Как наследуется окрас шерсти у собак и волков

окрас шерсти у собак и волков 1

Международная группа исследователей, включая ученых из Института генетики Бернского университета, раскрыла загадку наследования окраса шерсти у собак.  Исследователи обнаружили, что генетический вариант, ответственный за очень светлую шерсть у собак и волков, произошел более двух миллионов лет назад от ныне вымершего родственника современного волка.

Наследование нескольких моделей окраса шерсти у собак вызывает споры на протяжении десятилетий. Исследователи, в том числе Тоссо Лееб из Института генетики Бернского университета, наконец, смогли решить загадку.  Они не только прояснили, как генетически контролируются образцы окраса шерсти, но и обнаружили, что светлый окрас шерсти белых арктических волков и многих современных собак связана с генетическим вариантом, происходящим от вида, который давно вымер.  Исследование только что было опубликовано в научном журнале Nature Ecology and Evolution.

Два пигмента и «переключатель» для всех цветов шерсти

Волки и собаки могут вырабатывать два разных типа пигмента: черный, называемый эумеланином, и желтый, феомеланин.  Точно регулируемое производство этих двух пигментов в нужное время и в нужном месте на теле дает начало очень разным цветам шерсти.  

До начала исследования у собак были выявлены четыре различных паттерна и было выдвинуто предположение о нескольких генетических вариантах, вызывающих эти паттерны.  Однако коммерческое генетическое тестирование этих вариантов на многих тысячах собак дало противоречивые результаты, указывая на то, что существующие знания о наследовании окраса шерсти были неполными и не совсем правильными.

окрас шерсти у собак и волков 2

Во время формирования цвета шерсти так называемый сигнальный белок агути представляет собой главный выключатель организма для производства желтого феомеланина.  Если присутствует сигнальный белок агути, клетки, продуцирующие пигмент, будут синтезировать желтый феомеланин.  

Если сигнальный белок агути отсутствует, образуется черный эумеланин.  «Мы рано поняли, что причинные генетические варианты должны быть регуляторными вариантами, которые модулируют скорость продукции белка и приводят к увеличению или уменьшению количества сигнального белка агути», — объясняет Тоссо Лееб.

Пять вместо четырех различных окрасов шерсти

Ген сигнального белка агути имеет несколько сайтов инициации чтения генетической информации, которые называются промоторами.  У собак, с одной стороны, есть вентральный промотор, который отвечает за выработку сигнального белка агути на животе.  С другой стороны, у собак есть дополнительный промотор, специфичный для цикла волос, который опосредует выработку сигнального белка агути на определенных стадиях роста волос и делает возможным образование полосатых волос.

Впервые исследователи подробно охарактеризовали этих двух промоторов у сотен собак.  Они обнаружили два варианта вентрального промотора.  Один из вариантов обеспечивает производство нормального количества сигнального белка агути.  Другой вариант имеет более высокую активность и вызывает производство повышенного количества сигнального белка агути.  

Исследователи даже идентифицировали три различных варианта промотора, специфичного для цикла волос.  Начиная с этих вариантов у отдельных промоторов, исследователи определили в общей сложности пять различных комбинаций, которые вызывают различный цвет шерсти у собак.  «Учебники должны быть переписаны, поскольку их пять вместо ранее принятых четырех разных моделей поведения собак», — говорит Либ.

окрас шерсти у собак и волков 3

Неожиданные выводы об эволюции волков

Поскольку многие геномы волков из разных регионов Земли стали общедоступными, исследователи дополнительно исследовали, существуют ли идентифицированные генетические варианты также у волков.  Эти анализы показали, что варианты сверхактивных вентральных и специфичных для волосяного цикла промоторов уже присутствовали у волков до приручения современных собак, которое началось примерно 40 000 лет назад.  

Скорее всего, эти генетические варианты способствовали адаптации волков с более светлым окрасом шерсти к богатой снегом среде в прошлые ледниковые периоды.  Сегодня полностью белые арктические волки и светлые волки в Гималаях все еще несут эти генетические варианты.

Дальнейшие сравнения последовательностей генов с другими видами семейства canidae дали очень неожиданные результаты.  Исследователи смогли показать, что сверхактивный вариант промотора, специфичного для цикла шерсти, у собак и волков светлого окраса имел больше сходств с очень отдаленными видами, такими как золотой шакал или койот, чем с европейским серым волком.

«Единственное правдоподобное объяснение этой неожиданной находки — это древнее происхождение этого варианта, более двух миллионов лет назад, от ныне вымершего родственника волков», — говорит Либ.  Сегмент гена, должно быть, был внедрен более двух миллионов лет назад в волков в результате событий гибридизации с этим ныне вымершим родственником волков.  

Таким образом, небольшая часть ДНК этого вымершего вида до сих пор обнаруживается у желтых собак и белых арктических волков.  «Это напоминает захватывающее открытие, что современные люди несут в своих геномах небольшую часть ДНК от ныне вымерших неандертальцев», — добавляет Либ.

Исследование стало возможным благодаря творческому отпуску, проведенному профессором Даникой Баннаш из Бернского университета, с его давними исследованиями, посвященными генетике окраса шерсти домашних животных.  

Баннаш, профессор ветеринарной генетики Калифорнийского университета в Дэвисе, отфильтровал соответствующие варианты промоторов из тысяч других функционально нейтральных генетических вариантов.  Эволюционный анализ был проведен Кристофером Кэлином и Грегори Баршем из Института Гудзон-Альфа и Стэнфордского университета.

Исследование финансировалось грантами Швейцарского национального научного фонда SNSF, фондов кафедры Максин Адлер, фонда Джейн и Аатоса Эркко и Академии Финляндии. 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *