Ген Foxi3: новая история гена бесшерстности

Китайская хохлатая, пожалуй, одна из самых удивительных пород собак. Покажите новичку голую и пуховую разновидность, и он скажет вам, что это две разные породы. Да, внешность может быть обманчива. Ведь это два варианта одной породы! Так почему же рождаются голые собаки? Какой ген отвечает за бесшерстность? От чего возникают мутации? Вопросы подобных генетических аномалий у собак годами изучают ученые из разных стран мира.

голая и пуховая разновидность китайской хохлатой собаки

Обо всем по порядку...

Стоит сказать, что расшифровать геном собаки ученые пытались уже давно. Источником генетического материала для первой попытки был пудель по кличке Шадоу, принадлежащий основателю Института генетических исследований Крейгу Вентеру (Craig Venter). В 2003 году геном был расшифрован, но не более чем на 80%. В 2005 году Институт Броада (Исследовательский центр, работающий в области биомедицины и генетики, США) запустил программу под названием GSAP - Genome Sequencing and Analysis Program. