«Мутации в этих генах могут быть причиной кожных заболеваний и состояний, таких как меланома и альбинизм», – говорит Майкл Шапиро, доцент биологии и старший автор исследования, опубликованного в феврале. 6 в журнале Current Biology.
«У людей мутации этих генов часто считаются« плохими », потому что они могут вызвать альбинизм или сделать клетки более восприимчивыми к ультрафиолетовому излучению (ультрафиолетовому солнечному свету) и меланоме, потому что защитный пигмент отсутствует или низкий», – говорит Эрик Домиан, доктор биологических наук. сотрудник и первый автор исследования. "У голубей мутации одних и тех же генов вызывают разный цвет перьев, и для любителей голубей это очень хорошо."
Заводчики голубей опирались на свой многовековой опыт, чтобы вывести около 350 различных пород голубей, уделяя особое внимание форме клюва, цвету оперения и орнаменту из перьев на голове, лапах, клювах и других местах. Но до этого исследования конкретные мутации, контролирующие окраску у сизых голубей (Columba livia), были неизвестны.
«У всех пород голубей мутации в трех основных генах объясняют огромное количество цветовых вариаций», – говорит Шапиро.
Различные формы гена Tyrp1 делают голубей либо сине-черными (сероватый цвет обычных городских голубей), либо красными или коричневыми.
Мутации второго гена Sox10 делают голубей красными независимо от того, что делает первый ген. А различные формы третьего гена, названного Slc45a2, делают окраску голубей либо интенсивной, либо размытой.
Ученые обнаружили, как цвет пера голубей определяется различными версиями этих трех генов, известными как варианты или аллели, и так называемыми «эпистатическими» взаимодействиями, при которых один ген скрывает эффекты других генов.
«Наша работа позволяет по-новому взглянуть на то, как мутации в этих генах влияют на их функции и как гены работают вместе», – говорит Шапиро. "Многие особенности животных, в том числе предрасположенность к таким заболеваниям, как рак, контролируются более чем одним геном. Чтобы понять, как эти гены работают вместе, создавая черту, нам часто приходится выходить за рамки исследований на людях. Изучать взаимодействия между генами у людей сложно."
«И Tyrp1, и Sox10 являются потенциальными мишенями для лечения меланомы», – добавляет он. «Мутации в Slc45a2 у людей могут привести к изменению цвета кожи, включая альбинизм (отсутствие цвета кожи)."
Различные версии трех основных генов голубиного окраса влияют на относительные пропорции основных форм пигмента меланина − эумеланин и феомеланин − и их распределение внутри клеток. Эумеланин обеспечивает черную и коричневую пигментацию, а феомеланин обеспечивает красную и желтую пигментацию перьев. Взаимодействие между тремя основными генами является сложным, что приводит к разнообразной окраске голубей.
«Мутации в одном гене определяют, влияют ли мутации во втором гене на организм», – говорит Домян.
Другими словами, один ген может маскировать влияние другого в отношении цвета голубя.
Три пигментных гена не контролируют распределение цветов в узорах на теле голубей, таких как белые пятна на перьях у некоторых пород. Генетику цветовых узоров еще предстоит определить.
Шапиро и Домьян провели исследование с несколькими соавторами Университета штата Юта: профессором генетики человека Марком Янделлом, лаборантом-биологом Майклом Гернси, докторантом генетики Зевом Кроненбергом, бывшими исследователями Института рака Хантсмана Санси Личман и Памелой Кэссиди и студенткой бакалавриата биологии Анной Викри.
Другими соавторами были Шрейас Кришнан, Клиффорд Роджерс и Джон Фондон III из Техасского университета в Арлингтоне; и Раймонд Буасси из Медицинского колледжа Университета Цинциннати.
Исследование финансировалось Национальным научным фондом, Фондом Берроуза Велкома, Национальными институтами здравоохранения, Фондом борьбы с раком Хантсмана и Фондом Тома С. Мэтьюз-младший. Фонд исследования семейной меланомы.
Нарушение цветового кода
Ученые показали, что окраску перьев у 82 пород голубей можно объяснить различными комбинациями трех генов и их различными версиями.
"Цвет – одна из самых важных черт для заводчиков − из него получится симпатичный голубь », – говорит Шапиро. Попытки заводчиков привели к огромному разнообразию окрасов у голубей на протяжении веков, предоставив ученым идеальные образцы для изучения генетики пигментации.
Шапиро и его сотрудники обнаружили, что версии гена Tyrp1 отвечают за определение трех основных цветов голубя: сине-черный, пепельно-красный и коричневый. Сине-черный окрас голубей считается «нормальным», поскольку ни Tyrp1, ни два других основных гена окраса не содержат мутаций у этих голубей.
Городские голуби обычно этого цвета.
Еще до появления генетики «Дарвин осознал, что сине-черный был наследственным цветом голубей, и что различные породы домашних голубей представляют собой один вид», – говорит Шапиро.
Когда Дарвин скрещивал голубей разного окраса, среди потомства постоянно появлялись сине-черные голуби.
Вот как работают три гена:
— Ген Tyrp1 производит белок, который помогает вырабатывать пигмент эумеланин.
Голуби с иссиня-черными перьями имеют нормальный Tyrp1. Пепельно-рыжие и коричневые птичьи голуби содержат разные мутации в гене Tyrp1, что приводит к меньшей или различной пигментации.
— Мутации, влияющие на ген Sox10, отменяют цвета, определяемые различными версиями гена Tyrp1. Независимо от того, делает ли версия Tyrp1 голубей сине-черными, пепельно-красными или коричневыми, мутации, регулирующие ген Sox10, приводят к появлению красных голубей.
— Мутация гена Slc45a2 снижает интенсивность окраски, определяемую Tyrp1, Sox10 и их мутантами. В зависимости от версии гена Tyrp1 – сине-черный, пепельно-красный и коричневый − голуби, несущие мутантный ген Slc45a2, по-прежнему демонстрируют те же цвета, но в разбавленных или разбавленных версиях, менее интенсивных, чем у голубей с нормальным Slc45a2.
Например, голубь с пепельно-красной версией Tyrp1 и мутантным геном Slc45a2 имеет пепельно-желтые перья. Голуби с мутациями Sox10 и Slc45a2 желтого цвета, что является разбавленной формой красного цвета.
Большинство образцов крови и перьев голубей, использованных в исследовании, были собраны на голубиных выставках в Юте, куда заводчики со всей страны стекались, чтобы показать своих голубей. После извлечения и секвенирования ДНК из образцов исследователи сравнили последовательности ДНК голубей и обнаружили, что конкретные версии генов, связанные с определенными цветами перьев.