Ген, отвечающий за вариации окраски у многих видов
Ген агути, сигнальный белок агути (ASIP), отвечает за вариации цвета у многих видов. Агути работает с расширением, чтобы регулировать цвет меланина , который вырабатывается в волосах. Белок агути вызывает выработку феомеланина от красного до желтого, в то время как конкурирующая молекула α-MSH сигнализирует о выработке эумеланина от коричневого до черного. У мышей дикого типа чередование циклов выработки агути и α-MSH вызывает окраску агути . Каждый волосок имеет полосы желтого цвета, которые выросли во время выработки агути, и черные, которые выросли во время выработки α-MSH. У мышей дикого типа также светлые животы. Волосы там имеют кремовый цвет по всей длине, потому что белок агути вырабатывался все время, пока росли волосы. [1] [2]
У мышей и других видов мутации потери функции обычно вызывают более темный цвет, тогда как мутации приобретения функции вызывают более желтую шерсть. [3]
Мыши
По состоянию на 1979 год у мышей было известно 17 аллелей агути. [4]
Летальный желтый A y вызывает желтую окраску и ожирение. Он доминирует над всеми другими аллелями в серии. При гомозиготности он летален на ранних стадиях развития. [4]
Viable yellow A vy выглядит похоже на lethal yellow и также вызывает ожирение, но не является летальным, если гомозиготный. Гомозиготные viable yellow мыши могут быть разного цвета от чистого желтого до пятнистого черного и желтого до более темного цвета, похожего на цвет агути. [4]
Промежуточный желтый aiy вызывает пятнистую желтую окраску, которая, как и жизнеспособный желтый, иногда может напоминать агути. [ 4]
Сиена желтая. Гетерозиготы A sy имеют темно-желтый цвет, в то время как гомозиготы, как правило, имеют более чистый желтый цвет. [4]
Белобрюхие мыши агути A W имеют окраску агути, с черными на кончиках волосками, затем желтыми, затем снова черными, и белыми или коричневыми животами. [4]
Агути А выглядит как А W , но живот темный, как и спина. [4]
Черный с подпалом a t вызывает черную спину с подпалым животом. Гетерозиготы A/a t выглядят как мыши A W. [4]
Мыши Nonagouti a почти полностью черные, с несколькими желтыми волосками вокруг ушей и гениталий. [4]
Мыши Extreme nonagouti a e полностью черные и являются рецессивными по отношению ко всем остальным аллелям в серии. [4]
Это не полный список аллелей агути у мышей.
Аллель а нонагути с необычайной вероятностью может вернуться в аллель черно-подпалого окраса a t или в аллель агути с белым брюшком A W . [5]
Выработка агути регулируется несколькими различными промоторными областями, способными стимулировать транскрипцию только в вентральной области (животе), как это наблюдается у мышей агути с белым брюшком и черно-подпалых мышей, или по всему телу, но только во время определенной части цикла роста волос, как это наблюдается у агути и агути с белым брюшком. [6]
Летальный желтый и жизнеспособный желтый вызывают ожирение , признаки диабета II типа и более высокую вероятность опухолей. [2] У нормальных мышей Агути экспрессируется только в коже во время роста волос, но эти доминирующие желтые мутации вызывают его экспрессию в других тканях, включая печень , мышцы и жир . [7] Локус красного дерева взаимодействует с Агути , и мутация там может перекрыть эффекты пигментации и веса тела летального желтого. [8]
Жизнеспособные желтые мыши агути могут наследовать эпигенетические различия от своей матери, что влияет на то, насколько желтыми или коричневыми они станут. [9]
Ген агути у мышей находится на хромосоме 2. [2]
Собаки
У собак ген агути связан с различными окрасами и узорами шерсти. [10]
Аллели в локусе A связаны с производством белка агути-сигнализации (ASIP) и определяют, будет ли животное проявлять агути- внешность и, контролируя распределение пигмента в отдельных волосках, какой тип агути. Известно четыре аллеля, которые встречаются в локусе A:
A y = палевый или соболиный (рыжевато-коричневый с черными усами и различным количеством черных кончиков и/или полностью черных волосков, разбросанных по всему телу) - палевый окрас обычно относится к собакам с более четким подпалом, а соболиный - к собакам с более черными оттенками.
