Руді коти, як правило, мають репутацію. Люди називають їх дивакуватими, лагідними, хаотичними або просто трохи дивними. Але хоча їхня поведінка може бути предметом суперечок, їх колір завжди порушував чітке генетичне питання.
Нове дослідження, проведене в Стенфордському університеті, виявило втрату на Х-хромосомі, яка включає зазвичай мовчазний ген у пігментних клітинах, викликаючи руде хутро.
Результати дослідження були опубліковані в журналі Current Biology.
Генетична загадка із довгою історією
Руде хутро у домашніх кішок показує сильний зв'язок зі статтю, оскільки більшість рудих кішок — самці. Ця закономірність була помічена з початку 1900-х років, що повідомило вченим, що відповідальний ген, швидше за все, знаходиться на Х-хромосомі. Будь-який самець, який його успадкував, стає рудим, тоді як самкам із двома Х-хромосомами для того ж потрібно дві копії гена. Самки кішок можуть бути рудими, але це буває рідко - зазвичай вони є сумішшю рудого і чорного (черепаховий або ситцевий).
На відміну від інших ссавців з рудими відтінками - тигрів, золотистих ретриверів і рудоволосих людей - руде забарвлення кішок не пов'язане зі звичайними пігментними генами (такими як MC1R або ASIP).
"У ряду видів, що мають жовтий або помаранчевий пігмент, ці мутації майже виключно відбуваються в одному з двох генів, і жоден з цих генів не зчеплений зі статтю", - сказав провідний автор доктор Крістофер Кейлін, спеціаліст з біологічних досліджень на кафедрі генетики Стенфордського університету.
Вчені мали приблизне уявлення про те, де може бути мутація у кішок, але нічого не було підтверджено – це був генетичний виняток.
У кішок колір пов'язаний із загадкою: риса, яка успадковується, явно пов'язана зі статтю, але не має звичайних генетичних підозрюваних.
"Це генетичний виняток, який був помічений понад сто років тому", - сказав Кейлін. «Саме ця порівняльна генетична головоломка мотивувала наш інтерес до помаранчевого кольору, зчепленого зі статтю».
Використовуючи попередні роботи, Кейлін та його колеги вирішили знайти точну мутацію, відповідальну за руде хутро у домашніх кішок, і зрозуміти, чому ця риса поводиться так по-іншому в порівнянні з аналогічними забарвленнями в інших ссавців.
Виявлення мутації, що лежить в основі рудого хутра
Команда використовувала нові геномні ресурси, включаючи повні геномні послідовності багатьох порід кішок та зразки ДНК, зібрані в клініках стерилізації та кастрації на всій території США.
"Наша можливість зробити це стала можливою завдяки розробці геномних ресурсів для кішок, які стали доступними всього за останні 5 або 10 років", - сказав Кейлін.
Вони зосередилися на рудих котах-самцях, оскільки у самців лише одна X-хромосома, будь-яка мутація на ній чітко виявлятиметься. Порівнюючи їх ДНК, дослідники виявили 51 варіант, загальний для рудих котів. Потім вони виключили більшість, перевіривши нерудих котів, залишивши лише три варіанти.
Один із них, невелика вибірка у 5000 пар основ, виділявся з вищою активністю в гені під назвою Arhgap36.
Команда підтвердила, що вибірка була наявна у всіх 145 рудих котів і була відсутня у 37 нерудих котів, що посилює її зв'язок із кольором хутра.
"У той час, коли ми його виявили, ген Arhgap36 не мав жодного зв'язку з пігментацією", - сказав Кейлін.
Використовуючи секвенування РНК окремих клітин зародкової шкіри котів, команда виявила, що у рудих котів ген Arhgap36 був включений в пігментних клітинах; однак у нерудих котів та інших ссавців цього не було.
«Arghap36 не експресується у пігментних клітинах мишей, людських пігментних клітинах або пігментних клітинах нерудих котів. Мутація у рудих котів, мабуть, включає експресію Arghap36 у пігментних клітинах, де він зазвичай не експресується», - додав Кейлін.
Ця неправильна експресія, мабуть, блокує частину сигнального шляху MC1R, який зазвичай керує виробленням чорного або коричневого пігменту. Натомість пігментні клітини за умовчанням виробляють помаранчевий пігмент.
На відміну від інших видів, у яких помаранчеве забарвлення відбувається на ранніх етапах вироблення пігменту, мутація у кішок вступає в дію пізніше, блокуючи функцію ключової сигнальної молекули нижче MC1R.
Команда підтвердила, що Arhgap36 активується лише у шкірі рудих котів. В інших органах не було жодних змін, що говорить про те, що ефект специфічний для пігментних клітин.
"Звичайно, це дуже незвичайний механізм, при якому ви отримуєте неправильну експресію гена у певному типі клітин", - сказав Кейлін.
Щоб перевірити ефект Arhgap36, дослідники ввели ген до пігментних клітин людини, де він знизив рівень PKAC — білка, необхідного для активації пігментних генів.
Еволюційна історія гена рудої кішки
Результати показують, як ген, який не має відомого зв'язку з кольором, може взяти на себе нову роль. Ця зміна розташування, а не функції створює видиму ознаку.
"Ми вважаємо, що це приклад того, як гени набувають нових функцій, які дозволяють їм адаптуватися", - сказав Кейлін.
Цей вид регуляторної перебудови, що іноді називається молекулярним втручанням, є поширеною темою в еволюції. Мутація рудого кота показує, як зміни у регуляції гена, а не в його структурі, можуть керувати ознаками.
Команда виявила, що всі руді коти в їхньому дослідженні несли ту саму ділянку ДНК навколо мутації, що вказує на єдине походження ознаки принаймні 900 років тому.
"Це те, що виникло у домашньої кішки, ймовірно, на початку процесу одомашнення", - сказав Кейлін. «Ми знаємо це, тому що є картини, що датуються 12 століттям, на яких ви бачите чіткі зображення триколірних кішок. Тож мутація досить стара».
Чи може це незвичайне генетичне відкриття грати роль у сумнівній поведінці рудих котів?
"Очікування, засноване на наших спостереженнях, полягає в тому, що це дуже специфічно для пігментних клітин", - сказав Кейлін.
"Я не думаю, що ми можемо виключити можливість того, що в якійсь тканині, яку ми не тестували, є змінена експресія гена, яка може вплинути на поведінку", - додав він.
Проте він підозрює, що стереотип про рудих котів більше пов'язаний зі статтю, ніж із генетикою — більшість рудих кішок — самці.
"Існує не так багато наукових досліджень особистості рудих котів", - зазначив він.
