Кошки и гены

Гетерозиготы csC имеют нормальную окраску. Гетерозиготы с*сь окрашены светлее, чем типичные бирманские гомозиготы &&, и темнее, чем сиамские гомозиготы

Полностью рецессивен по отношению ко всем остальным аллелям альбинизма аллель голубоглазого альбинизма Blue eyed albino (символ с0). Этот аллель зафиксирован в нескольких породах, разводимых в США и в Западной Европе. Пигментация у гомозигот по этому аллелю отсутствует везде, за исключением глаз. Глаза у таких котов бледно-голубые. У носителей этой мутации, как и у других альбиносов поврежден фермент тирозиназа. Но это повреждение гораздо более значительное. У них утрачен один нуклеотид в 975 позиции. Из-за этого образовался стоп-кодон, на котором синтез белка останавливается. В результате образуется белок, который короче нормального на 9 аминокислот.

Итак, мы видим, что белый цвет шерсти может быть обусловлен двумя причинами: отсутствием меланоцитов в волосяных фолликулах у носителей гена W и нарушением синтеза пигментов у гомозигот по аллелям альбинизма. Есть еще третья причина, которая может вести к почти полной депигментации: нарушение способности транспортировать готовый пигмент в волос. Это нарушение обнаруживается у гомо- и гетерозигот по доминантной мутации Melanin Inhibitor (символ I), У таких котов черный пигмент содержат только кончики волос. Это создает впечатление серебряной или дымчатой окраски.

Известны мутации, нарушающие характер упаковки меланина в гранулы — меланосомы. Рецессивная мутация коричневой окраски Brown (символ Ь) в гомозиготном состоянии приводит к тому, что гранулы пигмента в волосе оказываются не круглыми и четко очерченными, а яйцевидными, с размытыми контурами. Другая мутация в том же гене Brown light (символ Ы] превращает черный цвет в светло-коричневый (кофе с молоком]. Эта мутация рецессивна по отношению к нормальному аллелю В и к мутации Ь.

Обе эти мутации затрагивают функцию белка, взаимодействующего с тирозиназой (tyrosinase related protein 1]. Мутация b приводит изменению процесса редактирования информационной РНК. У мутантов разрезание РНК происходит не там где у нормальных кошек. В результате у них образуется белок на 17-18 аминокислот длиннее нормального. Эта вставка не затрагивает активный центр белка. Однако она меняет его трехмерную организацию, и приводит к ослаблению функции. Мутация Ь< приводит к образованию стоп-кодона. Из-за него синтез белка прекращается гораздо раньше, чем положено и образуется белок на 99 аминокислот короче нормального. Ген коричневой окраски находится в хромосоме D4.

Цвет шерсти зависит не только от количества и качества пигмента, но и от характера распределения пигментных гранул в волосе. Ген, контролирующий распределение гранул, находится в хромосоме С1. В нормальном волосе они распределены дисперсно. У гомозигот по рецессивному аллелю Blue Dilution (символ d) пигментные гранулы образуют локальные скопления. Это ведет к тому, что волос становится более прозрачным, создается впечатление ослабленной окраски. К какому именно цвету приведет ослабление, зависит от того, как желтый и черный пигмент распределены по длине волоса. Такие скопления возникают из-за того, что у мутантов нарушена функция белка меланофилина, который вовлечен в процесс внутриклеточного транспорта пигментных гранул. Как и мутации с° и Ь1, мутация d обусловлена образованием стоп-кодона и укорочением белка.

У нормального серого кота его серый цвет возникает в результате совершенно специфического распределения этих форм пигмента по длине волоса. Основание и кончик нормального волоса содержат черный пигмент, а в его средней части черные пигментные кольца чередуются с зонами, наполненными оранжевым пигментом. Именно такое расположение пигментных гранул дает типичную для большинства млекопитающих серую, или агути, окраску. Ген, контролирующий периодичность в распределении пигментов по волосу, находится в хромосоме АЗ.