a w = Дикий тип агути (каждый волосок с 3-6 чередующимися черными и рыжими полосами) - также называется волчьим соболем
a t = подпалый (черный с подпалинами на морде и нижней части тела) - включая подпалый (подпал с черным седлом или попой) [11] [12]
a = Рецессивный черный (черный, ингибирование феомеланина)
a yt = Рекомбинантный палевый (выражает разнообразный фенотип в зависимости от породы) был выявлен у многочисленных тибетских спаниелей и особей других пород, включая динго. Его иерархическое положение пока не изучено. [13] [14] [15]
Большинство текстов предполагают, что иерархия доминирования для аллелей локуса A выглядит следующим образом: A y > aw > at > a ; однако исследования предполагают существование парных отношений доминирования/рецессивности в разных семьях, а не существование единой иерархии в одной семье. [16]
A y не полностью доминирует над a t , поэтому гетерозиготные особи имеют больше черных соболиных, особенно в виде щенков, и A y a t может напоминать фенотип a w a w . Другие гены также влияют на количество черного в шерсти.
aw — единственный аллель , присутствующий у многих северных шпицев и отсутствующий у большинства других пород.
a t включает в себя рыжевато-коричневый и седловато-коричневый, оба из которых выглядят как рыжевато-коричневый при рождении. Гены-модификаторы у щенков седловато-коричневого вызывают постепенное уменьшение черной области до тех пор, пока не будет достигнут рисунок седловато-коричневого.
a присутствует только у нескольких пород. Большинство черных собак черные из-за аллеля локуса K.
Исследование 2021 года выявило различные генетические причины для палевого и соболиного окрасов, которые оно называет «доминантный желтый» и «затененный желтый». Оба имеют более активный промотор цикла волос, чем агути дикого типа, но у доминирующего желтого также более активный вентральный промотор. Считается, что промотор цикла волос, участвующий в этих цветах, возник около 2 миллионов лет назад у вымершего вида псовых, который позже скрещивался с волками. [17]
Кошки
Доминантный, дикий тип A позволяет волосам быть полосатыми черными и красными (раскрывая лежащий в основе рисунок табби ), в то время как рецессивный не-агути или «гипермеланистический» аллель, a , вызывает выработку черного пигмента на протяжении всего цикла роста волос. [18] Таким образом, не-агути генотип (aa) маскирует или скрывает рисунок табби, хотя иногда можно увидеть намек на лежащий в основе рисунок (так называемый «призрачный рисунок полос»), особенно у котят. Сцепленная с полом оранжевая окраска эпистатична по отношению к агути и предотвращает выработку черного пигмента.
Лошади
У обычных лошадей ASIP ограничивает выработку эумеланина «точками»: ногами, гривой, хвостом, краями ушей и т. д. [21] В 2001 году исследователи обнаружили рецессивную мутацию ASIP , которая при гомозиготности оставляла лошадь без какого-либо функционального ASIP. В результате лошади, способные производить настоящий черный пигмент, имели однородно черную шерсть. [ 22] Доминантный аллель дикого типа , производящий гнедую масть , обозначен как A , в то время как рецессивный аллель, производящий черную масть , обозначен как a . Расширение эпистатично по отношению к агути и вызовет каштановую окраску независимо от того, какие аллели агути присутствуют.
История
Причина различных оттенков гнедого, в частности генетические факторы, ответственные за дикий гнедой и тюлений коричневый , оспариваются уже более 50 лет. В 1951 году зоолог Мигель Одриосола опубликовал «A los colores del caballo», в котором он предложил четыре возможных аллеля для гена «A», A+ , A , A t и a , в порядке от наиболее доминирующего к наименее. [23]
Это было принято до 1990-х годов, когда стала популярной другая гипотеза. [24] Она предполагала, что оттенки гнедого были вызваны многими различными генами, некоторые из которых осветляли шерсть, некоторые — затемняли ее. Эта теория также предполагала, что лошади тюленьего коричневого цвета были черными лошадьми с признаком, называемым pangare . [25] Pangaré — это наследственный признак, также называемый «мучнистым», который выделяет мягкие или коммуникативные части лошади в желтовато-коричневом цвете.
