Ancestral T-Box Mutation Is Present in Many, but Not All, Short-Tailed Dog Breeds
由于狗具有广泛的表型变异、独特的品种结构以及可用的基因组序列和遗传工具，狗已成为遗传研究的重要模型（Sutter和Ostrander 2004；Lindblad-Toh等人2005；Starkey等人2005；Tsai等人2007）。选择性育种丰富了许多品种的特殊形态特征，包括尾巴长度。尾巴的长度取决于尾椎的数量，而尾椎的数量在个体之间可以有很大的差异。如图1所示，一些狗品种的尾巴非常短（brachyury），甚至完全没有尾椎（anury）。在彭布罗克威尔士柯基犬中，已经确定了短尾巴表型的遗传原因（Haworth等人，2001）。T-box转录因子T基因第1外显子中的C189G突变影响了T蛋白的DNA结合特性，导致了短尾巴表型。C189G突变杂合的彭布罗克威尔士柯基犬有短尾巴，这种突变被认为会导致纯合子的胚胎死亡（Haworth等人，2001；Indrebø等人，2007）。小鼠的T基因突变导致早期胚胎死亡和中胚层组织的发育异常，包括尾巴和脊柱，从而表明T基因在哺乳动物发育过程中的重要作用（Wilson等人，1995）。除T基因外，其他基因如Pax1和Wnt-3a的突变也与小鼠的尾巴发育有关（Greco等人，1996；Wilm等人，1998）。
实验方法略
结果
我们通过对360只狗进行基因分型，包括156只短尾犬和204只长尾犬，分析了23个品种中是否存在已知的T-box转录因子T基因突变C189G（Ile63Met）。我们发现有17个品种的短尾犬携带该突变，6个品种的短尾犬没有携带该突变（表1）。此外，在一组属于9个品种的80只狗中没有发现这种突变，这些品种不会自然显示出短尾的表型（美国可卡犬、比熊犬、英国赛特犬、英国斯普林格犬、金毛寻回犬、长毛腊肠犬、西施犬、光滑腊肠犬和约克夏梗）。这些品种使Haworth等人（2001）分析的品种名单从19个增加到28个，从而证实了这一变体不是核苷酸多态性。
在没有T基因突变的6个品种中，为了找到T基因中可能成为短尾巴表型基础的任何其他变异，我们对所有的编码外显子、外显子/内含子边界和非翻译区（UTR）进行了测序。测序没有在6个品种中发现任何致病性突变。除了Haworth等人（2001）描述的几个多态位点外，在迷你雪纳瑞犬中还发现了一个存在于5#UTR（G-6A）的新的核苷酸变化。然而，这种变化并不与表型分离，表明它是一个非致病性多态位点。这一事实倾向于排除整个T基因座对该迷你雪纳瑞血统中的表型的因果关系，其中短尾犬是长尾犬父母的后代。这些结果表明，T基因突变存在于许多但不是所有的短尾犬中，而且其他遗传因素也可能调节尾巴的长度。
在这里确定的属于17个品种的315只狗中，所有133只短尾狗都是C189G T基因突变的杂合体，所有182只长尾狗都没有携带该突变。这一结果表明了同型突变的完全渗透性和致死性。为了进一步研究同源致死性，我们使用芬兰犬业俱乐部的KoiraNet育种数据库（2008年）计算了瑞典瓦汉德犬（Swedish Vallhunds）的2个父母组合（长尾巴x长尾巴和短尾巴x短尾巴）的产仔数（图2）。共有来自2000年至2007年期间出生的56窝的253只小狗被纳入计算。长尾交配的平均产仔数为5.5只，短尾交配为3.9只。与长尾交配相比，短尾交配的产仔数减少了29%（P=0.0008）。观察到的29%的减少，暗示着子宫内的死亡，这与预期的短尾x短尾交配的产仔数减少25%是一致的，因为四分之一的小狗将从父母双方继承突变(纯合子T/T)。
讨论