Вы уже должны были привыкнуть к тому, что если существует нормальный путь формирования какого-либо признака, то должны быть мутации, которые этот путь нарушают или сворачивают в сторону.

Рецессивная мутация не-агути, Non-agouti (символ а), приводит к удалению из волоса желтых колец. Эта мутация обусловлена потерей двух нуклеотидов в так называемом белке агути сигнализации. Функция этого белка состоит в переключении путей синтеза черного и желтого пигментов. Поврежденный мутацией белок оказывается неспособным к переключению. Весь волос оказывается заполненным черным пигментом.

Если этот пигмент на самом деле черный, тогда и весь кот будет черным. Но если этот кот, кроме мутации о, содержит в гомозиготе еще и мутацию Ь, то быть ему коричневым. Если к гомозиготности по а добавить гомозиготность по d — будет голубым. Если собрать вместе все три мутации и свести их в гомозиготном состоянии в одном коте, то он окажется светло- сиреневым.

Сцепленная с Х-хромосомой мутация (мы о ней уже не раз говорили! Orange ведет к тому, что весь меланин синтезируется в оранжевой форме, даже та его часть, которая должна была превратиться в черную — в эумеланин. В результате этой мутации получаются рыжие коты и кошки. Как получаются черепаховые кошки, мы с вами уже говорили.

Здесь же следует сказать и о взаимодействии генов. Если вы сведете в одном коте аллели О (рыжая окраска) и d (ослабленная окраска), то в итоге получите кота нежно-кремового цвета.

Цвет волоса в сильной степени зависит от того, на каком месте он вырос. Так, при типичной агути-окраске волосы на спине более темные, чем на брюшке. Это показывает, что на функции гена в меланоците оказывает влияние его клеточное окружение. Контраст между спинной и брюшной сторонами — наиболее яркий тому пример. Но есть и другие примеры таких влияний.

Для многих кошачьих характерно наличие темных полос или пятен на теле. Распределение пигментов вдоль по волосу различно для шерсти, взятой из полосы и из области фоновой окраски. В первых желтое кольцо перед концом волоса уже. Из-за этого шерсть в районе пятен или полос выглядит более темной.

Характер распределения таких темных полос на теле находится под контролем специального гена тэбби, который локализован в хромосоме В1. Нормальный аллель tabby (символ Т) дает полосатую, тигровую окраску. Иногда эти полосы сплошные, иногда разорванные. Степень выраженности разрывов зависит от генов-модификаторов.

В гене главного действия обнаружена полудоминантная мутация абиссинский тэбби Abyssinian Tabby (символ Р). У гомозигот по этой мутации никаких полос на теле не обнаруживается. Такие коты имеют гомогенную агути-окраску. У гетерозигот ТТа полосы видны на хвосте, морде и лапах.

Рецессивная мутация в том же гене — пятнистый или мраморный тэбби Blotched Tabby (символ £*) — превращает поперечные полосы в завитки или разводы неправильной формы. Часто у таких котов по спине тянется широкая черная полоса. Эта окраска называется мраморной.

Понятно, различить эффекты этих мутаций можно только на фоне обычной серой агути-окраски или рыжей окраски, то есть в тех случаях, когда сохранена зональность в распределении пигментов по волосу. В том же случае, когда зональность нарушена из-за действия аллеля черной окраски (генотип аа), установить характер рисунка практически невозможно, ибо такой кот совершенно черен.

Правда, знатоки утверждают, что и у совершенно черного кота можно определить рисунок, если этот кот достаточно молод и если рассматривать его при очень ярком дневном освещении. Но я

в это не верю. По крайней мере, мне это ни разу не удалось.