Сочетание черного и пангаре было отклонено как причина коричневого окраса в 2001 году, когда французская исследовательская группа опубликовала работу «Мутации в локусах агути (ASIP), расширения (MC1R) и коричневого (TYRP1) и их связь с фенотипами окраса шерсти у лошадей (Equus caballus)» . В этом исследовании использовался ДНК-тест для идентификации рецессивного аллеля a в локусе агути, и было обнаружено, что ни одна из лошадей, соответствующих фенотипу коричневого окраса, не была гомозиготной по аллелю a . [22] [26]
В 2007 году одна генетическая лаборатория начала предлагать тест на то, что, по их мнению, было маркером коричневого окраса, а позднее на аллель агути, который, как они считали, вызывал коричневый цвет. [27] [28] Однако базовое исследование так и не было опубликовано, и тест был приостановлен к 2015 году из-за ненадежных результатов. [29] [30]
Генетические аллели, которые создают коричневый тюлень и дикий тип гнедого, остаются неизвестными. Все еще предполагается, что в некоторой степени потемнение окраса шерсти у некоторых гнедых может регулироваться неродственными генами для таких признаков, как « закопченный ». [31]
Ослы
У большинства ослов есть кремовые или серо-белые области на животе и вокруг морды и глаз, называемые светлыми точками или пангаре . Однако рецессивный вариант агути приводит к тому, что эти области имеют тот же цвет, что и тело, в узоре, называемом отсутствие светлых точек или NLP, который похож на рецессивный черный у других млекопитающих. Этот аллель можно найти у нормандских ослов и американских миниатюрных ослов . [32]
Кролики
У кроликов дикий тип — агути со светлым животом, а рецессивный аллель не-агути вызывает черную шерсть. Третий аллель, возможно, мутация в регуляторной или промоторной области, как полагают, вызывает черно-подпалый окрас. Предполагается, что аллель не-агути впервые появился до 1700 года. [3]
Агути связан с геном широкополосности , с частотой кроссинговера около 30%. [33]
Как и мыши с белым брюшком агути, кролики с диким типом агути производят транскрипты с различными нетранслируемыми 5'-концами, которые имеют различную дорсальную и вентральную экспрессию. Экзон 1A экспрессируется только в области живота и может быть ответственным за более светлый цвет там. [3]
Ссылки
^ Furumura M, Sakai C, Abdel-Malek Z, Barsh GS, Hearing VJ (август 1996 г.). «Взаимодействие сигнального белка агути и гормона, стимулирующего меланоциты, для регуляции образования меланина у млекопитающих». Pigment Cell Research . 9 (4): 191–203. doi :10.1111/j.1600-0749.1996.tb00109.x. PMID 8948501.
^ abcd Fontanesi L, Forestier L, Allain D, Scotti E, Beretti F, Deretz-Picoulet S, et al. (март 2010 г.). «Характеристика гена сигнального белка кролика агути (ASIP): транскрипты и филогенетический анализ, а также идентификация причинной мутации черного окраса шерсти нонагути». Genomics . 95 (3): 166–75. doi :10.1016/j.ygeno.2009.11.003. PMID 20004240.
^ abcdefghij Silvers WK (1979). "Агути и серия аллелей расширения, умбровый и соболь". Лаборатория Джексона . Springer Verlag . Получено 11 мая 2019 г.
^ Bultman, SJ; Klebig, ML; Michaud, EJ; Sweet, HO; Davisson, MT; Woychik, RP (1994). «Молекулярный анализ обратных мутаций от неагути (A) к черно-подпалому (A(t)) и белобрюхому агути (Aw) выявляет альтернативные формы транскриптов агути». Genes & Development . 8 (4): 481–490. doi : 10.1101/gad.8.4.481 . PMID 8125260.
^ Vrieling, H.; Duhl, DM; Millar, SE; Miller, KA; Barsh, GS (1994). «Различия в дорсальной и вентральной пигментации являются результатом региональной экспрессии гена агути у мышей». Труды Национальной академии наук . 91 (12): 5667–5671. Bibcode : 1994PNAS...91.5667V. doi : 10.1073/pnas.91.12.5667 . PMC 44057. PMID 8202545 .
