PMC

Primile sisteme agricole, bazate pe cultivarea cerealelor, legumelor și creșterea animalelor domestice, s-au dezvoltat în Asia de Sud-Vest cu aproximativ 11.000 de ani înainte de prezent (YBP) (1, 2). Până la 6.000 YBP, agro-pastoralismul introdus de revoluția agricolă neolitică a devenit principalul sistem de producție alimentară în întreaga Europă preistorică, de la nordul Mediteranei până în Marea Britanie, Irlanda și Scandinavia (3), la sud în Africa de Nord (4) și la est în Asia Centrală și de Vest (5).

Ovinele și caprele au fost primele specii de animale domesticite (6). Mai multe evenimente de domesticire, așa cum se deduce din mai multe linii mitocondriale, au dat naștere oilor domestice și, în mod similar, altor specii domestice (7-10). Inițial, oile au fost crescute în principal pentru carne, dar, în mileniul al V-lea BP în Asia de Sud-Vest și în mileniul al IV-lea BP în Europa, a devenit evidentă specializarea pentru produse „secundare”, cum ar fi lâna. Oile selectate pentru produse secundare par să fi înlocuit populațiile domestice mai primitive. Problema dacă specializarea pentru produse secundare a avut loc mai întâi în Asia de Sud-Vest sau a avut loc în întreaga Europă nu este cunoscută cu certitudine, din cauza lipsei de dovezi arheologice definitive pentru începutul producției de lână (6, 11, 12).

În acest studiu am folosit o familie de retrovirusuri endogene (ERV) ca markeri genetici pentru a studia istoria oilor domestice. ERV-urile rezultă din integrarea stabilă a genomului retrovirusului („provirus”) în linia germinală a gazdei (13) și sunt transmise pe verticală de la o generație la alta în mod mendelian. Genomul ovinelor conține cel puțin 27 de copii ale retrovirusurilor endogene înrudite cu retrovirusul exogen și patogen al ovinelor Jaagsiekte (enJSRVs) (14-16). Majoritatea lociilor enJSRVs sunt fixați la oile domestice, dar unii sunt distribuiți diferențiat între rase și indivizi (de ex, acestea sunt polimorfe prin inserție) (14). enJSRVs pot fi utilizate ca markeri genetici foarte informativi, deoarece prezența fiecărui retrovirus endogen în genomul gazdei este rezultatul unui singur eveniment de integrare la un singur animal și este ireversibilă, astfel încât populațiile care împart același provirus în aceeași locație genomică sunt de facto înrudite filogenetic.

Am analizat probe de ADN genomic recoltate de la 1362 de animale aparținând la 133 de rase de ovine domestice (Ovis orientalis aries, denumită de obicei Ovis aries) și la cele mai apropiate rude sălbatice (a se vedea mai jos), împărțite în 65 de grupuri formate din una sau mai multe rase care împărtășesc o locație geografică comună și/sau legături de reproducere (tabelul S1) (17). Probele testate au inclus, de asemenea, oaia Urial (Ovis vignei), precum și muflonul mediteranean și asiatic (Ovis orientalis musimon, Ovis orientalis ophion și Ovis orientalis orientalis). Majoritatea covârșitoare a raselor pe care le-am studiat sunt locale, legate din punct de vedere istoric de anumite zone geografice și nu sunt supuse programelor intensive de reproducere a turmelor comerciale.

Amestecurile au fost testate pentru prezența sau absența a șase enJSRV-uri polimorfe de inserție moștenite independent (enJSRV-18, enJSRV-7, enJSRV-8, enJSRV-15, enJSRV-16, și enJS5F16) prin reacția în lanț a polimerazei (PCR) utilizând două seturi de primeri care amplifică repetițiile terminale lungi (LTR) 5′ și, respectiv, 3′ ale fiecărui provirus (inclusiv secvențele de ADN genomic al gazdei), așa cum s-a descris anterior (14, 17). Provirusul enJSRV-18 a avut de departe cea mai mare frecvență în setul nostru de date (85 %), enJSRV-7 și enJS5F16 au fost detectate în 27 % și, respectiv, 30 % din probe, în timp ce enJSRV-15, enJSRV-16 și enJSRV-8 au fost prezente în doar 3-5 % din probe (Fig. 1A).