许多品种都有天然的短尾犬，但只有彭布罗克威尔士柯基犬的致病突变被确认（Haworth等人，2001年），其中T-box转录因子T基因（Ile63Met）的显性遗传C189G突变导致短尾的表型。在这项研究中，我们确定了另外17个具有这种突变的品种，表明T基因突变的祖先起源。事实上，这17个品种主要属于2组：牧羊犬和狩猎犬。所有被分析的短尾犬都是C189G突变的杂合体，正如以前对柯基犬所显示的那样（Haworth等人，2001）。对于瑞典瓦汉德犬来说，对短尾x短尾犬交配的产仔数的分析表明，产仔数减少了29%，进一步支持了该突变的隐性胚胎致死性。在布列塔尼小猎犬和波旁尼小猎犬的短尾巴交配中，繁殖者没有报告这种减少；然而，这种观察只基于少数交配，不能显著计算减少的百分比。该突变的纯合型似乎会因严重的发育缺陷而导致胚胎或产后早期死亡（Indrebø等人，2007）。以前在T基因的不同小鼠突变体中也看到过类似的观察结果（Gluecksohn-Schoenheimer 1938；Wilson等人1995）。最近，具有严重解剖学缺陷的彭布罗克威尔士柯基犬的纯合突变已经被描述出来。这些小狗没有尾巴，表现为肛门直肠闭锁，后腰部和脊柱有严重的改变，并且不能茁壮成长（Indrebø等人，2007）。与纯合子相反，杂合子的狗没有报道表现出任何其他异常（Indrebø等人，2007）。在小鼠突变体中，已经描述了杂合子T基因突变体的额外脊柱缺陷。这些表型差异很可能是由于狗和小鼠的突变类型不同。狗的突变只影响T-box结构域，而小鼠则携带覆盖整个T基因的大面积缺失，也可能影响该区域的其他基因，如T2基因（Herrmann等人，1990；Rennebeck等人，1998）。
尽管T基因突变存在于许多品种中，但它并不能解释所有的短尾巴表型。波士顿梗、英国斗牛犬、查尔斯王小猎犬、迷你雪纳瑞、帕尔森·罗塞尔梗和罗威纳犬等品种都有天然的短尾犬，但所分析的短尾犬既没有携带已知的C189G T基因突变，也没有携带同一基因内的其他新型致病突变。短尾巴的表型包括完全没有椎体或长度不一的短尾巴。如图1所示，T基因突变可同时引起无尾症和短尾症。上述6个品种同时有无尾型和短尾型，但这些品种的长度和结节的数量变化很大，可能表明有异质的遗传背景。在小鼠中，Pax1、Wnt-3a、DII3和Noto等基因的突变与短尾和扭结有关，因此，仍然是潜在的候选基因（Gruneberg 1961；Greco等人1996；Wilm等人1998；Abdelkhalek等人2004；Dunty等人2008）。带有多个突出结节的短尾巴是查尔斯王小猎犬中非常常见的表型。目前正在进行进一步的分析，以确定该品种的短尾表现型的遗传方式和原因。作为研究的一部分，罕见的短尾巴的迷你雪纳瑞、帕尔森·罗塞尔梗和罗威纳犬都是由长尾巴的父母所生，这表明是一种隐性模式、自发的发育异常（先天性而非遗传性）或零星的变异。我们目前正在扩大这些品种的样本和血统收集，以解决这些问题。波士顿梗犬和英国斗牛犬都没有尾巴或尾巴很短很扭，这表明该表型是固定的，已成为该品种特征的一部分。有人认为其遗传方式为隐性遗传（Whitney 1947）。
许多欧洲国家都禁止剪掉尾巴，剪掉尾巴的狗不能像自然短尾巴那样参加正式的狗展或试验。短尾巴狗的主人需要由兽医出具证明，以证明其天然短尾巴，从而获得参加表演的机会。在携带突变的品种中，兽医检查现在可以被简单的基因测试所取代，该测试证明了天然短尾巴。我们的研究极大地扩展了可以从基因测试中受益的品种名单。
T基因座（天然短尾巴）影响着许多品种的狗的尾巴长度。T基因是早期胚胎发育过程中的一个重要基因，它的DNA变异会破坏狗尾巴的发育，并可能导致先天性的短尾巴（bobtail）或完全没有尾巴。天然的短尾巴变体是以常染色体显性方式遗传的，这意味着只需要一个T基因变体的拷贝就可以产生天然的短尾巴。然而，遗传两个T的副本与生命不相容，导致幼犬在子宫内死亡。因此，两只天然短尾犬（T/t）交配可能会导致产仔数减少。
T基因的遗传测试将可靠地确定一只狗是否是产生天然尾巴的变体的遗传携带者，或者尾巴是否被裁掉了。繁殖两只天然短尾的狗将会导致产仔数略微减少，因为大约25%的幼犬会继承两个T等位基因的副本，并且会在子宫内死亡。因此，存活的一窝小狗中约有三分之二是异源T/t，有天然的短尾巴，三分之一的小狗将是同源t/t，有正常长度的尾巴。
T/T
这种狗携带两个显性T等位基因的拷贝，这是致命的，导致幼崽在子宫内死亡。
表现：胚胎期致死
T/t
这种狗携带一份显性T等位基因和一份隐性t等位基因，产生自然的短尾巴。这种狗将把T等位基因传给其50%的后代，把t等位基因传给其50%的后代。
表现：短尾巴
t/t
这种狗携带两个隐性t等位基因的拷贝，导致尾巴的正常长度。这种狗将把t等位基因传给其100%的后代。
表现：正常的尾巴