怎麼調配黃狗、棕狗，或是黑狗？——狗與狼的遺傳調色盤
只要控制一個基因，就有黃狗、棕狗、黑狗變化
黑狗、灰狗、棕狗、黃狗、乳牛狗、白狗……狗的毛色非常多變，受到多個基因影響，其中一個基因叫作 Agouti。一項研究調查各種毛色的狗與狼，發現透過不同的調控方式，只要操縱同一個基因，便能產生黑狗到黃狗的深淺變化。
所謂「不同的調控方式」其實是兩段 DNA 序列的組合，在狗被馴化以前已經存在；回溯其演化過程，除了新突變，也涉及未知古狼的遺傳交流。
影響色素的 Agouti（也叫 ASIP）基因不只狗有 ，鼠、兔等哺乳類也都具備。此一基因的蛋白質產物，是個會影響毛囊生產色素的訊號分子，如果不存在，毛囊會生產偏深的 eumelanin 色素；假如存在，會促進偏淺的 pheomelanin 色素形成。
狗狗們都配備一樣的 Agouti 基因，但是基因表現的高低，會導致毛色由淺到深的差異，趨勢是 Agouti 表現愈多，毛色便會愈淺。
不同顏色的狗，基因的編碼 DNA 序列都一樣，那麼基因表現的差異，應該是取決於調控的非編碼序列差異。倘若某些 DNA 變異是影響毛色的原因，我們應該可以看到，具備某款變異的狗是一個顏色，其他變異的狗是另一個顏色。
釐清毛色的遺傳調色盤
為了找到基因型與表現型的關係，研究者定義從很黑到淺黃 5 群不同毛色，比較大家 Agouti 基因周圍的差異。
基因表現受到旁邊的啟動子（promoter）影響，狗的 Agouti 基因有 3 個啟動子，一個距離最遙遠，不同毛色的狗都一樣；而另外兩個啟動子，不同毛色的狗序列有異，看似為影響毛色深淺的成因。
狗的 Agouti 基因有三個啟動子調控，兩個在不同狗中各有差異。圖／參考資料 1 一個啟動子叫作 hair cycle promoter，簡稱 HCP，位置就在基因前方，跟編碼 DNA 連在一起，照序列差異可分為 5 款。另一個啟動子叫作 ventral promoter，簡稱 VP，位置離基因比較遠，可以分為 2 款。
比較各種 HCP 啟動子，5 款中有 3 款會讓基因失去活力；毛色不太受到 Agouti 影響之下，配備 HCP3、HCP4、HCP5 的狗狗都會走深色系。
其餘 2 款，HCP2 令基因表現較低，使得毛色較深；HCP1 讓基因表現較高，毛色較淺，不過仍然會有些色素，毛色將是淺黃狗，不至於到白狗。
另一個啟動子 VP，配備 VP1 的表現較高，毛色淺；配備 VP2 則表現較低，毛色深。
Agouti 基因的兩個調控零件 VP、HCP 搭配，能形成不同毛色。圖／參考資料 1 兩段啟動子的序列搭配，可以形成多種組合，例如 VP2 加 HCP4 會是最深的黑狗，VP2 加 HCP1 是棕狗，VP1 加 HCP1 則是最淺的黃狗。
至此，研究者們釐清了毛色表現型與基因型的關係，不過這是怎麼演化而來的呢？進一步分析發現好像有點複雜，有意思的是，VP 與 HCP 的演化史很不一樣。
延伸閱讀：《哈士奇的藍眼睛，基因 》。之前研究眼睛顏色也發現過，狗的基因不變，調控改變造成顏色不同這回事。 Agouti 基因不同調控零件組合，形成各種毛色的狗狗。圖／參考資料 1 祖傳的毛色調控零件
同一生物分家後，若是不再遺傳交流或受到天擇影響，累積 DNA 改變將隨著時間愈來愈多。因此將大家的遺傳序列擺在一起畫演化樹，呈現的關係通常會符合親戚分家的順序。較晚分家的成員，在演化樹上會比較近，較早分家的則比較遠。
Agouti 基因兩個啟動子周圍的序列，畫出來的演化樹不一樣。只看遠離基因的 VP 周圍序列（48 kb），狗、灰狼、胡狼、豺等親戚，呈現的演化樹和物種關係一致。意思是這段序列的演化，應該是照著親戚分家的過程累積差異。
由序列判斷，VP2 是原本的遺傳型號，後來才衍生出 VP1。長眠於西伯利亞東北部的亞納古狼（Yana），已經配備讓毛色變淺的 VP1，所以這個突變誕生的年代，肯定比他活跳跳的 3.35 萬年前更早，也非常可能早於狗的馴化。
比較豺、郊狼、灰狼、狗等親戚 Agouti 基因周圍的序列，將距離基因較遠的 VP 周圍區域，以及包含編碼部分的 HCP 周圍區域拆開，分別畫演化樹，發現兩者的樹形關係明顯有別。VP 和物種關係一致，HCP 則受到毛色深淺影響。圖／參考資料 1 與未知古狼遺傳交流，獲得遠古調控零件
然而，包含基因編碼部分的 HCP 周圍序列（16 kb），各親戚畫出來的演化樹，和物種關係不一樣。狗和灰狼血緣最近，演化樹上卻被歸類到兩個不同分枝。
非洲的豺（dhole） 最早分出，和物種的關係一致。但是在此之後，先分家的是淺色狗和北極狼（Arctic gery wolf），本該與淺色狗被歸為同一群的深色狗和灰狼，之間還夾著衣索比亞狼（ Ethiopian wolf）、郊狼（coyote）、亞洲胡狼（golden jackal），這些親戚關係差異更大的物種。
很明顯，HCP 此一調控基因表現的零件，有狼沒有照著祖傳繼承。詳細考量 DNA 差異，論文推論最可能的狀況是：狗、灰狼、圖博狼（Tibetan wolf，也叫西藏狼、喜馬拉雅狼）、郊狼、亞洲胡狼等親戚，在共同祖先的時期配備 HCP2，很近期的某群狗又衍生出毛色變深的 HCP5。
論文推論 HCP 的演化狀況。令毛色變淺的 HCP1，原本誕生於某未知的古狼支系，後來由於情慾流動，才轉移到圖博狼、北極狼、狗的族群中。圖／參考資料 1 而圖博狼、北極狼與狗的 HCP1 是哪來的？依照演化關係推論，它本來應該存在於某種未知的古狼，其演化位置處於和豺分家之後，亞洲胡狼、郊狼、灰狼分家之前（約超過 200 萬年）。某個時刻未知古狼基因突變，誕生了 HCP1，又透過情慾交流使 HCP1 傳進其他狼群。