Distribuția la nivel mondial a enJSRV-urilor polimorfe din punct de vedere al inserției. Distribuția lociilor enJSRV polimorfi prin inserție analizați în acest studiu în 65 de populații de ovine reprezentând rase locale din lumea veche. (A) Frecvențele fiecărui locus enJSRV în fiecare populație sunt reprezentate de o bară verticală și aranjate în ordine descrescătoare. Frecvențele de inserție au fost obținute cu ajutorul software-ului Arlequin 3.11 (27), tratând absența unui provirus enJSRV specific ca pe o alelă recesivă. (B) Locațiile populațiilor de ovine eșantionate. (C-F). Hărți de interpolare care prezintă distribuția spațială a frecvențelor estimate ale enJSRVs. Variația geografică a fost vizualizată folosind „Spatial Analyst Extension” din software-ul ArcView GIS 3.2 (ESRI, Redlands, CA, SUA; http://www.esri.com). Valorile cartografice interpolate au fost calculate utilizând metoda ponderată cu distanța inversă cu 12 vecini cei mai apropiați și o putere de doi, iar suprafețele de interpolare au fost împărțite în 13 clase, cu frecvențe de inserție mai mari indicate prin umbrirea mai întunecată. Punctul central al zonei de eșantionare a fost utilizat ca coordonate geografice pentru fiecare populație (tabelul S1).

Am dedus distribuția locilor enJSRV polimorfi prin inserție la cele mai timpurii oi domestice prin determinarea prezenței lor la oaia Urial și la muflonul mediteranean/asiatic, și apoi prin verificarea semnăturilor moleculare care indică vârsta unui provirus. Divergența estimată între Urial (una dintre cele mai apropiate rude vii ale oii domestice) și oaia domestică este de aproximativ 800.000 YBP (18). În consecință, orice provirus care este împărtășit între aceste două specii va fi anterior procesului de domesticire. Același lucru este valabil și pentru muflonul asiatic, despre care se crede că este strămoșul direct al oii domestice (19-21), în timp ce muflonul mediteranean, înrudit îndeaproape, este considerat a fi rămășița primei oi domestice readaptate la viața sălbatică (19, 22, 23). În ciuda răspândirii sale pe scară largă în eșantioanele testate, enJSRV-18 a fost absent de la oaia Urial (n=5), de la muflonul mediteranean (n=17) și de la muflonul asiatic (n=15). În schimb, enJSRV-7, relativ mai rar, a fost detectat la trei din cinci oi Urial, la majoritatea (86%) muflonilor asiatici și la toți muflonii mediteraneeni. Aceste date sugerează că integrarea enJSRV-7 în linia germinală a gazdei precede integrarea enJSRV-18. Diferențele dintre repetițiile terminale lungi (LTR) proximale (5′) și distale (3′) ale enJSRV-7 confirmă antecedența sa. Divergența dintre LTR 5′ și 3′ ale unui retrovirus endogen oferă o estimare a „vârstei” unui provirus endogen, deoarece, în momentul infecției, retrovirusurile își transcriu invers genomul din ARN în ADN și, în timpul acestui proces, își dublează capetele genomice, dând naștere la două LTR identice. LTR-urile proximale și distale ale unui retrovirus endogen trebuie să fie identice în momentul integrării, dar pot diverge în timp la aceeași rată ca și secvențele necodificatoare (~ 2,3-5 × 10-9 substituții pe site pe an). enJSRV-7 pare a fi cel mai vechi provirus din eșantioanele noastre, deoarece prezintă cinci substituții de nucleotide între LTR-urile 5′ și 3′ (445nt lungime), în timp ce toți ceilalți provirus polimorfi prin inserție (inclusiv enJSRV-18) posedă LTR-uri identice. Aceste date sugerează că populațiile provenite de la primele oi domesticite nu au purtat niciunul dintre enJSRV-urile polimorfe din punct de vedere al inserției utilizate în acest studiu sau au purtat enJSRV-7.