Возвращаясь к проблеме плейотропии, надо сказать о том, что начальные этапы синтеза пигментов и передатчиков нервных сигналов одинаковы. Именно этим объясняется, по-видимому, связь между окраской шерсти и нравом кошки. Немецкий зоолог Г. Хеммер утверждает, что носители разных генов окраски резко отличаются друг от друга. По его мнению, черные кошки любопытны, любят ласку. Черно-белые игривы, привязываются к хозяевам, особенно к детям. Полосатые, напротив, замкнуты, скрытны, избегают контактов с человеком и посторонними котами. Они очень ценят свободу и независимость. Рыжие и рыжебелые флегматичны, любят покой, домоседки. Белые капризны, нервны, чувствительны, иногда чудаковаты, обидчивы.

Не стоит придавать слишком большое значение этим характеристикам. Они слишком поверхностны. Вроде наших людских представлений о том, что все немцы педантичны, англичане холодны, французы куртуазны, а рыжие — хитры. На самом деле характер кошки зависит не только и не столько от плейотропных эффектов генов окраски, а от множества других генов, прямо влияющих на поведение, и от той социальной среды, в которой зта кошка растет.

Мы долго говорили о распределении пигментов по волосу, так и не сказав ничего о том, какие у котов бывают волосы. Специалисты выделяют четыре типа волос: направляющие, остевые, переходные и пуховые. Для нас будет достаточно, если мы выделим два типа: покровная шерсть, куда отнесем направляющие, остевые и переходные волосы, и подшерсток (пуховые).

Наличие, длина и кудрявость волос определяются разными генами. Начнем с наличия волос, ибо если их нет, то о кудрявости говорить не приходится. Итак, у нормального кота шерсть как минимум есть. Но был обнаружен ряд рецессивных мутаций, ведущих к полному или частичному облысению. Наиболее известная из них получила очень романтичное название сфинкс [Sphinx, символ hr). Российский вариант этой мутации называется не менее романтично - донской лысак. У гомозигот по этой мутации клочки шерсти сохраняются на голове и на лапах. Все остальное тело голое. Некоторым нравится.

Если шерсть есть, то она может быть длинной или короткой. Нормальные коты имеют короткую шерсть. Персидские, сибирские и некоторые другие породы славятся своей длинной пушистой шерстью. Ген, контролирующий длину шерсти, находится в хромосоме В2. Все такие животные гомозиготны по рецессивной мутации длинный волос Lon, q Hair (символ I).

Сравнение геномов нормальных и длинношерстных кошек позволило выявить несколько разных мутаций в гене фактора роста фибробластов. Самое интересное, что у разных пород обнаружены разные мутации в одном и том же гене, проводящие к одну и тому же эффекту - увеличению длины волоса. Одна из них была обусловлена заменой одного нуклеотида, которая приводила к замене одной аминокислоты в белке фактора роста. Она была обнаружена у длинношерстных Норвежских лесных котов. Другая - заменяла другую аминокислоту в другом районе этого же белка. Эта мутация обусловливала длинную шерсть у сомалийских и персидских кошек, а также в породах Рэгдол и Мэйн Кун. В последней породе была обнаружена еще одна мутация в том же гене. Она представляла собой утрату одного нуклеотида. Эта потеря приводила к сдвигу рамки считывания информационной РНК и соответственно к образованию белка с совсем иным набором аминокислот.

Есть несколько мутаций, которые приводят к появлению котов, лишенных покровной шерсти, но сохранивших подшерсток. Это так называемые королевские, или реке-мутации. Более подробно мы поговорим о них в главе, посвященной породам кошек. Все они рецессивные. Наиболее известны две из них. Первая — Cornish Rex — корнишский реке (символ г). Гомозиготы по этому аллелю лишены направляющих и остевых волос, то есть собственно шерсти, но имеют очень густой и часто волнистый подшерсток. Их усы также часто закручиваются на концах.

Мутация Devon Rex — девонский реке (символ ге) — рецессивная мутация, очень сходна по проявлению в гомозиготе с вышеупомянутой, но она имеет достойный сожаления недостаток. Гомозиготы по этой мутации быстро теряют даже подшерсток, особенно на брюшке. Кроме того, они полностью лишены усов, что тоже их не украшает.

