Новые представления в генетике окрасов (1 часть)

Генетика окрасов самый изученный раздел генетики собак. Ее основы были известны генетикам уже с начала ХХ века.

Российским собаководам были доступны труды Н. А. Ильина, Р. Робинсона, К. Литтла и других. Материалы этих исследований, выполненные методом гибридологического анализа, подобно бессмертным законам Менделя в основном вполне правомочны. Внедрение в начале ХХI молекулярно-генетических методов позволило понять многие тонкие механизмы формирования изменчивости окрасов, однако белые пятна в этом вопросе оставались. Решить их удалось только в последние годы. Среди этих проблем были полиморфизм мраморных окрасов, полиморфизм цвета шерсти из локуса агути, оттенки феомеланиновых окрасов и др.

Исследования продолжаются, разрабатываются все новые и новые тесты, которые способствуют стиранию белых пятен в генетике окрасов.

Точное генетическое обозначение этого гена — agouti signalling protein (ASIP), место локализации — 24-я хромосома.

По поводу трактовки отдельных аллелей этого локуса всегда возникало множество разночтений. Это связано с большим полиморфизмом признаков, описываемых этим аллелями. Только в течение нескольких последних лет исследователи то признавали, то отменяли некоторые аллели этого локуса и объясняли фенотипическое проявление того или иного признака другими факторами. В конце 2020 году генетиками из Университета Берна и из Стенфорда были опубликованы результаты многолетнего исследования аллелей агути, которое дополняет и отчасти меняет прежнее представление об этом локусе (Bannasch D.L., Kaelin, et al., 2021).

Действие этого гена заключается в периодическом переключении в волосе синтеза эумеланина на синтез феомеланина. Это обусловливает неравномерное прокрашивание отдельных волос и определенное распределение по телу собаки зон с преобладанием эумеланина или феомеланина. Исследования последних лет показали, что этот процесс связан с наличием в гене агути специфических промоторов, которые регулируют его работу: HCP (промотор цикла волос, Hair Cycle Promotor) и VP (вентральный промотор, Ventral Promotor). Промотор HCP отвечает за цикличность работы гена агути в волосе и переключение синтеза эумеланина на феомеланин. Промотор VP отвечает за распределение этих пигментов по корпусу собаки и интенсивности рисунка чепрака. В настоящий момент обнаружены мутации, дающие пять вариантов промотров HCP и два варианта промотора VP, которые хорошо описывают вариации окрасов локуса агути.

Промоторы HCP оказывают активирующее воздействие на ген ASIP (агути) и тем самым подавляют синтез эумеланина. Интересно что, самым сильным активатором является HCP1, при котором все волосы оказываются практически рыжими. HCP2 действует на ген ASIP, несколько слабей, что приводит к образованию темных концов волоса или чередованию эумеланиновых и феомеланиновызх зон. При вариантах HCP3, HCP4 и HCP5 феомеланиновые зоны волоса оказываются совсем узкими и волосы выглядят практически эумеланиновыми (черными, коричневыми, голубыми или лиловыми).

Промоторы VP способствуют распределению различно окрашенных волос по телу собаки и созданию определенных рисунков, характерных для диких рыжих*, зонарных, чепрачных и подпалых вариантов. Наболее активное подавление эумеланина наблюдается на нижней поверхности тела, что и проявляется в возникновении рисунка подпала. При этом промотор VP1 оказывается более сильным, чем промотор VP2.

Таким образом, в результате определенных сочетаний этих промоторов и получаются основные окрасы локуса агути:

• VP1-HCP1 приводит к практически рыжему цвету шерсти, называемому доминантным рыжим, обозначаемому аллелем A^y.
• VP2-HCP1 приводит к затемненному (волосы с темными концами) рыжему цвету шерсти, называемому затененным рыжим, или соболиным рыжим, обозначаемому аллелем A^ys.
• VP2-HCP2 способствует развитию зонарного окрасa, обозначаемому аллелем a^w.
• VP1-HCP4 приводит к формированию чепрачного окраса, обозначаемому аллелем a^sa.
• VP2-HCP3 (HCP4, HCP5) приводит к формированию подпалого окраса, обозначаемому аллелем a^t.

Наглядное представление о формировании окрасов, обусловленных аллелями локуса А,  дает таблица, составленная О. Викторовской https://mydog.press/hovye-dannye-o-genetike-okrasov-

*Под «диким рыжим» окрасом имеется в виду рыжий окрас, характерный для некоторых диких представителей семейства собачьих, а также некоторых аборигенных собак. При этом животные имеют характерный рисунок, сопровождающийся сильным осветлением на морде, конечностях, нижней части корпуса.

