Вы когда-нибудь задумывались над тем, почему на шерсти вашего любимого котика имеются полоски? Новое исследование ученых показало, благодаря каким генам на шерсти кошек появляется такой рисунок. Исследование было проведено командой американских биологов-генетиков из штата Алабама под руководством доктора Грегори Барша.
Дело не в различных видах клеток
Всерьез интересоваться тем, почему рисунок в виде полосок очень распространен у представителей земной фауны, ученые начали более 70 лет назад. Биологам уже достаточно давно удалось выяснить, что у рыбок данио такой рисунок на теле проявляется, благодаря соответствующему расположению клеток разных видов.
Однако у млекопитающих (в частности кошачьих) клетки кожи и волоски шерсти абсолютно одинаковы по всей поверхности тела. Цветовая гамма в данном случае обуславливается различиями в генетической активности клеток. Вопрос о том, почему на шерсти у кошек проявляются полоски, сводится к тому, как и когда в клетки включаются различные гены.
Ген Taqpep
Ученым из Алабамы удалось определить, какие гены влияют на темный окрас полосок шерсти кошек, а какие на светлый. Один из этих генов был открыт достаточно давно — в 2012 году. Называется этот ген Taqpep Q. Кошки со стандартной версией Taqpep имеют шерсть, покрытую обычными темными узкими полосками.
У животных с мутировавшей версии Taqpep на шерсти проявляются полоски в виде больших спиралей. Эта версия Taqpep наиболее распространена у диких кошачьих.
Другие гены, влияющие на окрас
Команда Грегори Барша решила выяснить, какие еще гены могут отвечать за полосатый рисунок. Для этого ученые начали собирать отбракованные ткани в клиниках, занимающихся стерилизацией кошачьих. Исследователи изучили нежизнеспособные эмбрионы кошек.
Ученые заметили, что примерно через 28–30 дней у кошачьих эмбрионов появляются участки «толстой» и «тонкой» кожи. На более поздних стадиях развития толстая и тонкая кожа дает начало волосяным фолликулам, которые производят различные типы меланина - эумеланин для темных волос и феомеланин для светлых волос.
Ученые установили, что механизм развития, отвечающий за цвет шерсти, активируется у эмбрионов кошачьих в самом начале развития — еще до образования волосяных фолликулов. При этом активируется механизм в клетках, которые не производят пигмент для окрашивания, а просто вносят вклад в структуру волосяных фолликулов.
Обследуя 20-дневные эмбрионы кошачьих, ученые подтвердили существовавшую ранее гипотезу Алана Тьюринга. В 50-х годах прошлого века этот биолог предположил, что периодические рисунки на теле животных, такие как полоски, появляются в тех случаях, когда молекула-активатор стимулирует выработку молекулы-ингибитора, и обе эти молекулы в последующем смешиваются в одной и той же ткани.
Окрас шерсти полосатых кошек определяется, как удалось выяснить команде Барша, смешиванием молекулы-активатора Wnt и ингибитора Dkk4. Dkk4 распространяется по ткани быстрее, чем Wnt. Благодаря этой неравномерности и возникает окрас в виде чередующихся светлых и белых участков-полос. Конкуренция между Dkk4 и Wnt диктует, станет участок меха темным или светлым. В темных пятнах Dkk4 и Wnt уравновешивают друг друга, в светлых Dkk4 опережает Wnt.
Почему полоски и пятна могут отсутствовать совсем
Выяснив, каким образом на теле кошачьих появляются полоски, биологи решили продолжить свое исследование. Команда Барша заинтересовалась, почему у некоторых пород кошек полоски отсутствуют.
Чтобы найти ответ на этот вопрос, ученые исследовали геномные последовательности из базы данных, называемой «Коллекция 99 жизней». Они использовали генетический материал кошек абиссинской и сингапурской пород. Как известно, у представителей этих пород на шерсти нет никакого рисунка — ни пятен, ни полос. Весь шерстяной покров абиссинских и сингапурских кошек имеет однородный окрас.
В результате проведенного исследования ученым удалось выяснить, что отсутствие участков другого цвета на шерсти кошек этих пород обуславливается наличием мутантных версий Dkk4, активирующих ген.
В своих будущих работах биологи из Алабамы планируют проверить, может ли такая мутация возникать у представителей кошачьих в дикой природе. Проводившиеся ранее биологами исследования показали, что за наличие полосок у гепардов отвечает ген Taqpep. Возможно, то же самое можно сказать и о Dkk4.
Известно, что у африканских диких кошек сервалов на шерсти чаще всего образуются яркие, большие и достаточно редкие темные пятна. В некоторых случаях эти пятна могут быть маленькими, но при этом располагаться очень густо. Согласно мнению генетиков, этот вариант может объясняться мутациями Dkk4.
Доктор Барш о перспективах исследования
«Наши наблюдения пока относятся только к домашним кошкам. Но весьма вероятно, что молекулы и механизмы, изученные на них, применимы и ко всем остальным 30 видам кошачьих, существующих в природе. Чтобы с точностью установить этот факт, нам придется провести несколько дополнительных тестов ДНК», - говорит доктор Барш.
