Ancestral T-Box Mutation Is Present in Many, but Not All, Short-Tailed Dog Breeds

????由于狗具有廣泛的表型變異、獨特的品種結構以及可用的基因組序列和遺傳工具，狗已成為遺傳研究的重要模型（Sutter和Ostrander 2004；Lindblad-Toh等人2005；Starkey等人2005；Tsai等人2007）。選擇性育種豐富了許多品種的特殊形態(tài)特征，包括尾巴長度。尾巴的長度取決于尾椎的數量，而尾椎的數量在個體之間可以有很大的差異。如圖1所示，一些狗品種的尾巴非常短（brachyury），甚至完全沒有尾椎（anury）。在彭布羅克威爾士柯基犬中，已經確定了短尾巴表型的遺傳原因（Haworth等人，2001）。T-box轉錄因子T基因第1外顯子中的C189G突變影響了T蛋白的DNA結合特性，導致了短尾巴表型。C189G突變雜合的彭布羅克威爾士柯基犬有短尾巴，這種突變被認為會導致純合子的胚胎死亡（Haworth等人，2001；Indreb?等人，2007）。小鼠的T基因突變導致早期胚胎死亡和中胚層組織的發(fā)育異常，包括尾巴和脊柱，從而表明T基因在哺乳動物發(fā)育過程中的重要作用（Wilson等人，1995）。除T基因外，其他基因如Pax1和Wnt-3a的突變也與小鼠的尾巴發(fā)育有關（Greco等人，1996；Wilm等人，1998）。

實驗方法略

結果

????我們通過對360只狗進行基因分型，包括156只短尾犬和204只長尾犬，分析了23個品種中是否存在已知的T-box轉錄因子T基因突變C189G（Ile63Met）。我們發(fā)現有17個品種的短尾犬攜帶該突變，6個品種的短尾犬沒有攜帶該突變（表1）。此外，在一組屬于9個品種的80只狗中沒有發(fā)現這種突變，這些品種不會自然顯示出短尾的表型（美國可卡犬、比熊犬、英國賽特犬、英國斯普林格犬、金毛尋回犬、長毛臘腸犬、西施犬、光滑臘腸犬和約克夏梗）。這些品種使Haworth等人（2001）分析的品種名單從19個增加到28個，從而證實了這一變體不是核苷酸多態(tài)性。

????在沒有T基因突變的6個品種中，為了找到T基因中可能成為短尾巴表型基礎的任何其他變異，我們對所有的編碼外顯子、外顯子/內含子邊界和非翻譯區(qū)（UTR）進行了測序。測序沒有在6個品種中發(fā)現任何致病性突變。除了Haworth等人（2001）描述的幾個多態(tài)位點外，在迷你雪納瑞犬中還發(fā)現了一個存在于5#UTR（G-6A）的新的核苷酸變化。然而，這種變化并不與表型分離，表明它是一個非致病性多態(tài)位點。這一事實傾向于排除整個T基因座對該迷你雪納瑞血統中的表型的因果關系，其中短尾犬是長尾犬父母的后代。這些結果表明，T基因突變存在于許多但不是所有的短尾犬中，而且其他遺傳因素也可能調節(jié)尾巴的長度。

????在這里確定的屬于17個品種的315只狗中，所有133只短尾狗都是C189G T基因突變的雜合體，所有182只長尾狗都沒有攜帶該突變。這一結果表明了同型突變的完全滲透性和致死性。為了進一步研究同源致死性，我們使用芬蘭犬業(yè)俱樂部的KoiraNet育種數據庫（2008年）計算了瑞典瓦漢德犬（Swedish Vallhunds）的2個父母組合（長尾巴x長尾巴和短尾巴x短尾巴）的產仔數（圖2）。共有來自2000年至2007年期間出生的56窩的253只小狗被納入計算。長尾交配的平均產仔數為5.5只，短尾交配為3.9只。與長尾交配相比，短尾交配的產仔數減少了29%（P=0.0008）。觀察到的29%的減少，暗示著子宮內的死亡，這與預期的短尾x短尾交配的產仔數減少25%是一致的，因為四分之一的小狗將從父母雙方繼承突變(純合子T/T)。