^ Klebig ML, Wilkinson JE, Geisler JG, Woychik RP (май 1995 г.). «Эктопическая экспрессия гена агути у трансгенных мышей вызывает ожирение, признаки диабета II типа и желтый мех». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 92 (11): 4728–32. Bibcode : 1995PNAS ...92.4728K. doi : 10.1073/pnas.92.11.4728 . PMC 41780. PMID 7761391.
^ Ганн, Тереза М.; Миллер, Кимберли А.; Хе, Лин; Хайман, Ричард В.; Дэвис, Рональд В.; Азарани, Арезу; Шлоссман, Стюарт Ф.; Дьюк-Кохан, Джонатан С.; Барш, Грегори С. (1999). «Мышиный локус красного дерева кодирует трансмембранную форму человеческого аттрактина». Nature . 398 (6723): 152–156. Bibcode :1999Natur.398..152G. doi :10.1038/18217. PMID 10086356. S2CID 4371433.
^ Морган, Хью Д.; Сазерленд, Хайди GE; Мартин, Дэвид IK; Уайтлоу, Эмма (1999). «Эпигенетическое наследование в локусе агути у мышей». Nature Genetics . 23 (3): 314–318. doi :10.1038/15490. PMID 10545949. S2CID 21512043.
^ Дрегер DL, Шмутц SM (2011). «Вставка SINE вызывает фенотипы черно-подпалого и седло-подпалого окрасов у домашних собак». Журнал наследственности . 102 (Suppl 1): S11-8. doi :10.1093/jhered/esr042. PMID 21846741.
^ Дрегер DL, Паркер HG, Острандер EA, Шмутц SM (2013). «Идентификация мутации, которая связана с фенотипами седло-подпалый и черно-подпалый у бассет-хаундов и вельш-корги пемброк». Журнал наследственности . 104 (3): 399–406. doi : 10.1093/jhered/est012 . PMID 23519866.
^ Dayna L Dreger; et al. (29 мая 2019 г.). «Истинные цвета: коммерчески приобретенные морфологические генотипы выявляют скрытую аллельную вариацию среди пород собак, информируя как о происхождении признака, так и о потенциале породы». PLOS ONE . 14 (10): e0223995. Bibcode :2019PLoSO..1423995D. doi : 10.1371/journal.pone.0223995 . PMC 6816562 . PMID 31658272 . Получено 23 сентября 2019 г.
^ Серия Агути
^ Дайна Л. Дрегер и др. (3 июля 2020 г.). «Атипичные генотипы сигнального белка собачьей породы агути предполагают новую хромосомную перестройку». Гены . 11 (7): 739. doi : 10.3390/genes11070739 . PMC 7397341. PMID 32635139 .
^ Kerns JA, Newton J, Berryere TG, Rubin EM, Cheng JF, Schmutz SM, Barsh GS (октябрь 2004 г.). «Характеристика гена агути у собак и неагутимутация у немецких овчарок». Mammalian Genome . 15 (10): 798–808. doi :10.1007/s00335-004-2377-1. PMID 15520882. S2CID 27945452.
^ Баннаш, Даника Л.; и др. (2021). «Окрасочные узоры собак объясняются модульными промоторами древнего происхождения собачьих». Nature Ecology & Evolution . 5 (10): 1415–1423. Bibcode : 2021NatEE...5.1415B. doi : 10.1038 / s41559-021-01524-x . PMC 8484016. PMID 34385618. S2CID 229549711.
^ Eizirik E, Yuhki N, Johnson WE, Menotti-Raymond M, Hannah SS, O'Brien SJ (март 2003 г.). «Молекулярная генетика и эволюция меланизма в семействе кошачьих». Current Biology . 13 (5): 448–53. doi : 10.1016/S0960-9822(03)00128-3 . PMID 12620197. S2CID 19021807.
^ Eizirik E, Yuhki N, Johnson WE, Menotti-Raymond M, Hannah SS, O'Brien SJ (2003). «Молекулярная генетика и эволюция меланизма в семействе кошачьих». Current Biology . 13 (5): 448–53. doi : 10.1016/S0960-9822(03)00128-3 . PMID 12620197. S2CID 19021807.
