합니다. 그러나 두 가지 표준 중립성 테스트(29,30)는 총 샘플 또는 밝거나 어두운 기판의 하위 집단에서 피나 케이트 개체군에서 선택을 감지하지 못합니다. 맥도날드–크레이트만 테스트(29)는 종;내 및 사이 비동조적인 변화에 동의어의 비율을 비교 여기,이 비율은 빛과 어둠 대립 유전자를 구별 하는 4 개의 아미노산 치환에 의해 약간 변경 됩니다. (30)두 개의 서로 다른 유전자에 대 한 종 사이 변화를 비교 합니다.; 그러나,뉴클레오티드 가변성의 수준은 어두운 기판에 하위 인구에도 크게 감소 되지 않습니다.

아미노산 사이트 18,109,160,및 233(표 1)사이의 완전 한 연결 불균형 때문에 우리의 데이터 색,관찰 된 차이에 이러한 사이트의 각각의 상대적 기여를 확인 하는 것을 허용 하지 않습니다 그들은 연결 된 유전자가 관찰 된 표현형 차이에 대 한 책임은 가능성을 배제 하지 않습니다. 후자의 가능성은 위에서 설명한 이유와 후보 색소 유전자가 인간 또는 뮤스 중 하나에 밀접하게 연결되어 있지 않기 때문에 가능성이없는 것 같습니다. 실험실 쥐에서는,단 하나 아미노산 변화는 진한 색을 일으키기에 충분합니다(16). 4 개의 돌연변이가 수용체의 활성화에 미치는 상대적 효과를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 캠프 분석 실험에서 예비 결과 어두운 대립 유전자 관찰 된 표현형 차이(헤,헤 후 지 노,제이 레이 건,그리고 엠.더블유,미공개 데이터)에 대 한 강력한 지원을 제공 하는 빛 대립 유전자에 상대적인 활동적인 수용 체를 인코딩합니다 나타냅니다. 4 개의 돌연변이의 각각 개별적으로 그리고 조합에서 포함 하는 구조와이 방법을 사용 하 여,우리는 진화에 대 한 두 개의 서로 다른 모델을 구별 하도록 하겠습니다: (1)단일 아미노산 차이가 관찰된 표현형 차이에 대한 책임이 있고,다른 아미노산 변이체가 선택된 부위와 히치하이크를 했거나,(2)관찰된 표현형 차이를 생성하기 위해 2 개 이상의 아미노산 변이체(부가적으로 또는 인식적으로 작용)가 요구된다.

놀랍게도,여기에 제시된 데이터는 피나 케이트에서의 어두운 표현형에서의 아미노산 변화를 암시하지만 아르멘다리스 인구에서는 그렇지 않다. 다형성 아미노산은 40 개의 대립 유전자 중에서 단 하나의 다형성(285,285,285,285,285,285,285,285,285,285,285)이 관찰되었다.; 이 변종은 가벼운 마우스에서 24 개의 대립 유전자 중 2 개와 어두운 마우스에서 16 개의 대립 유전자 중 0 개에 존재했습니다. 두 개의 자동 다형성 40 아르 멘다리스 대립 유전자 중 중간 주파수(48%)에 존재 하지만 어느 쪽도 마우스 색상 어떤 연관성을 보였다. 사실,이러한 다형성의 주파수는 어두운(50%)마우스와 밝은(45%)마우스에서 매우 유사했습니다. 또한 발기인 지역에 있는 당연히 위치가 표현형 다름에 책임 있다 확률이 낮다,연결 불균형이 극단적으로 급속하게 붕괴하지 않는 한. 발기인 영역은 마우스(31)와 인간(32)모두에서 잘 특징 지어졌으며,시작 코돈의 상류 500 혈압에 놓여있다. 일반적으로,뉴클레오티드 변화 패턴(빛과 어둠 모두),포털,그리고 아 브 라 밸리에서 샘플의 코딩 영역에서 예외적 했다. 뉴클레오티드 다양성의 수준은 0.11%에서 0.19%로 피나 케이트 부위의 가벼운 동물에 대해 볼 수있는 값과 유사합니다.

멜라닌 피나케이트 생쥐에서 발견된 4 개의 돌연변이가 아르멘다리스로부터 멜라닌 생쥐에 존재하지 않는다는 사실은 유사한 암 표현형이 서로 다른 용암류 위에서 독립적으로 진화하여 서로 다른 유전적 변화를 통해 진화했다는 것을 나타낸다. 두 개의 서로 다른 인구에서 동일한 표현형에 대 한 뚜렷한 분자 기준 비교적 짧은 시간 척도;에 수렴 형 형 진화에 대 한 강력한 증거를 제공 합니다.

다른 종(16,21-25)에서 발견 된 반면,변화에 대한 생태 학적 맥락은 이해되지 않거나(24,25)인공 선택(22,23)에 기인한다. 올빼미는 포켓 마우스(8,9)의 중요한 포식자이며,저조도 강도(10)에서 밤에 먹이를 먹을 때도 밝고 어두운 기질에서 밝은 마우스와 어두운 마우스를 구별하는 것으로 알려져 있습니다. 따라서 올빼미가 착색을 은폐하기 위해 선택하는 데 중요한 역할을 할 가능성이 높습니다. 여기에 보고 된 데이터는 간단 하 고 자연 생태 환경에서 적응을 기본 분자 변화의 드문 예를 제시 합니다.