討論

????許多品種都有天然的短尾犬，但只有彭布羅克威爾士柯基犬的致病突變被確認（Haworth等人，2001年），其中T-box轉錄因子T基因（Ile63Met）的顯性遺傳C189G突變導致短尾的表型。在這項研究中，我們確定了另外17個具有這種突變的品種，表明T基因突變的祖先起源。事實上，這17個品種主要屬于2組：牧羊犬和狩獵犬。所有被分析的短尾犬都是C189G突變的雜合體，正如以前對柯基犬所顯示的那樣（Haworth等人，2001）。對于瑞典瓦漢德犬來說，對短尾x短尾犬交配的產仔數的分析表明，產仔數減少了29%，進一步支持了該突變的隱性胚胎致死性。在布列塔尼小獵犬和波旁尼小獵犬的短尾巴交配中，繁殖者沒有報告這種減少；然而，這種觀察只基于少數交配，不能顯著計算減少的百分比。該突變的純合型似乎會因嚴重的發(fā)育缺陷而導致胚胎或產后早期死亡（Indreb?等人，2007）。以前在T基因的不同小鼠突變體中也看到過類似的觀察結果（Gluecksohn-Schoenheimer 1938；Wilson等人1995）。最近，具有嚴重解剖學缺陷的彭布羅克威爾士柯基犬的純合突變已經被描述出來。這些小狗沒有尾巴，表現為肛門直腸閉鎖，后腰部和脊柱有嚴重的改變，并且不能茁壯成長（Indreb?等人，2007）。與純合子相反，雜合子的狗沒有報道表現出任何其他異常（Indreb?等人，2007）。在小鼠突變體中，已經描述了雜合子T基因突變體的額外脊柱缺陷。這些表型差異很可能是由于狗和小鼠的突變類型不同。狗的突變只影響T-box結構域，而小鼠則攜帶覆蓋整個T基因的大面積缺失，也可能影響該區(qū)域的其他基因，如T2基因（Herrmann等人，1990；Rennebeck等人，1998）。

????盡管T基因突變存在于許多品種中，但它并不能解釋所有的短尾巴表型。波士頓梗、英國斗牛犬、查爾斯王小獵犬、迷你雪納瑞、帕爾森·羅塞爾梗和羅威納犬等品種都有天然的短尾犬，但所分析的短尾犬既沒有攜帶已知的C189G T基因突變，也沒有攜帶同一基因內的其他新型致病突變。短尾巴的表型包括完全沒有椎體或長度不一的短尾巴。如圖1所示，T基因突變可同時引起無尾癥和短尾癥。上述6個品種同時有無尾型和短尾型，但這些品種的長度和結節(jié)的數量變化很大，可能表明有異質的遺傳背景。在小鼠中，Pax1、Wnt-3a、DII3和Noto等基因的突變與短尾和扭結有關，因此，仍然是潛在的候選基因（Gruneberg 1961；Greco等人1996；Wilm等人1998；Abdelkhalek等人2004；Dunty等人2008）。帶有多個突出結節(jié)的短尾巴是查爾斯王小獵犬中非常常見的表型。目前正在進行進一步的分析，以確定該品種的短尾表現型的遺傳方式和原因。作為研究的一部分，罕見的短尾巴的迷你雪納瑞、帕爾森·羅塞爾梗和羅威納犬都是由長尾巴的父母所生，這表明是一種隱性模式、自發(fā)的發(fā)育異常（先天性而非遺傳性）或零星的變異。我們目前正在擴大這些品種的樣本和血統收集，以解決這些問題。波士頓梗犬和英國斗牛犬都沒有尾巴或尾巴很短很扭，這表明該表型是固定的，已成為該品種特征的一部分。有人認為其遺傳方式為隱性遺傳（Whitney 1947）。

????許多歐洲國家都禁止剪掉尾巴，剪掉尾巴的狗不能像自然短尾巴那樣參加正式的狗展或試驗。短尾巴狗的主人需要由獸醫(yī)出具證明，以證明其天然短尾巴，從而獲得參加表演的機會。在攜帶突變的品種中，獸醫(yī)檢查現在可以被簡單的基因測試所取代，該測試證明了天然短尾巴。我們的研究極大地擴展了可以從基因測試中受益的品種名單。

????T基因座（天然短尾巴）影響著許多品種的狗的尾巴長度。T基因是早期胚胎發(fā)育過程中的一個重要基因，它的DNA變異會破壞狗尾巴的發(fā)育，并可能導致先天性的短尾巴（bobtail）或完全沒有尾巴。天然的短尾巴變體是以常染色體顯性方式遺傳的，這意味著只需要一個T基因變體的拷貝就可以產生天然的短尾巴。然而，遺傳兩個T的副本與生命不相容，導致幼犬在子宮內死亡。因此，兩只天然短尾犬（T/t）交配可能會導致產仔數減少。

????T基因的遺傳測試將可靠地確定一只狗是否是產生天然尾巴的變體的遺傳攜帶者，或者尾巴是否被裁掉了。繁殖兩只天然短尾的狗將會導致產仔數略微減少，因為大約25%的幼犬會繼承兩個T等位基因的副本，并且會在子宮內死亡。因此，存活的一窩小狗中約有三分之二是異源T/t，有天然的短尾巴，三分之一的小狗將是同源t/t，有正常長度的尾巴。

T/T

這種狗攜帶兩個顯性T等位基因的拷貝，這是致命的，導致幼崽在子宮內死亡。

表現：胚胎期致死

T/t

這種狗攜帶一份顯性T等位基因和一份隱性t等位基因，產生自然的短尾巴。這種狗將把T等位基因傳給其50%的后代，把t等位基因傳給其50%的后代。

表現：短尾巴

t/t

這種狗攜帶兩個隱性t等位基因的拷貝，導致尾巴的正常長度。這種狗將把t等位基因傳給其100%的后代。

表現：正常的尾巴