^ Kaelin CB, Xu X, Hong LZ, David VA, McGowan KA, Schmidt-Küntzel A и др. (сентябрь 2012 г.). «Определение и поддержание паттернов пигментации у домашних и диких кошек». Science . 337 (6101): 1536–41. Bibcode :2012Sci...337.1536K. doi :10.1126/science.1220893. PMC 3709578 . PMID 22997338.
^ "Ген А: Распределение черных пигментированных волос". Ветеринарная генетическая лаборатория Калифорнийского университета в Дэвисе . Получено 26 мая 2009 г.
^ abc Rieder S, Taourit S, Mariat D, Langlois B, Guérin G (июнь 2001 г.). «Мутации в локусах агути (ASIP), расширение (MC1R) и коричневый (TYRP1) и их связь с фенотипами окраски шерсти у лошадей (Equus caballus)». Mammalian Genome . 12 (6): 450–5. doi :10.1007/s003350020017. PMID 11353392. S2CID 2012676. Делеция 11 пар оснований в экзоне 2 ASIP (ADEx2) изменяет аминокислотную последовательность и, как полагают, удлиняет обычный сигнал терминации на 210 пар оснований до 612 пар оснований. Сдвиг рамки, инициированный делецией, приводит к новому модифицированному сигнальному белку агути. Ген ADEx2 был полностью связан с рецессивным черным окрасом лошади (A a /A a ) у всех лошадей, типированных на данный момент
^ Castle WE, Singleton WR (сентябрь 1961 г.). «The palomino horse» (PDF) . Genetics . 46 (9): 1143–50. doi :10.1093/genetics/46.9.1143. PMC 1210264 . PMID 13877241. Архивировано (PDF) из оригинала 2008-09-05.
^ Kostelnik B (2007). "Отправная точка". Сайт Horse Colors . Архивировано из оригинала 3 марта 2008 года . Получено 2008-03-04 .
^ Sponenberg 2003, стр. 123. Рис. 9.10. «Эффект мучнистости обычно светлее и желтее, чем остаточные нечерные области (которые, как правило, более красные) у очень закопченных лошадей».
^ Nancy Castle (2008-03-01). "Brown/Bay Dun". Dun Central Station . Архивировано из оригинала 10 марта 2008 года . Получено 2008-03-04 .
^ "Equine Testing Services". Pet DNA Services of AZ. Архивировано из оригинала 2009-05-22 . Получено 2009-05-26 .
^ "Believe in Brown" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 3 марта 2014 года.
^ "Понимание ДНК лошадей и агути". Архивировано из оригинала 2015-09-24.
^ «Загадочная гнедая лошадь | Генетика окраса».
^ Nancy Castle (2008-03-01). "Brown/Bay Dun". Dun Central Station . Архивировано из оригинала 10 марта 2008 года . Получено 2008-03-04 .
^ ab Abitbol M, Legrand R, Tiret L (апрель 2015 г.). «Миссенс-мутация в гене сигнального белка агути (ASIP) связана с фенотипом шерсти без светлых точек у ослов». Genetics, Selection, Evolution . 47 (1): 28. doi : 10.1186/s12711-015-0112-x . PMC 4389795 . PMID 25887951.
^ Sawin PB (1934). «Сцепление генов «WIDE-BAND» и «AGOUTI»: показано, что ген агути и модификатор расположены на одной хромосоме у домашнего кролика». Журнал наследственности . 25 (12): 477–481. doi :10.1093/oxfordjournals.jhered.a103864.
^ Letko, A.; Ammann, B.; Jagannathan, V.; Henkel, J.; Leuthard, F.; Schelling, C.; Carneiro, M.; Drögemüller, C.; Leeb, T. (2020). «Делеция, охватывающая промотор и первый экзон изоформы транскрипта ASIP, специфичной для цикла роста волос, у черно-подпалых кроликов». Animal Genetics . 51 (1): 137–140. doi :10.1111/age.12881. PMID 31729778. S2CID 208034608.
Дальнейшее чтение
Millar SE, Miller MW, Stevens ME, Barsh GS (октябрь 1995 г.). «Экспрессия и трансгенные исследования гена агути у мышей дают представление о механизмах, посредством которых генерируются образцы окраски шерсти млекопитающих». Development . 121 (10): 3223–32. doi :10.1242/dev.121.10.3223. PMID 7588057.