Корнишская и девонская мутации не аллельны друг другу. Эти гены находятся в разных, негомологичных хромосомах. При скрещивании двух гомозигот по разным рексовым мутациям потомство рождается с нормальным мехом.

Известна также доминантная мутация, которая ведет к формированию завитков на всех типах волос, причем сами волосы оказываются утолщенными, жесткими и грубыми. Не зря эта мутация получила название проволочный мех Wire-hair (символ Wh).

Итак, я рассказал вам о большинстве мутаций, которые обнаружены у кошек за недолгую историю кошачьей генетики. Многие из них, особенно те, которые затрагивают формирование нервной системы или скелета, довольно редко встречаются в кошачьих популяциях. Скорее всего, вы в своей жизни с ними не столкнетесь. Что же касается генов, определяющих цвет и структуру шерсти, то их вы теперь знаете в совершенстве.

Это, конечно, очень полезное знание не только для кошковладельца или эксперта-фелинолога, но и для всякого культурного человека. Представьте себе, какое сильное впечатление вы произведете на ваших знакомых, если, задумчиво глядя на обычного серого полосатого кота, веско произнесете:

Под покровом этого агути-фенотипа могут таиться самые разные рецессивные и гипостатичные аллели с варьирующей пенетрантностью и флуктуирующей экспрессивностью...

Хотя, конечно, за славу знатока кошачьей генетики приходится платить дорого. Меня моя слава чуть до инфаркта не довела.

Дело было так. Сижу я в лаборатории, никого не трогаю. Звонят. Снимаю трубку и слышу строгий мужской голос.

Павел Михайлович?

Да, - говорю, - это я и есть.

Здравствуйте, Павел Михайлович, - говорит строгий мужской голос. - Это вас из Тюменской областной прокуратуры беспокоят. Старший следователь по особо опасным преступлениям Сидоров Иван Петрович.

Очень приятно, - говорю я. А что я еще могу сказать, хотя внутри у меня все холодеет и куда-то падает. Я судорожно вспоминаю, чем я мог провиниться перед тюменским законом.

Да вы не волнуйтесь, П.М., - очень вовремя говорит следователь. - Ничего страшного. Мне вас рекомендовали, как специалиста в области генетики кошки.

Тут у меня сразу отлегло от сердца. Я особо поблагодарил следователя по особо важным делам за душевную тонкость, и мы перешли к делу. А дело было в том, что на вещественном доказательстве были обнаружены следы крови. Прокуратура полагала, что человеческой, а подозреваемый утверждал, что кошечьей. Следователя интересовало, может ли наука решить этот вопрос.

Я объяснил следователю, что наука может не только отличить кошачью ДНК от человеческой, но и идентифицировать конкретную кошку. Это можно сделать не только по крови, но по единственному кошачьему волоску. Этим пунктом следователь особенно заинтересовался. Он пояснил мне, что в практику современного следствия входит сбор всех волосков на месте преступления. При этом обычно обращают внимание на человеческие волосы и мельчайшие шерстинки тканей - ковра, по которому ходил преступник, шарфа, которым он прикрывал лицо. Но в наше время массового производства и ковров одинаковых много, и шарфов. Каждая кошка уникальна, и ее волосок, прилипший к штанам хозяина, а потом отвалившийся на месте преступления, однозначно укажет на преступника.

Следователю эти перспективы так понравились, что он решил немедленно лететь ко мне с вещественными доказательствами. Но тут я ему объяснил, что сам я этими делами не занимаюсь, и переадресовал его на своего бывшего студента, который одно время разрабатывал методы идентификации личности по образцам ДНК, а потом возглавил фирму по производству молекулярно-биологических реактивов. Я дал следователю его телефон и, надо признаться, с удовольствием представлял, как мой бывший студент, а ныне топ-менеджер среагирует на телефонный звонок из прокуратуры.