Co víme o původu psa na základě analýzy DNA RNDr. Pavel Lízal, Ph.D. Přírodovědecká fakulta MU Ústav experimentální biologie Oddělení genetiky a molekulární biologie lizal@sci.muni.cz Co víme o původu psa podle DNA? 1) Hypotéza o domestikaci 2) Analýza mtDNA u žijících psů 3) Analýza chromozomu Y u žijících psů 4) Rozšířená analýza o mtDNA pravěkých psů 5) Celogenomová analýza 6) Původ amerických psů 7) Původ psa Dingo a polynéských psů Co víme o původu psa podle DNA? Hypotéza – pes vzniknul zdomácněním vlka • vlk obecný byl dominantním predátorem Eurasie a Severní Ameriky • člověk s ním přichází do kontaktu po rozšíření z Afriky do Eurasie • prvním společníkem člověka, jediný domestikovaný velký masožravec • první fosilní nálezy ostatků podobných psovitým šelmám – Sibiř, stáří 33 000 let • je to výsledek neúspěšné domestikace nebo už předek moderního psa? • geografický původ psa – možná domestikační centra v jihovýchodní Asii, na Blízkém Východě a Evropě = souvisí domestikace se zemědělstvím? Vlk obecný Co víme o původu psa podle DNA? Hypotéza – pes vzniknul zdomácněním vlka Co víme o původu psa podle DNA? 1) Hypotéza o domestikaci 2) Analýza mtDNA u žijících psů 3) Analýza chromozomu Y u žijících psů 4) Rozšířená analýza o mtDNA pravěkých psů 5) Celogenomová analýza 6) Původ amerických psů 7) Původ psa Dingo a polynéských psů • zjištěno - všichni psi sdílí společnou sestavu genů = mají společnou historii • popsáno 10 hlavních haploskupin mtDNA • největší genetická rozmanitost a všech 10 haploskupin pouze v jihovýchodní Asii, jižně od řeky Jang-c’-ťiang • tato rozmanitost postupně klesá směrem na západ např. 7 haploskupin ve střední Číně, 5 v severní Číně a jihozápadní Asii a 4 v Evropě 2009 10 4 75 Analýza mtDNA Co víme o původu psa podle DNA? 5 Analýza mtDNA • nejstaršího haplotyp - 5 400 až 16 300 let starý • zakladatelkami bylo nejméně 51 vlčic 2009 • pes má původ v jižní Číně před maximálně 16 300 lety v populaci vlků čítající několik stovek jedinců • místo i čas se shodují s místem vzniku zemědělství (především pěstování rýže) • to naznačuje, že psi mohou mít původ buď v usednutých populacích lovců a sběračů nebo v populacích prvních zemědělců • větší množství zakladatelských linií pak ukazuje, že zkrocení vlka mohlo být specifickým kulturním znakem • datování společného předka ukazuje, že ve stejnou dobu se Starým světem šířily tři skupiny psů Závěry Co víme o původu psa podle DNA? Co víme o původu psa podle DNA? 1) Hypotéza o domestikaci 2) Analýza mtDNA u žijících psů 3) Analýza chromozomu Y u žijících psů 4) Rozšířená analýza o mtDNA pravěkých psů 5) Celogenomová analýza 6) Původ amerických psů 7) Původ psa Dingo a polynéských psů • analyzována část chromozomu Y u 151 psů z celého světa • nalezeno 28 haplotypů tvořících 5 haploskupin • z toho 2 haploskupiny se vyskytují u 46 % všech psů • 2 další haploskupiny jsou omezeny pouze na oblast východní Asie • jižně od řeky Jang-c’-ťiang nalezena také největší genetická rozmanitost • původ zkoumaných psů - ve 13 až 24 vlčích zakladatelích • nic nenasvědčuje postdomestikačnímu křížení vlka a psa Analýza chromozomu Y 2011 Co víme o původu psa podle DNA? • mtDNA i chromozom Y podávají stejný obrázek o původu a historii psa • všichni psi sdílí zhruba 50 % genofondu • největší rozmanitost je v oblasti Asie jižně od řeky Jang-c’-ťiang • potvrzuje to předpoklad, že je to hlavní a možná jediný region, kde došlo k mnoha domestikačním událostem vlka • následné křížení mezi psem a vlkem nepřispělo do genového fondu psa nijak významným způsobem Co víme o původu psa podle DNA? mtDNA + chromozom Y Co víme o původu psa podle DNA? 1) Hypotéza o domestikaci 2) Analýza mtDNA u žijících psů 3) Analýza chromozomu Y u žijících psů 4) Rozšířená analýza o mtDNA pravěkých psů 5) Celogenomová analýza 6) Původ amerických psů 7) Původ psa Dingo a polynéských psů • analyzována