Благодаря исследованиям Bannasch, D.L., et al (2021) оказалось возможным выделить новый аллель A^ys, похожий по действию на А^y, однако способствующий большему затемнению волос верхнего отдела туловища. Это открытие позволило внести ясность в сложный вопрос о рыжих окрасах собак. Эти же исследования подтвердили наличие аллеля a^sa — инициирующего формирование чепрачного окраса, наличие которого предполагалось прежними исследователям, однако идентифицировать его молекулярно-генетически не удавалось.

В настоящий момент аллели локуса А можно представить следующим образом:

ЛОКУС, А

Основные аллели локуса формирующие окрас

• А^y (а^y) — доминантный рыжий
• A^ys — соболиный
• a^w — зонарный
• a^sa — чепрачный
• a^t — подпалый
• а — рецессивный эумеланиновый сплошной

Порядок доминирования аллелей в этом локусе: A^y> A^ys > a^w > a^sa> a^t > а

ЛОКУС Е (extension) — ген рецептора меланоцитстимулирующего гормона (MSHr). Точное генетическое обозначение — melanocortin receptor 1 (MC1R), место локализации — 5-я хромосома. Этот локус обусловливает распределение черного или коричневого эумеланина по волосу и корпусу собаки, не изменяя при этом количества феомеланина.

Много вопросов возникало и по поводу разнообразия зонарного окраса, его оттенками и специфическим рисунком «обратной маски» на голове. Разобраться с этим также помогли исследования последнего десятилетия.

В настоящий момент в локусе Е описаны следующие аллели:

• E^m — наличие темной маски
• E — позволяет эумеланину распространяться по всему телу собаки
• E^g — окрас «гризли» короткошерстных борзых и окрас «домино» афганов
• Еh — «соболиный» окрас кокеров
• e^А — «домино северных собак»
• e¹ — препятствует проникновению эумеланина в волосы
• e² — препятствует проникновению эумеланина в волосы
• e³ — препятствует проникновению эумеланина в волосы

Доминантный в данном локусе аллель E^m обусловливает наличие эумеланиновой маски. Эпистатичными по отношению к аллелю E^m являются доминантный аллель K^В/- и рецессивная пара аллелей а/а. Под воздействием этих аллелей наличие маски бывает просто незаметным на фоне сплошного окраса. Однако при этом собаки, имеющие сплошной окрас, вполне могут быть носителями аллеля маски. На фоне зонарно-серого, чепрачного, подпалого и тигрового окрасов маска проявляется в полную силу. Однако у интенсивно-рыжих собак — носителей коричневого пигмента она может также стать практически незаметной. Аллель E^m может проявлять разную степень экспрессивности, в силу чего маска имеет широкую вариабельность. Она может присутствовать не только на морде, но и на всей передней части головы, вплоть до ушей. Иногда наличию маски сопутствует и затемнение всей передней части тела. Помимо разной экспрессивности на степень распространения маски и ее рисунок, характерный для той или иной породы, действуют и гены-модификаторы.

Аллель Е обусловливает распространение пигментов группы эумеланина (совместно с феомеланином) по всему корпусу. Рисунок окраса зависит от наличия того или иного аллеля локусов, А и К (о взаимодействии генов этих локусов см. ниже).

Аллель E^g (extention grizzlе, zobol gen) — молекулярно-генетические исследования выявили наличие этого аллеля изначально у борзых ряда пород.

Под воздействием этого аллеля у его носителей происходит модификация подпалого окраса — расширяется зона подпала, происходит осветление чепрака, на морде и голове образуется светлая маска характерной формы, называемая обратной. У афганов этот вариант расцветки называется «домино», у салюки — «гризли», у русских псовых борзых — «бурматный».

Может он быть и в тигровом варианте. Генотип собак подобных окрасов — a^t/a^t E^g/- k^y/k^y или a^t/a^t E^g/- k^br/-. В последние годы этот аллель был выявлен при комплексном молекулярно-генетическом исследовании и у ряда других пород, в том числе у акиты, таксы, фоксхаунда, йоркширского терьера и др. (на данный момент около 30 пород), что свидетельствует о его более широком его распространении, чем предполагалось изначально.

Аллель Е^h был обнаружен у английских кокер спаниелей. Он обусловливает «соболиный» окрас собак этой породы. Фенотипически он похож на осветленный чепрачный или сильно затененный соболиный окрас. Его действие проявляется у собак с генотипом a^t/a^t E^h/E^h К^В/-. У кокеров генотипа a^t/a^t E^h/E^h k^y/k^y он проявляется как «грязный рыжий».

Аллель e^А — мутация, обнаруженная в 2019 году у целого ряда пород, относящихся к самым разным породным группам, которая образует цвет шерсти, внешне напоминающий подпалый, с хорошо выраженной обратной маской.

