Genetyczna zagadka rozwiązana: Dziedziczenie wzorców koloru sierści u psów

Genetyczna zagadka rozwiązana: Dziedziczenie wzorców koloru sierści u psów

Międzynarodowy zespół badaczy, w tym naukowcy z Instytutu Genetyki Uniwersytetu w Bernie, rozwikłał zagadkę dziedziczenia wzorów kolorów sierści u psów. Naukowcy odkryli, że wariant genetyczny odpowiedzialny za bardzo jasną sierść psów i wilków powstał ponad dwa miliony lat temu od wymarłego krewnego współczesnego wilka. Dziedziczenie kilku wzorów koloru sierści u psów jest przedmiotem kontrowersji od dziesięcioleci. Naukowcy, w tym Tosso Leeb z Instytutu Genetyki Uniwersytetu w Bernie, wreszcie byli w stanie rozwiązać zagadkę. Nie tylko wyjaśnili, w jaki sposób wzory kolorów sierści są kontrolowane genetycznie, ale naukowcy odkryli również, że jasny kolor sierści białych wilków polarnych i wielu współczesnych psów jest spowodowany wariantem genetycznym pochodzącym od gatunku, który wyginął dawno temu. Badanie zostało właśnie opublikowane w czasopiśmie naukowym Nature Ecology and Evolution.
Dwa pigmenty i “przełącznik” dla wszystkich kolorów sierści
Wilki i psy mogą wytwarzać dwa różne typy pigmentu, czarny zwany eumelaniną i żółty feomelanina. Precyzyjnie regulowana produkcja tych dwóch pigmentów we właściwym czasie i we właściwym miejscu na ciele daje bardzo różne kolory sierści. Przed badaniem u psów rozpoznano cztery różne wzorce i opracowano teorię kilku wariantów genetycznych, które powodują te wzorce. Jednak komercyjne testy genetyczne tych wariantów na wielu tysiącach psów przyniosły sprzeczne wyniki, wskazując, że istniejąca wiedza na temat dziedziczenia wzorów kolorów sierści była niekompletna i nie do końca poprawna. Podczas kształtowania się koloru sierści, tak zwane białko sygnałowe agouti stanowi główny przełącznik organizmu do produkcji żółtej feomelaniny. Jeśli białko sygnałowe agouti jest obecne, komórki produkujące pigment będą syntetyzować żółtą feomelaninę. Jeśli nie ma białka sygnałowego agouti, powstanie czarna eumelanina. „Wcześnie zdaliśmy sobie sprawę, że przyczynowe warianty genetyczne muszą być wariantami regulacyjnymi, które modulują tempo produkcji białka i prowadzą do wyższych lub niższych ilości białka sygnałowego agouti” – wyjaśnia Tosso Leeb.
Pięć zamiast czterech różnych kolorów sierści
Gen białka sygnałowego agouti ma kilka miejsc inicjacji do odczytywania informacji genetycznej, zwanych promotorami. Z jednej strony psy mają promotor brzuszny, który jest odpowiedzialny za produkcję białka sygnałowego agouti w brzuchu. Z drugiej strony psy mają dodatkowy promotor specyficzny dla cyklu włosowego, który pośredniczy w produkcji białka sygnałowego agouti podczas określonych etapów wzrostu włosa i umożliwia tworzenie się pasemek. Po raz pierwszy naukowcy szczegółowo scharakteryzowali te dwa promotory u setek psów. Odkryli dwa warianty promotora brzusznego. Jeden z wariantów przenosi produkcję normalnych ilości białka sygnałowego agouti. Drugi wariant ma wyższą aktywność i powoduje wytwarzanie zwiększonej ilości białka sygnałowego agouti. Naukowcy zidentyfikowali nawet trzy różne warianty promotora specyficznego dla cyklu włosowego. Zaczynając od tych wariantów u poszczególnych promotorów, naukowcy zidentyfikowali łącznie pięć różnych kombinacji, które powodują różne wzory koloru sierści u psów. „Podręczniki muszą zostać napisane od nowa, ponieważ istnieje pięć zamiast wcześniej akceptowanych czterech różnych wzorów u psów” – mówi Leeb.
Nieoczekiwane spostrzeżenia na temat ewolucji wilków
Ponieważ wiele genomów wilków z różnych regionów Ziemi stało się publicznie dostępnych, naukowcy dalej badali, czy zidentyfikowane warianty genetyczne występują również u wilków. Analizy te wykazały, że warianty nadaktywnych promotorów brzusznych i specyficznych dla cyklu włosowego były obecne u wilków już przed udomowieniem współczesnych psów, które rozpoczęło się około 40 000 lat temu. Najprawdopodobniej te warianty genetyczne ułatwiły adaptację wilków o jaśniejszym umaszczeniu do środowisk bogatych w śnieg w minionych epokach lodowcowych. Dziś całkowicie białe wilki arktyczne i wilki o jasnym kolorze w Himalajach nadal noszą te warianty genetyczne. Dalsze porównania sekwencji genów z innymi gatunkami z rodziny psowatych przyniosły bardzo zaskakujące wyniki. Naukowcy byli w stanie wykazać, że nadaktywny wariant promotora specyficznego dla cyklu włosowego u psów i wilków o jasnym kolorze wykazuje więcej podobieństw z bardzo odległymi gatunkami, takimi jak szakal złocisty czy kojot, niż z wilkiem szarym. „Jedynym prawdopodobnym wyjaśnieniem tego nieoczekiwanego odkrycia jest starożytne pochodzenie tego wariantu, ponad dwa miliony lat temu, u wymarłego krewnego wilków” – mówi Leeb. Segment genów musiał zostać wprowadzony do wilków ponad dwa miliony lat temu w wyniku hybrydyzacji z tym wymarłym krewnym wilków. Tak więc mały fragment DNA tego wymarłego gatunku jest nadal znajdowany u żółtych psów i białych wilków arktycznych. „Przypomina to spektakularne odkrycie, że współcześni ludzie noszą w swoich genomach niewielką część DNA od wymarłych neandertalczyków” – dodaje Leeb. Badanie było możliwe dzięki urlopowi naukowemu przeprowadzonemu przez prof. Danikę Bannasch na Uniwersytecie w Bernie, który od dawna koncentruje się na genetyce koloru sierści zwierząt domowych. Bannasch, profesor genetyki weterynaryjnej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Davis, odfiltrował odpowiednie warianty promotora z tysięcy innych funkcjonalnie neutralnych wariantów genetycznych. Analizy ewolucyjne przeprowadzili Christopher Kaelin i Gregory Barsh z HudsonAlpha Institute i Stanford University. Badanie było finansowane z grantów Szwajcarskiej Narodowej Fundacji Naukowej SNSF, Maxine Adler Endowed Chair Funds, Fundacji Jane i Aatos Erkko oraz Akademii Fińskiej.

science