částečná mtDNA 18 pravěkých psů • porovnána s kompletní mtDNA • 49 současných vlků • 77 žijících psů (včetně odlišných plemen jako Basenjí a Dingo) • 4 sekvencemi kojota Proč Basenji a Dingo? • dvě geograficky oddělené linie = nedocházelo mezi nimi navzájem ke křížení a ani k prokřížení s vlky v nedávné minulosti • Basenji zastupuje historii loveckého psa západní Afriky • Dingo je volně žijícím polodivokým psem Austrálie Potvrdí datování a místo domestikace ve východní Asii? 2013 Basenji (Afrika) Dingo (Austrálie) Vlk Kojot Rozšířená analýza o mtDNA pravěkých psů Co víme o původu psa podle DNA? • jednoznačně systematicky zařazené pozůstatky pravěkého psa se znaky domestikace pocházejí z Blízkého Východu a také Východní Asie – stáří zhruba 13 000 let Analýza 1 Rozšířená analýza o mtDNA pravěkých psů Co víme o původu psa podle DNA? • existují i starší nálezy z Evropy a Sibiře • nelze je však jednoznačně označit za psy - avšak mají již některé psí znaky – archaická psovitá šelma, prapes, protopes Analýza 2 • nejsou tedy přímým předkem dnešních psů • domestikace psa mohla začít už mnohem dříve • před asi 18 800 až 32 100 lety v Evropě • tato domestikační linie však v čase zanikla • domestikace může být mnohem staršího data a mohla probíhat na více místech Závěry Rozšířená analýza o mtDNA pravěkých psů Co víme o původu psa podle DNA? Evropa – jeskyně Goyet v Belgii, nalezeny pozůstatky staré 36 000 let Analýza mtDNA • patří do vývojové linie psa • jsou spíše sesterskou skupinou ke všem moderním psům i vlkům Analýza 3 Sibiř – nález Razboinichya z altajské jeskyně v Rusku - stáří 33 000 let Analýza mtDNA • mají geneticky mnohem blíže k dnešním moderním psům a ostatním pravěkým nálezům • menší příbuznost k současným vlkům • vysoká příbuznost také k prehistorickým psovitým šelmám z Nového světa – souhlasí s poznatky o osídlení Ameriky lidmi Rozšířená analýza o mtDNA pravěkých psů Co víme o původu psa podle DNA? Analýza 3 Sibiř – nález Razboinichya z altajské jeskyně v Rusku - stáří 33 000 let • i v tomto případě se jedná o zaniklou domestikační událost • pravděpodobně v důsledku klimatických a kulturních změn v souvislosti s poslední velkou dobou ledovou (před 26 500 až 19 000 lety) Rozšířená analýza o mtDNA pravěkých psů Závěry Co víme o původu psa podle DNA? • obě naleziště jsou časově a hlavně vzdáleností několik tisíc kilometrů od sebe • domestikace psa byla multiregionální záležitostí • za první domestikační centrum lze považovat Evropu (díky analýze pravěkých nálezů) • avšak tato domestikace nebyla pravděpodobně úspěšná (více prozradí další nálezy) Rozšířená analýza o mtDNA pravěkých psů Co víme o původu psa podle DNA? Závěry Co víme o původu psa podle DNA? 1) Hypotéza o domestikaci 2) Analýza mtDNA u žijících psů 3) Analýza chromozomu Y u žijících psů 4) Rozšířená analýza o mtDNA pravěkých psů 5) Celogenomová analýza 6) Původ amerických psů 7) Původ psa Dingo a polynéských psů Basenji Dingo Šakal obecný Vlk obecný Analyzována DNA (celkem 10 milionů míst, tzv. SNP) • tří zástupců vlka obecného (po jednom z každého předpokládaného centra domestikace) • Evropa (2013*) – Chorvatsko • Blízký Východ (2010) – Izrael • Východní/Jihovýchodní Asie (2009-2011) - Čína • dvou prastarých linií psa - Basenji a Dingo (vs. moderní boxer) • šakala obecného (jako kontrola, společný původ) Celogenomová analýza Co víme o původu psa podle DNA? 2014 * rok stanovení oblasti za možné domestikační centrum • u vlka i psa došlo v minulosti k významnému zmenšení velikosti populace (tzv. bottleneck) • liší se však velikostí bottlenecku a dobou, kdy nastal • u psů bottleneck v průběhu domestikace • u vlka bottleneck mnohem dříve, mnohem větší než ten pozdější u psa Výsledky: šakal vlk pes Celogenomová analýza Co víme o původu psa podle DNA? Závěr: • vlk a současný pes nesdílí společnou historii • u vlka i psa došlo v minulosti k významnému zmenšení velikosti populace (tzv. bottleneck) • liší se však velikostí bottlenecku a dobou, kdy nastal • u psů bottleneck v průběhu domestikace • u vlka bottleneck mnohem dříve, mnohem větší než ten pozdější u psa • genový tok (křížení – viz zelené úsečky v grafu) • v době před nebo v průběhu domestikace (Basenji a Dingo žijí v oblastech, kde se vlk nevyskytuje a navzájem jsou odděleni geograficky – Afrika a Austrálie = křížení proběhlo již někde v Asii) Výsledky: šakal vlk pes Celogenomová analýza Co víme o původu psa podle DNA? • vlk a současný pes nesdílí společnou historii (viz bottlenecky) • pes vzniká vedle linií vlka, pravděpodobně domestikací společného předchůdce dnešního vlka a moderního psa (viz genový tok) mohla to být prastará linie vlka, která: • zanikla jako následek expanze člověka do Eurasie • může být společným předkem vlka a psa, z něhož domestikací pes vzniká (s domestikací zaniká = přemění se v psa a dnešního vlka) • prokáží až analýzy dalších kosterních pozůstatků pravěkých psů Závěry: šakal vlk pes Celogenomová analýza Co víme o původu psa podle DNA? Další závěry: • žádná z existujících linií vlka z domnělých domestikačních center není více příbuzná se psem = nelze stanovit domestikační centrum • navíc všechny 3 analyzované linie vlka jsou z genetického hlediska samostatné genetické linie (v „sesterském“ vztahu) Celogenomová analýza Co víme o původu psa podle DNA? šakal vlk pes • počátek domestikace – před 11 000 až 16 000 lety (dle molekulárních hodin) • zasahuje do období před zemědělstvím = pes už v době lovců-sběračů • potvrzuje i gen pro amylázu • souvisí s adaptací na stravu bohatou na škrob • adaptace se nevyskytuje u psů z nezemědělských oblastí např. Dingo nebo Husky Další výsledky a závěry: Celogenomová analýza Co víme o původu psa podle DNA? Co víme o původu psa podle DNA? 1) Hypotéza o domestikaci 2) Analýza mtDNA u žijících psů 3) Analýza chromozomu Y u žijících psů 4) Rozšířená analýza o mtDNA pravěkých psů 5) Celogenomová analýza 6) Původ amerických psů 7) Původ psa Dingo a polynéských psů Původ amerických psů • psi se v Americe vyskytovali již v předkolumbovském období - pravděpodobně přišli s prvními migranty moderního člověka z Asie • nejstarší archeologické důkazy první přítomnost psa před 10 000 až 8 500 lety • dřívější studie volně žijících a pouličních psů však ukázala na téměř úplné nahrazení těchto původních psů psy z Evropy • pozdější analýza původu psích plemen Severní a Jižní Ameriky a arktických oblastí - původ amerických psů je mnohem složitější Co víme o původu psa podle DNA? Původ amerických psů • analyzována a porovnána byla mtDNA: • arktických plemen psů Inuitů, Eskymáků a obyvatel Grónska • plemen psů jako je Aljašský malamut, Čivava, xoloitzcuintli (Mexický naháč) a Perro sı'n pelo del Peru (Peruánský naháč) • psů východní Asie, Evropy • vymřelých předkolumbovských linií Co víme o původu psa podle DNA? Původ amerických psů Co víme o původu psa podle DNA? Předkolumbovský původ • psí plemena původních obyvatel Ameriky • mají především předkolumbovskou mtDNA • naproti tomu dnešní volně žijící psi z venkovských oblastí a pouliční psi • malý nebo žádný předkolumbovský původ • avšak i u nich existují některé populace s přetrvávajícím předkolumbovským domorodým původem Výsledky a závěry: psi indiánů = předkolumbovský původ ostatní = malý nebo žádný předkolumbovský původ Původ amerických psů Co víme o původu psa podle DNA? Evropská příměs • jako důsledek prokřížení se psy z Evropy přivezenými v post-kolumbovském období • u plemen psů původních obyvatel Severní a především Jižní Ameriky - zhruba 30% příměs evropských samičích linií mtDNA v jejich genofondu • u volně žijících psů Jižní Ameriky - původ téměř zcela evropský = jsou potomky psů (fen) přivezených z Evropy (možná s malou příměsí původních amerických psů) • u arktických plemen psů Inuitů, Eskymáků