Генетики разобрались, как появляются рыжие коты

На сайте bioRxiv — одном из самых популярных хранилищ предварительных публикаций нерецензированных статей — только что были опубликованы две работы, объясняющие генетику оранжевых кошек. Одна из них поступила из лаборатории Грега Барша в Стэнфордском университете (Калифорния). Другая — из лаборатории Хироюки Сасаки из Университета Кюсю, Япония.

У млекопитающих есть только два пигмента, которые представляют собой два цвета меланина: эумеланин (тёмно-коричневый, черноватый) и феомеланин (желтоватый, красноватый или оранжевый). Рыжие вырабатывают только феомеланин, а темнокожие люди накапливают в основном эумеланин. Все остальные цвета кожи и волос находятся где-то посередине, благодаря 700 генам, регулирующим пигментацию у животных.

У приматов, лошадей, грызунов, собак, коров и многих других животных за выработку меланина и решение о том, производить эумеланин или феомеланин, отвечает мембранный белок под названием MC1R. Он контролирует клетки кожи, известные как меланоциты, которые выделяют меланин. Если выделяется меланоцит-стимулирующий гормон (альфа-MSH), меланоциты начинают вырабатывать эумеланин. Если в действие вступает антагонист, такой как агути-сигнальный белок или бета-дефенсин у собак, выработка тёмного эумеланина прекращается, и вместо него меланоциты производят оранжевый феомеланин.

А у кошек выработка эумеланина или феомеланина не контролируется рецептором MC1R. Вместо этого за неё отвечает локус (ген которого до сих пор был неизвестен) под названием «оранжевый». Локус — это физическое место в геноме, у которого известны только последствия работы (например, чёрная или оранжевая шерсть), но не детали точной последовательности ДНК, которую он содержит, и не ген, к которому он принадлежит.

По этой причине мы обычно сначала определяем локус, а затем, со временем, обнаруживаем и подробно описываем связанный с ним ген. Локус «оранжевый» у кошек может быть в двух вариантах: вариант «О», который поддерживает производство феомеланина (оранжевого), и вариант «о», который отвечает за производство эумеланина (чёрного).

Следует отметить, что оранжевый локус находится на Х-хромосоме. Самки кошек — XX, а самцы — XY, как и все остальные млекопитающие. И как у всех самок млекопитающих, во всех клетках на протяжении развития случайным образом инактивируется одна из двух копий Х-хромосомы. У самок Oo — носителей варианта O на одной Х-хромосоме и варианта o на другой — участки тела будут оранжевыми (в местах, где инактивирован аллель «o»), а другие — чёрными (при инактивации аллеля «O»).

Это означает, что когда мы видим двухцветную (черно-оранжевую) или трёхцветную (черно-оранжевую/белую) кошку или одну из её более «разбавленных» версий, мы знаем, что это должна быть самка, и её пигментация будет совершенно уникальной.

Самцы кошек либо оранжевые, либо чёрные (у них только одна Х-хромосома), но не могут быть двуцветными или трёхцветными, если только они не являются носителями хромосомных изменений, эквивалентных синдрому Клайнфельтера у людей (когда самцы рождаются с лишней Х-хромосомой).

Таким образом, самки могут иметь уникальный мозаичный узор, который так ценится любителями кошек. При совпадении с другой мутацией, влияющей на пролиферацию и дифференциацию меланоцитов (в результате чего образуются белые пятна, без пигментации), получается трёхцветная кошка, известная как калико.

Каждая калико уникальна, поскольку инактивация одной из Х-хромосом в каждой пигментной клетке происходит случайным образом во время развития. Чем раньше происходит эта инактивация, тем больше пятно. Чем позже это происходит, тем меньше пятна.

До сих пор мы не знали, какой ген скрывается за оранжевым локусом у кошачьих. Недавняя работа Барша и Сасаки показала, что это не кошачий гомолог MC1R, а другой — ген Arhgap36. Самцы кошек с оранжевой шерстью, а также с оранжевыми пятнами у кошек породы калико, несут мутацию в этом гене, которая блокирует производство эумеланина и разрешает производство феомеланина.