Variația geografică a tuturor lociilor enJSRV a fost vizualizată prin construirea de hărți de interpolare din valorile frecvenței de inserție a acestora (Fig. 1B-F). Cea mai mare frecvență a enJSRV-7 a fost găsită la muflonul mediteranean și la oile Soay care locuiesc în prezent pe insula St. Kilda din nord-vestul Scoției (Fig. 1C). enJSRV-18 a fost distribuit uniform cu frecvențe foarte ridicate în întreaga lume veche. Frecvențe scăzute ale enJSRV-18 au fost observate în insulele locuite de muflonul mediteranean și în regiunile periferice din nord-vestul Europei. Două provirusuri enJSRV, enJS5F16 și enJSRV-8, au prezentat un model geografic similar, cu o frecvență ridicată în Insulele Britanice și în Scandinavia (Fig. 1E și F). Cele mai puțin frecvente enJSRV-15 și enJSRV-16 au avut modele geografice mai puțin evidente (Fig. S1).

Apoi am analizat combinația de enJSRV-uri polimorfe din punct de vedere al inserției (pe care le numim „retrotip”) în fiecare dintre populațiile analizate (Fig. 2). Retrotipul R2 (care reprezintă doar prezența enJSRV-18) a fost retrotipul predominant în majoritatea populațiilor analizate. În mod interesant, retrotipul R4, care indică prezența enJSRV-18 și enJSRV-7 împreună (Fig. 2), a fost un alt retrotip comun în zona care corespunde Feniciei istorice și în sudul Europei, ceea ce sugerează că comerțul maritim și colonizarea au avut o influență majoră asupra circulației ovinelor în Mediterana, fapt confirmat de studiile care utilizează variația ADN-ului mitocondrial al ovinelor (24, 25). Inserțiile enJSRV suplimentare au reprezentat retrotipuri mai complexe ale populațiilor din Europa de Nord (a se vedea, de asemenea, textul online justificativ). Populațiile de ovine din Africa, Pakistan și China au prezentat un model de retrotip R2 la fel de omogen ca și cel al populațiilor din Asia de Sud-Vest, sugerând legături migratorii directe ale ovinelor domestice între aceste zone. Majoritatea populațiilor din Scandinavia au prezentat retrotipuri similare cu cele ale populațiilor islandeze și ale populațiilor din Insulele Feroe, susținând mișcările înregistrate din punct de vedere istoric ale coloniștilor nordici la sfârșitul primului mileniu după Hristos (26). Pentru a vizualiza relația genetică a populațiilor testate, am analizat datele folosind două abordări diferite: un grafic de scalare multidimensională (MDS) obținut din matricea interpopulațională a distanțelor genetice nebazate ale lui Nei și analiza componentelor principale (PCA) calculată din matricea de corelație între frecvențele de inserție enJSRV.