Аллель e^А был обнаружен у всех протестированных аляскинских маламутов и в большей или меньшей степени у хаски и многих других северных ездовых собак и лаек. Кроме проявления специфического рисунка, данный аллель в ряде случаев оказывает угнетающее действие на синтез эумеланина. В последние годы он идентифицирован у собак многих пород самых разных групп, а таже диких представителей рода Canis. Поэтому этот вариант цвета шерсти часто называют «домино северных собак», или «хаски» (у чихуахуа). Однако в ряде случаев аллели e^А имеют весьма слабое фенотипическое проявление, что, по-видимому, зависит от взаимодействия с разными аллелями локусов А и К. Иногда аллель e^А обозначают как E^d.

Аллель е препятствует распространению пигментов эумеланиновой группы по всему корпусу собаки. Темноокрашенными остаются только кожные покровы и глаза.

Этот аллель эпистатичен по отношению ко всем другим генам окраса. В этой серии аллель е полностью рецессивен по отношению к предыдущим.

В последние годы у ряда пород собак открыты новые рецессивные аллели e¹, e² и e³, обусловливающие разные оттенки рыжих окрасов. Механизм их действия и распространения в разных породах еще нуждается в дальнейшем анализе.

Порядок доминирования в этом локусе:

E^m > E > E^g и Е^h >e^А > e.

По поводу порядка доминирования аллелей E^g и Е^h имеются разногласия у разных авторов.

«Французский шоколад»

Фенотипически коричневые французские бульдоги, у которых в локусе В с помощью тестов определялся аллель черного окраса, были известны давно. Такой вариант назывался «французский шоколад», и он был источником постоянных споров среди породников. В течение нескольких лет генетики занимались поисками этой специфической мутации, которые в конце концов успешно завершились. В 2020 году в гене HPS3 была обнаружена мутация, связанная с окрасом «французский шоколад», или «какао».

Ген HPS3 участвует в созревании пигментных гранул, содержащих черный пигмент — эумеланин. Аллель дикого типа СО — доминантный, у носителей этого аллеля механизм формирования черного пигмента не нарушен. В лабораторных тестах аллель СО часто обозначается как N.

Собаки генотипа co/co (гомозиготы по рецессивной мутации в гене HPS не могут производить полноценный черный пигмент, вместо него образуется темно-коричневый. Часто такие собаки имеют характерный окрас, названный «какао». Он является более темным, чем классический коричневый окрас.

Возможные генотипы собаки:

• CO/СО — не несет аллеля, связанного с окрасом «какао». Возможно формирование черной шерсти.
• СО/co — носитель рецессивного аллеля, связанного с окрасом «какао». Возможно формирование черной шерсти.
• co/co — гомозигота по рецессивному аллелю, связанному с окрасом «какао». Черная шерсть не образуется.

Интересно, что у коричневых французских бульдогов часто отмечается одновременно наличие аллелей co/co и b/b, при этом любой коричневый вариант нестандартен для породы.

При сочетании с другими аллелями окрасов аллели co/co производят эффект аналогичный аллелям b/b.

Например:

A^y/A^y co/co K^B/- и aa co/co K^B/-(k^yk^y) — сплошной коричневый;
A^y/A^y co/co k^brk^br — коричнево-тигровый;
A^y/A^y co/co k^y/k^y — палевый с коричневым затенением;
A^y/A^y co/co E^m/- k^y/k^y — палевый с коричневым затенением и коричневой маской;
a^t/a^t co/co k^yk^y — коричнево-подпалый.

Эти окрасы относятся к числу нестандартных, но весьма популярны среди любителей «эксклюзивных» вариантов.

Наличие подобного цвета шерсти отмечается также у шарпеев, есть предположение о наличии его и у чихуахуа.

Kiener, S., Kehl, A., Loechel, R., Langbein-Detsch, I., Müller, E., Bannasch, D., Jagannathan, V. , Leeb, T. Novel brown coat color (cocoa) in French bulldogs results from a nonsense variant in HPS3. Genes (Basel) 11:, 2020.

Laukner, A., Truchet, L., Manukjan, G., Schulze, H., Langbein-Detsch, I., Mueller, E., Leeb, T., Kehl, A. Effects of Cocoa genotypes on coat color, platelets and coagulation parameters in French bulldogs. Genes (Basel) 12:, 2021.

Brancalion, L., Haase, B., Wade, C. M. Canine coat pigmentation genetics: a review. Anim Genet:, 2021.

Bannasch, D.L., Kaelin, C.B., Letko, A., Loechel, R., Hug, P., Jagannathan, v. , Henkel, J., Roosje, P., Hytönen, M.K., Lohi, H., Arumilli, M. Dog colour patterns explained by modular promoters of ancient canid origin. Nat Ecol Evol 5:1415–23, 2021.