家犬是世界上分布最广的家养动物,与人类关系最亲密,也是人类进行长期进化实验研究的代表模型之一。科学家们利用现代分子生物学技术已经确定家犬的祖先是灰狼,大多学者基于线粒体DNA、Y染色体分子标记和全基因组范围的单核苷酸多态性(SNP)对家犬的群体历史、品种分化、形态及行为的特异性表型性状的遗传基础做了较为详尽的分析。然而,作为第二常见的多态性类型,插入与删除(INDEL)变异拥有丰富的结构变异形式,且其在人类、植物及其他模式生物基因组研究中逐渐成为分子标记的重要来源,但还没有在犬科动物中得到广泛系统的研究。家犬在极短的驯化时间内发生了极大的行为转变,形成了形态各异的不同品种。前期研究主要集中在群体基因组单核苷酸多态位点的变异模式对表型变化的潜在影响,有关家犬群体基因组范围内INDEL的进化特征研究还未见报道。基于此,本研究收集了381个犬科个体,包含336个品种犬、40个灰狼、以及5个外群(3个郊狼、1个豺狼及1个厄瓜多尔狐狼)的群体全基因组数据,鉴定出在家犬驯化过程中特异受到人工选择作用从而发生快速进化的INDEL候选位点。通过分析这些快速进化的INDEL候选位点的进化特征,发现:这些受选择1NDEL的GC含量显著较高,但相较于其它INDEL,受选择INDEL中有异常多的10-50 bp的长度变异,且该长度的分化程度显著高于其它长度的分化程度;位于UTR区和非编码区的INDEL更易受选择;受选择的INDEL显著富集于与神经系统相关的通路中,且在大脑中显著偏好表达。这些结论提示影响神经系统功能的INDEL在家犬驯化过程中发生了快速进化,很可能与家犬在驯化过程中形成的行为转变有重要的潜在关联。在这些含有快速进化INDE1的基因中,有两个与神经系统息息相关的基因NOCT和MBP值得进一步深入探讨。NOCT即Nocturnin脱腺苷酶,别称CCRHN4L,是一个具有生物节律转录特点的基因,在小鼠中敲除该基因会导致胚胎发育延缓。我们分析发现该基因下游区域的一个INDEL变异在该基因所处的19号染色体上拥有最强的分化信号。通过3730测序技术精确验证,我们发现位于该基因下游区域的一个2 bp的缺失变异在所有家犬个体中均是纯合型,而在所有检测的灰狼个体内都未发现纯合型个体。对外群该位点的基因型分析,表明这个变异是新近产生并在家犬驯化过程中快速固定下来的。通过双荧光素酶报告实验,表明这一 INDEL变异会引起基因表达降低,与转录组数据显示的NOCT基因在家犬中相较于灰狼表达降低的实际情况相符,推测它可能对家犬的发育延缓有深远影响例如家犬延缓出现甚至不出现的“恐惧-攻击”反应。后续研究正构建该基因的神经系统条件性敲除转基因小鼠,拟探索该基因的敲除对发育过程中小鼠焦虑、探索、认知等表型的影响。另一个基因MBPP是髓鞘碱性蛋白(Myelin Basic Protein),编码两大类蛋白:一类是Golli-MBPP,另一类是髓鞘的经典MBP成分。髓鞘的经典MBP成分是中枢神经系统(CNS)髓鞘中含量第二丰富的蛋白,已有研究表明少突胶质细胞和髓鞘缺陷与大脑高级功能和精神分裂症等疾病相关。经典MBP+/-杂合性转基因小鼠表现出认知能力有所增加。通过对全基因组INDEL分析发现MBP基因区域有8个高分化的INDEL,其中5个INDEL是在家犬驯化过程中获得并固定下来的变异。该基因不仅在大脑组织中偏好表达,而且是在家犬中相较于灰狼表达量降低最多的基因。后续研究将通过双荧光报告实验检测该基因中高分化INDEL的分子功能,并通过构建MBP转基因敲除小鼠探讨其表达量变化对行为,特别是恐惧行为的影响。本文通过对家犬驯化过程中群体INDEL结构变异的遗传进化特征进行研究与分析,找到了一些可能与家犬驯化成功的关键因素——行为转变相关的INDEL变异,为深入理解家犬的起源驯化历史提供了新的认识,也为家犬和人类共患疾病的分子机制研究提供了理论参考,对其他它家养动物的进化机制研究具有参考价值。