从精力充沛的边境牧羊犬到友善的金毛寻回犬，如今存在 350 多个犬种，每个犬种都具有特定的身体和行为特征。尽管之前关于犬类基因组的研究已经揭示了犬种之间体型和形状变异的遗传基础，但复杂行为（狩猎、放牧、守卫、指示、拉套等等）的遗传基础一直是一个难以破解的难题。
现在，美国国家人类基因组研究所 (NHGRI) 的研究人员发现，大约八个主要犬类谱系的祖先关系与独特的行为相对应。因此，研究人员可以确定这些行为的潜在遗传基础。一项主要发现是，许多参与轴突引导（决定神经元在大脑中如何相互连接）的基因在多个谱系中发生了改变，尤其是在牧羊犬谱系中。研究人员表示，由于影响狗大脑发育和行为的基因很可能对人类也产生相同的影响，因此识别与狗基因组中与行为相关区域相对应的人类基因组位置的遗传变异，可能会为人类行为和精神疾病的遗传基础带来新的见解。
亚利桑那大学亚利桑那犬类认知中心主任埃文·麦克林（Evan Maclean）说：“当我们思考选择在犬种进化中发挥作用的地方时，这篇论文将行为重新带回了最前沿。” 他没有参与这项研究。“虽然我们确实为审美特征做了很多育种工作，但这项工作清楚地表明，许多遗传作用都发生在与大脑相关的途径中（因此可能与行为和认知有关）。”
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始于 1990 年代初的犬类基因组计划使研究人员能够绘制疾病基因以及体型、腿长和体形等性状的基因图谱。 但“事实是，犬类基因组计划背后的真正动机始终是寻找行为基因”，NHGRI 项目负责人兼这项新研究的资深作者伊莱恩·奥斯特兰德 (Elaine Ostrander) 说。 犬种具有各种刻板行为，但事实证明，直到现在，识别这些行为背后的基因极其困难，她解释道。
为了应对这一挑战，NHGRI 奥斯特兰德实验室的博士后研究员、这项新研究的第一作者艾米丽·杜特罗 (Emily Dutrow) 使用了受单细胞测序启发的方法——一种现在广泛部署的技术，用于对来自单个细胞的 RNA 指令或转录本进行测序，以了解体内各种细胞类型的功能和相关性。 她没有将该方法应用于一组细胞转录本（即转录组），而是将其应用于犬类基因组，以识别犬种的祖先关系。 杜特罗说，使用来自 4,000 多只狗的基因组数据（样本由世界各地的狗主人与犬类基因组计划共享），“我能够梳理出地球上存在的所有犬种之间这些非常古老的关系”。
通过首先识别这些祖先群体或谱系，研究人员随后可以寻找每个谱系沿线的进化变化。 并且由于这些谱系恰好干净地归入八个行为群体，因此有可能确定基因组的哪些部分使牧羊犬与看门犬不同。 为了做到这一点，研究人员将他们的基因组分析与大约 15 年前在宾夕法尼亚大学兽医学院进行的一项针对 40,000 多只狗的调查的行为数据联系起来。
亚利桑那犬类认知中心的博士候选人吉坦贾利·格纳纳德西坎（Gitanjali Gnanadesikan）说：“这篇论文使用了一个新的框架来思考犬种之间的关系。” 他没有参与这项研究。“在进化生物学中，我们倾向于将物种或谱系之间的关系视为分支树。 虽然这有其地位，但犬种尤其复杂，因为它们不是独立的物种，并且存在大量的种间杂交，尤其是在犬种形成时期。 这种新框架能够以一种实现新分析的方式来获取这些复杂的关系，并对其进行可视化和量化，这令人兴奋。”
普林斯顿大学研究犬类祖先的基因组学家布里奇特·冯霍尔特 (Bridgett vonHoldt) 也对此表示赞同，她也没有参与这项工作。 这种她称之为“令人难以置信的优雅”和“令人印象深刻”的新方法，使研究人员不仅可以将纯种犬，还可以将混血犬纳入他们对行为潜在遗传学的研究中。 她将这项工作描述为该领域的“里程碑式研究”。
研究人员的分析揭示了冯霍尔特称之为“犬类世界”的八个主要轨迹：梗犬、雪橇犬、牧羊犬和牧牛犬、视觉猎犬、尖嘴犬和“原始类型”犬、嗅觉猎犬、指示犬和寻回犬。
该团队发现，整套基因都参与了不同犬类世界谱系中特定行为的进化。 这与仅受少数基因调控的体型和毛色等性状形成对比。 “行为要复杂得多，”奥斯特兰德解释说。 “因此，它将涉及更多的基因组。” 研究人员还确定，大多数与行为相关的遗传变异都位于基因区域，这些区域负责开启或关闭其他基因，而不是提供制造蛋白质指令的编码区域。 这意味着微调编码基因在生命早期被激活的时间和地点尤其重要。 “从根本上说，你需要所有这些基因。 只是你想向上或向下微调它们，以获得这些细微的行为变化，”奥斯特兰德说。
研究人员检查了与特定谱系相关的基因变异在发育过程中激活的位置和时间，他们发现其中许多基因变异在大脑形成时被激活。 最显著的是，许多与牧羊犬谱系相关的基因变异都与轴突引导有关，即神经元相互连接的过程。
“对我来说，这令人难以置信地引人注目，”奥斯特兰德说。 “我当然没想到会这样。 我以为它们会是来自整个神经系统的基因，做各种不同的事情。 我没想到一条通路对于执行这些行为如此重要。” 例如，修改可能涉及大脑某个部位的细胞数量或不同细胞类型的比例。 “但实际上，真正重要的是大脑的不同部分如何相互交流”，杜特罗解释说，这对于决定这些行为至关重要。
研究人员发现，八个犬类世界中大脑和行为的许多变异都与动机和学习有关。 例如，杜特罗说，嗅觉猎犬需要成为自我导向的学习者，他们可以跟随自己的鼻子，而不是受人类方向的影响。 但协助主人寻找和寻回猎物的猎枪犬需要与主人紧密同步，她补充道。
然而，与这些谱系相关的基因变异并非完全与大脑和行为调节有关。 例如，研究人员确定，在视觉猎犬中，大多数基因变异都与肌肉系统有关。
另一个重要的发现是，该团队鉴定出的大多数遗传变异都已存在于狼身上。 “这可以追溯到这样一种观点，即今天我们狗身上所有变异的基本成分在很大程度上都存在于狼的祖先身上，”麦克林说。 但狼祖先的变化在不同的犬类谱系中是不同的。 “这对我来说很有趣，因为它真正强调了狗的多样性，以及进化如何在这些谱系中通过选择和[随机]遗传漂变向不同方向发展，”格纳纳德西坎说。
这项研究为更详细地研究每个犬类谱系以及使该谱系独一无二的原因奠定了基础。 此外，奥斯特兰德希望获取与行为相关的遗传变异，这些变异在一个犬类谱系与另一个犬类谱系之间有所不同，并查看人类基因组相应区域的变异。 她说，影响狗行为的基因很可能也会对人类行为产生影响。 由于犬种具有刻板行为，并且遗传背景的变异不如人类那么多，因此它是“更好地了解其中一些调控区域的真正作用的起点”，奥斯特兰德补充道。 她认为，最终，这些比较研究可能会为人类行为带来新的见解，包括与神经精神疾病相关的行为。