目前資訊不可能得知未知古狼是誰，遺傳交流發生在什麼時候，論文也沒有太多著墨。我們不要太在意細節！只能看出圖博狼似乎保留變化最少的 HCP1 型號，北極狼與狗的 HCP1 改變較多；而某些黑狗的祖先，又衍生出令毛色變深的 HCP3 和 HCP4。
毛色變淺，有助於適應雪地環境？
論文推論，情慾流動而來的 HCP1 能幫助適應雪地。因為住在北極區的灰狼，以及青藏高原與蒙古的圖博狼，兩地環境頗有相似，都配備會讓毛色變淺的 HCP1。
住在類似雪地環境的圖博狼與北極狼，毛色類似，他們也都配備 HCP1。圖／參考資料 1 控制毛色的 2 個遺傳零件，最淺組合為 VP1 加 HCP1。現代各地的灰狼中，只有北美洲部分灰狼長這樣，主要住在北極區，歐亞大陸都沒有。
已知的古代樣本中， VP1 加 HCP1 組合最早見於距今 3.35 萬年的亞納古狼；可以推論人類尚未馴化狗以前，古代早有野生的淺毛狼存在。
不過他的近親兼鄰居，3.5 萬年前也住在西伯利亞東北部的泰梅爾古狼（Taimyr）毛色倒是比較深。不見得住在雪地，一定要長成淺毛。
令毛色變淺的 VP1 和 HCP1 變異，可能的逐步演變過程。圖／參考資料 1 你要淺色狗，還是深色狗？
狗最初馴化的狀況，可謂曖昧難解。狗源自某群灰狼，在距今 1.5 到 4 萬年前馴化（亞納古狼的分家時間更早，並非狗的直系祖先），但是具體的時間、地點，一次、兩次或更多次都不清楚。
綜合現有資訊推測，大部分毛色的可能組合，在一萬年前都已經存在；接下來的發展，應該同時受到環境適應與人為偏好影響。
論文分析中，最早的淺黃狗距今 4800 年，位於愛爾蘭；可是遺傳上分家很早的澳洲野犬（Dingo）、新幾內亞唱犬（New Guinea singing dog）也是黃狗，可見黃毛狗的基因歷史悠久。
古代、現代的狗與狼，Agouti 基因的調控組合與預期毛色。圖／參考資料 1 出土於西伯利亞東北部的若霍夫島（Zhokhov Island，ZKV），距今 9500 年的古狗，遺傳是 VP2 加 HCP4，應當為毛色最深的黑狗。他可謂白雪中的黑色雪橇犬，這是人類為了方便識別，有意挑選的結果嗎？
令毛色變淺的遺傳零件 VP1 和 HCP1，在狗馴化之前已經存在。但是使得毛色變深的突變們，其實也一直誕生，而且是在狗馴化之後多次發生：HCP2 衍生出 HCP5、HCP1 變成 HCP3、HCP1 變成 HCP4。若霍夫古狗的 HCP4 便是早期案例。
最後歸納一下重點。新研究釐清了狗、狼毛色與遺傳的關係：Agouti 基因的兩個調控零件搭配組合，能形成由黑到黃的深淺毛色。毛色既有的可能性中，野生狼受到環境影響；馴化狗出現以後，除了環境適應，還取決於人為的偏好。
延伸閱讀
參考資料
Bannasch, D. L., Kaelin, C. B., Letko, A., Loechel, R., Hug, P., Jagannathan, V., … & Leeb, T. (2021). Dog colour patterns explained by modular promoters of ancient canid origin. Nature ecology & evolution, 1-9. Dog coat patterns have ancient origin Genetic enigma solved Bergström, A., Frantz, L., Schmidt, R., Ersmark, E., Lebrasseur, O., Girdland-Flink, L., … & Skoglund, P. (2020). Origins and genetic legacy of prehistoric dogs. Science, 370(6516), 557-564. Sinding, M. H. S., Gopalakrishnan, S., Ramos-Madrigal, J., de Manuel, M., Pitulko, V. V., Kuderna, L., … & Gilbert, M. T. P. (2020). Arctic-adapted dogs emerged at the Pleistocene–Holocene transition. Science, 368(6498), 1495-1499. Ramos-Madrigal, J., Sinding, M. H. S., Carøe, C., Mak, S. S., Niemann, J., Castruita, J. A. S., … & Gopalakrishnan, S. (2020). Genomes of Pleistocene Siberian wolves uncover multiple extinct wolf lineages. Current Biology. 本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》 暨其 facebook 同名專頁 。
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