Combinația de provirusuri (retrotipuri) enJSRV la oile domestice. Diagramele circulare din figură reprezintă frecvența fiecărui retrotip în cele 65 de populații testate. Fiecărei oi testate i s-a atribuit un retrotip pe baza combinației de provirusuri enJSRV polimorfe din punct de vedere al inserției prezente în genomul lor. Retrotipurile au fost definite de la R0 la R14 după cum urmează: RO = niciun enJSRV polimorfic de inserție; R1 = enJSRV-7; R2 = enJSRV-18; R3 = enJS5F16; R4 = enJSRV-7 + enJSRV-18; R5 = enJSRV-7 + enJS5F16; R6 = enJSRV-18 + enJS5F16; R7 = enJSRV-7 + enJSRV-18+ enJS5F16; R8 = enJSRV-8; R9 =enJS5F16 + enJSRV-8; R10 = enJSRV-7 + enJS5F16 + enJSRV-8; R11 = enJSRV-18 + enJSRV-8; R12 = enJSRV-18 + enJS5F16 + enJSRV-8; R13 = enJSRV-7 + enJSRV-18 + enJSRV-8; R14 = enJSRV-7 + enJSRV-18 + enJS5F16 + enJSRV-8. Fiecare retrotip este reprezentat cu o culoare (și un model) diferită, după cum se indică în figură. Numerele din dreptul fiecărei diagrame circulare indică fiecare dintre cele 65 de populații testate, astfel cum se indică în tabelul S1. Rețineți că majoritatea populațiilor din Asia de Sud-Vest, Asia Centrală, Europa de Sud și Africa posedă R2 (adică prezența doar a enJSRV-18, indicat în verde) ca retrotip predominant. În jurul bazinului mediteranean există, de asemenea, o proporție ridicată de R4 dată de prezența contemporană a enJSRV-7 și enJSRV-18 (prezentată în galben). Rasele primitive sunt caracterizate de o proporție mare de animale cu R0 (fără provirusuri polimorfe de inserție, ilustrate în alb) sau R1 (prezența doar a enJSRV-7, ilustrat în roșu). Un retrotip „nordic” R3 (ilustrat în albastru) a fost caracterizat de o frecvență scăzută a enJSRV-18 și de o frecvență ridicată a enJS5F16; populațiile nordice au avut, de asemenea, o frecvență relativ ridicată de ovine care nu prezentau niciunul dintre provirusurile polimorfe din punct de vedere al inserției testate.

Analiza MDS a evidențiat o separare accentuată (evidentă în special în prima dimensiune) între marea majoritate a raselor domestice și un grup exterior format din rasele Mouflon, ovine Soay, Hebrideans, ovine Orkney, islandeze și nordice (figura 3A). Rezultate similare au fost obținute prin PCA (figura 3B). În mod colectiv, datele pe care le-am obținut indică faptul că relicte ale primelor migrații sunt încă prezente la Mouflonul din Sardinia, Corsica și Cipru și la rasele din zonele periferice ale Europei de Nord. Pe baza retrotipurilor lor, aceste populații primitive sunt caracterizate prin absența enJSRV-18 (fixat în majoritatea raselor moderne) și fie prin prezența enJSRV-7 în frecvență ridicată, fie prin lipsa enJSRV-urilor polimorfe prin inserție (inclusiv enJSRV-7). În schimb, retrotipurile marii majorități a raselor de ovine se grupează și se caracterizează prin frecvența ridicată sau fixarea enJSRV-18.

Distanțe genetice între populațiile de ovine pe baza frecvențelor de inserție a enJSRVs. (A) Diagramă de scalare multidimensională (MDS) calculată din matricea distanțelor genetice nebazate ale lui Nei (software TFPGA 1.3) (28). În toate analizele s-a luat în considerare natura dominantă a enJSRV-urilor ca markeri genetici. Matricea distanțelor interpopulaționale a fost rezumată în două dimensiuni prin utilizarea analizei MDS, așa cum a fost implementată de pachetul software STATISTICA ’99 (StatSoft Inc., Tulsa, OK, SUA). Fiecare triunghi reprezintă una dintre cele 65 de populații testate. Rețineți că în grafic au fost numite doar acele populații care se află în afara grupului principal (încadrate în pătratul cu linie întreruptă și care includ marea majoritate a raselor din Africa, Asia și Europa). (B) Diagramă tridimensională care rezumă datele obținute prin analiza componentelor principale (PCA) a provirusurilor enJSRV polimorfe din punct de vedere al inserției în cele 65 de populații de ovine testate, utilizând Proc Factor din pachetul statistic SAS/STAT® (SAS Institute Inc, Cary NC), în conformitate cu recomandările lui Cavalli-Sforza et al. (29). Au fost identificați patru factori, reprezentând 86,66% din variație, cu valoare proprie ≥ 1. Factorul 1 (pe axa X), a explicat 30,09% din variație și poate fi interpretat ca „factorul Marea Nordului”, făcând distincția între un grup de populații formate din unele populații de ovine din Regatul Unit și din Europa continentală (inclusiv Danemarca și Texel) și celelalte. Factorul 2 (pe axa Y), care explică 23,58% din variație, separând populația Texel de restul. Factorul 3 (pe axa Z), a explicat 22,92% din variație și poate fi interpretat ca fiind „factorul rasei primitive”, făcând distincția între grupul de populații format din populațiile de mufloni și populațiile scandinave (inclusiv populațiile Hebridean, Orkney și Soay) și restul. Rețineți că, pentru a spori claritatea figurii, populațiile care formează grupul principal nu au fost numite.