a grónských psů – příměs nenalezena Výsledky a závěry: původní volně žijící arktická ~ 30 % ~ 30 % ~ 99 % 0 % Původ amerických psů Co víme o původu psa podle DNA? Pozoruhodná Čivava a Dingo • mexická Čivava je: • geneticky propojena se starověkými mexickými plemeny - má tedy prastarý původ • geneticky spřízněna s Peruánským naháčem • a dokonce i se sibiřskými psy • americký Dingo, který je volně žijícím americkým psem, má starobylý asijský původ Výsledky a závěry: Původ amerických psů Co víme o původu psa podle DNA? Původ amerických arktických psů • pravděpodobně představují dvě vývojově oddělené genetické linie První linie – zástupcem je Aljašský malamut • je geneticky propojen s asijskými psy (východoasijskými psy, sibiřským Husky a tažným čukčijským psem)  to ukazuje na významné genetické propojení mezi východní Asií, Sibiří a arktickou Amerikou • geneticky je také spojen s archaickými pozůstatky z Aljašky  to naznačuje starobylý předkolumbovský původ Aljašského malamuta Druhá linie – ostatní moderní arktičtí psi Inuitů, Eskymáků a populací Grónska • geneticky spřízněni s tažným psem předchůdců dnešních Inuitů Výsledky a závěry: Původ amerických psů Co víme o původu psa podle DNA? • genetické údaje populací amerických psů • podporují hypotézu o počáteční migraci moderního člověka nejdříve na sever a dále na jih amerického kontinentu s následnými migračními vlnami do Arktických oblastí • docházelo přitom ke křížení mezi plemeny psů, které člověka provázely • historie amerických psů je jak vidno velmi složitá a je pravděpodobně výsledkem několika migračních vln z Asie v předkolumbovské éře s následnou evropskou příměsí Výsledky a závěry: Co víme o původu psa podle DNA? 1) Hypotéza o domestikaci 2) Analýza mtDNA u žijících psů 3) Analýza chromozomu Y u žijících psů 4) Rozšířená analýza o mtDNA pravěkých psů 5) Celogenomová analýza 6) Původ amerických psů 7) Původ psa Dingo a polynéských psů Původ psa Dingo a polynéských psů Porovnána byla část mtDNA: • australských psů Dingo • s mtDNA psů ze všech kontinentů • s mtDNA euroasijských vlků • a dále byl analyzován také úsek mtDNA z prehistorických pozůstatků polynéských psů Co víme o původu psa podle DNA? Původ psa Dingo a polynéských psů • Dingo má jednoznačný původ ve východní Asii (v mtDNA vykázaly vysokou podobnost se zdomácnělými psy východní Asie a arktické Ameriky) • mtDNA Dinga se od těchto populací začala odlišovat před zhruba 5 000 lety • Dingo má tedy původ v domestikovaných psech z východní Asie • a do Austrálie se rozšířil v rámci druhé vlny osídlení Austrálie přes ostrovy jihovýchodní Asie pravděpodobně pouze v jediné migrační vlně Co víme o původu psa podle DNA? Původ psa Dingo a polynéských psů • analýza mtDNA prastarých polynéských psů • nejen australský Dingo, ale i polynéští psi migrovali do oblasti v době před 4 600 až 18 300 lety z Indonésie přes jihovýchodní Asii a nikoliv z Tchaj-wanu, jak se předpokládalo Co víme o původu psa podle DNA? Shrnutí k původu psa • k prvním domestikacím psa došlo už v době lovecko-sběračských populací dlouho před vznikem zemědělství před více než 30 000 lety v Evropě a v Asii • tyto linie primitivních psů však zanikly v důsledku klimatických změn mnohem dříve než se mohli vyvinout do podoby dnešních moderních psů • současní moderní psi tak mají původ mladší 11 000 až 16 000 let • jejich domestikace však začala ještě před vznikem zemědělství • předchůdcem těchto současných psů není vlk, ale společný prapředek vlka a psa – pravlk - který již v současnosti také nežije • pravděpodobně v důsledku prokřížení nelze určit konkrétní domestikační centrum, tedy kde domestikace současného psa začala • američtí psi mají prastarý asijský původ s větší či menší příměsí evropských sekvencí = v souladu s poznatky o osídlení Ameriky lidmi • Dingo a polynéští psi mají původ v jihovýchodní Asii Co víme o původu psa podle DNA?