Пятна, полосы и вкрапления: цветовые узоры кошачьей шерсти связаны с ключевым геном | Центр новостей

Исследователи обнаружили некоторые генетические факторы, лежащие в основе окраски кошек, от абиссинцев и табби до леопардов и тигров.

7 сентября 2021 г.
— By Hanae Armitage

Может показаться, что ваша малоподвижная домашняя кошка не имеет много общего со своими свирепыми родственниками, бродящими по африканской саванне. Но исследователи из Стэнфордской медицины обнаружили специфический ген, который в значительной степени отвечает за развитие полос, пятен и пятен, украшающих весь кошачий мех.

«Цветовые узоры — одна из неразгаданных биологических тайн; нет модели организма для его изучения — у мышей нет полос или пятен», — сказал Грегори Барш, доктор медицинских наук, почетный профессор генетики. «Цветовые узоры и изменчивость, которые вы видите у таких животных, как тигры, гепарды и зебры, вызвали у нас несколько центральных вопросов: каковы генетические механизмы развития и клеточные механизмы, которые приводят к возникновению этих узоров, и как они были изменены в ходе эволюции млекопитающих? породить удивительное разнообразие образов и форм, которые мы видим сегодня?»

Барш и его команда частично ответили на этот вопрос: они идентифицировали ген DKK4, который помогает регулировать раннее развитие различных рисунков меха у домашних кошек. Команда подозревает, что DKK4, вероятно, участвует в окраске всех кошек и, возможно, других млекопитающих.

Выводы исследователей опубликованы 7 сентября в Nature Communications . Барш — старший автор. Ученые-исследователи Кристофер Келин, доктор философии, и Келли Макгоуэн, доктор медицины, доктор философии, являются соавторами.

От чего тикают кошки?

Исследователи ранее идентифицировали другой ген, который контролирует изменение цвета шерсти у полосатых кошек. Это тот же ген, который объясняет разницу между гепардами и королевскими гепардами, которые имеют более толстый и заметный рисунок меха.

«Изучая домашних кошек, мы знали, что существуют и другие гены, которые способствуют формированию окраски; мы просто не знали, что это такое», — сказал Барш.

Они нашли ключ к разгадке в ткани эмбриона кошки, которая, казалось, предвещала цвет меха: утолщение кожной ткани в определенных областях. Эти утолщенные области составляют «предварительный рисунок», который имитирует возможные цветовые узоры шерсти взрослой кошки. Толстая область отмечает участки меха, которые позже станут темнее; тонкая область отмечает пятна, которые будут светлее.

«Мы называем этот шаг «установлением», и он происходит задолго до появления цвета и задолго до того, как волосяные фолликулы созреют», — сказал Барш.

Существуют и другие гены, которые отвечают за то, например, почему у некоторых кошек есть пятна, а у некоторых кошек есть полосы.

Препаттерн предоставил исследователям своего рода карту, указывающую клетки, участвующие в создании паттерна, и время формирования паттерна. Затем исследователи изучили генетический состав отдельных клеток в толстых и тонких участках кожи. DKK4 был особенно активен в утолщенной коже, но не в коже, которая оставалась относительно тонкой.

Но чтобы действительно зафиксировать связь между DKK4 и ранним формированием паттерна, команда обратилась к абиссинской кошке. Абиссинцы известны тем, что их шерсть имеет размытые цвета с крошечными более темными отметинами, сжатыми вместе, как будто кто-то использовал карандаш, чтобы слегка заштриховать слой серого поверх их оранжево-коричневой шерсти. Барш и его команда выявили разрушительные мутации в гене DKK4, ответственные за очевидное отсутствие полосатых отметин у абиссинской кошки, вид, который называется «тикированный».

«Если удалить DKK4, темные области не исчезнут полностью, но станут меньше и станут более плотными», — сказал Барш.

Вам может быть интересно, а как насчет полностью белых кошек? Или полностью черные кошки? Они тоже имеют узор под своей монохромной полосой меха. Есть два различных процесса, которые создают цветовой узор: один формирует узор во время эмбрионального развития, а другой переводит узор в пигмент, вырабатываемый в волосяных фолликулах. У однотонных кошек рисунок по существу перекрывается инструкциями производить везде темный пигмент. У белых кошек пигмент отсутствует.

Расшифровка DKK4

Ученые точно не знают, как DKK4 окрашивает множество цветовых узоров домашних кошек, но они знают, что DKK4 взаимодействует с классом белков, называемых WNT, которые имеют решающее значение для раннего развития. WNT и DKK4 помогают сформировать предварительный рисунок, когда эмбрионы имеют длину всего два или три миллиметра, за несколько недель до образования пигмента в волосах. DKK4 участвует в маркировке областей, которые в конечном итоге будут иметь темные пигментированные волосы, сказал Барш, но неясно, как эти участки кожи помнят свою судьбу, чтобы вызвать целевой пигмент.

«Это один из самых больших вопросов без ответа в нашей работе — как связать процесс формирования предварительного шаблона с процессом, который реализует шаблон позже в процессе разработки», — сказал он. «Это то, что мы активно пытаемся выяснить».

Вдобавок ко всему, DKK4 — это лишь часть ответа на загадочную генетику, определяющую узоры меха. «Есть еще другие гены, которые стоят за тем, например, почему у некоторых кошек есть пятна и почему у некоторых кошек есть полосы», — сказал Барш. Изучение этого тоже входит в их список.

Это исследование финансировалось Институтом биотехнологии HudsonAlpha и Национальным институтом здравоохранения (грант AR-067925).