Genetiska skillnader mellan tamhöns och dess vilda släkting kopplat till epigenetik

En del av de genetiska skillnader som uppstått mellan tamhöns och deras vilda förfäder djungelhönan under domesticeringen är kopplade till epigenetiska förändringar, enligt en ny studie som publicerats i Nature Ecology & Evolution. Forskare vid Linköpings universitet har bland annat upptäckt ett fåtal ”hotspots” i dna som styr epigenetiska förändringar på hundratals andra platser över hela arvsmassan.

För många tusen år sedan började människan att domesticera vissa vilda djur, som höns, och förädla dem genom avel. Domesticering leder ofta till att egenskaperna hos den tama varianten och dess vilda motsvarighet skiljer sig väldigt mycket åt, både i beteende, anatomi och fysiologi. Men de största skillnaderna har oftast uppkommit relativt nyligen, under de senaste århundradena. När det gäller tamhöns har människan under 1900-talet avlat fram två olika typer: värphöns för äggproduktion och broiler som ger mer kött. Som exempel väger en broilerkyckling mellan sex och sju gånger mer än sin vilda förfader, den röda djungelhönan.

Förutom att dagens tamhöns delvis har andra egenskaper än djungelhönan, har forskare också noterat skillnader i arvsmassan i det som kallas den epigenetiska koden. Man kan föreställa sig epigenetiska förändringar som små flaggor som sitter på dna. De kan reglera hur generna uttrycks och på så sätt påverka egenskaper hos organismen.

Forskarna bakom den nya studien undrade om dessa epigenetiska skillnader mellan dagens tamhöns och dess vilda släktingar har en roll i att driva de snabba förändringar som är kopplade till domesticeringen av höns. De undersökte frågan i en avancerad korsning mellan djungelhöns och en viss sorts tamhöns. Genom att korsa dessa med varandra under åtta generationer har forskare avlat fram höns vars arvsmassa är en slumpmässig blandning av mycket korta snuttar av ”tam-dna” och ”vild-dna”. Forskarna har identifierat markörer i arvsmassan, så att de kan se vilka små bitar som kommer från djungelhöns och vilka som kommer från tamhönan. Detta gör det möjligt för forskarna att studera arvsmassan i mycket hög upplösning.

I tidigare studier har forskargruppen undersökt hur uttrycket av vissa gener reglerar rädslobeteende hos höns, en av de egenskaper som skiljer sig mycket åt mellan tamhöns och deras vilda förfäder. I exakt samma prover från hypothalamusområdet i hjärnan kunde forskarna nu mäta den vanligaste typen av epigenetiska markörer, så kallade dna-metyleringar. På detta sätt kunde de, med hjälp av avancerade beräkningar, koppla ihop metyleringsmönstret, genuttryck, mutationer i arvsmassan och egenskaper kopplade till beteendet på individnivå.

– Vi fann långa, sammanhängande delar i arvsmassan där det verkar som att domesticering har lett till minskad metylering hos tamhöns jämfört med vilda djungelhöns. Vi hittade också flera ”hotspots”, som är delar i arvsmassan som reglerar metyleringen på hundratals andra platser på helt andra ställen i arvsmassan, så det var väldigt spännande, säger Dominic Wright, professor vid Institutionen för fysik, kemi och biologi (IFM), som har lett studien som publicerats i Nature Ecology & Evolution.

Till en början var uppfattningen att metylering av dna alltid dämpar genuttryck och på så sätt kan påverka egenskaper. Men den bilden har justerats i takt med att forskning visat att det inte är riktigt så enkelt och att metylering både ökar och minskar genuttryck. I den aktuella studien fann forskarna att metylering visserligen påverkade genuttryck av vissa gener, men det fungerar också tvärtom: en mutation i dna kan påverka genuttryck, vilket i sin tur kan reglera metylering.

– Det är väldigt intressant att metyleringen av specifika delar av arvsmassan verkar vara så hårt kontrollerad. I studien ser vi att regleringen av metylering under domesticering av höns är väldigt komplex, säger Dominic Wright.

Efter att studerat regleringen av metylering i de framavlade korsningarna mellan vilda och tama höns, vill forskarna nu ta steget vidare. De är nyfikna på vad som händer med metyleringsmönstret när tamhöns förvildas och sakta men säkert anpassas till ett liv i det vilda. Detta har de börjat undersöka i förvildade hönspopulationer på Hawaii där tamhöns och djungelhöns fått ungar med varandra utan människans inblandning. På så sätt kan forskarna titta på hur dna-metylering regleras i vilda höns i deras naturliga livsmiljö.

Forskningen har finansierats med stöd av bland annat Europeiska forskningsrådet ERC, Vetenskapsrådet och Carl Tryggers Stiftelse.

Artikeln: ”The methylation landscape and its role in domestication and gene regulation in the chicken”, Andrey Höglund, Rie Henriksen, Jesper Fogelholm, Allison M. Churcher, Carlos M. Guerrero-Bosagna, Alvaro Martinez-Barrio, Martin Johnsson, Per Jensen och Dominic Wright, (2020), Nature Ecology & Evolution, publicerad online 21 september, doi: 10.1038/s41559-020-01310-1

För mer information, kontakta gärna:

Dominic Wright, professor, dominic.wright@liu.se, 013-28 12 42