Retrotipurile omogene (R2, R2-R4) pe care le-am observat la oile din Turcia, Iranul, Arabia Saudită, Siria, Israel și Egipt din zilele noastre, combinate cu dovezile arheologice disponibile, sugerează că selecția oilor domestice cu caracteristicile secundare dorite, comune raselor moderne, a avut loc mai întâi în Asia de Sud-Vest și apoi s-a răspândit cu succes în Europa și Africa, precum și în restul Asiei. Acest lucru ar putea oferi sprijin genetic pentru teoria conform căreia producția specializată de lână a apărut în Asia de Sud-Vest și apoi s-a răspândit în Europa (11). Rasele primitive au supraviețuit celei de-a doua migrații a raselor îmbunătățite din Asia de Sud-Vest, revenind la o stare sălbatică sau semi-sălbatică în insule fără prădători sau ocupând zone inaccesibile, mai puțin predispuse la schimburi comerciale și la introgresia asociată. Majoritatea, dacă nu toate rasele pe care le-am identificat ca fiind de origine străveche au fost deja considerate primitive pe baza unor trăsături morfologice, cum ar fi un păr mai închis la culoare și mai aspru (în loc de o lână mai albă), o blană de mută și prezența frecventă a coarnelor atât la femele, cât și la masculi (Fig. 4).

Caracteristici morfologice ale raselor primitive. Rasele identificate în acest studiu ca fiind rămășițe ale primelor migrații de ovine posedă caracteristici morfologice (cum ar fi lâna mai închisă la culoare și mai aspră, blana în pestriță, prezența frecventă a coarnelor la femele), asemănătoare cu oile sălbatice și cu Mouflonul. (A) Oaia Urial; (B) Mouflonul cipriot; (C) Mouflonul mediteranean; (D) Oaia Orkney; (E) Oaia Soay; (F) Oaia Gute; (G) Oaia Åland; (H) Oaia islandeză; (I) Oaia Hebridean.

Studiul nostru oferă, de asemenea, dovezi genetice care susțin originea anecdotică a unor rase de oi mai puțin comune. De exemplu, una dintre cele 10 populații analizate din Insulele Britanice, oaia Jacob, a prezentat un retrotip R2 omogen foarte diferit de celelalte populații britanice și mai asemănător cu rasele asiatice și africane din sud-vest. Originile oilor Jacob sunt necunoscute. Această rasă își datorează numele poveștii biblice a lui Iacob, care a luat „orice oaie pătată și cu pete” ca plată de la socrul său Laban (Geneza 30:25-43; probabil prima utilizare înregistrată a reproducerii selective a animalelor). Analiza noastră retrotipică susține o legătură directă între oaia lui Iacob și rasele din Asia de Sud-Vest sau din Africa, mai degrabă decât cu alte rase britanice. De asemenea, studiul nostru leagă cu fermitate oaia Soay de muflonul mediteranean și asiatic, mai degrabă decât de rasele nordice.

În concluzie, natura polimorfă a enJSRV-urilor a dezvăluit o expansiune secundară remarcabilă a populației secundare de oi domestice îmbunătățite, cel mai probabil din Asia de Sud-Vest, oferind informații valoroase despre istoria societăților pastoraliste a căror economie includea creșterea oilor. Prin diferențierea pentru prima dată a raselor primitive din punct de vedere genetic de cele moderne, studiul nostru oferă o justificare pentru identificarea și conservarea rezervelor genetice rare. În cele din urmă, demonstrăm utilitatea retrovirusurilor endogene ca o nouă clasă de markeri genetici folosiți pentru a desluși istoria unei specii domesticite.

.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.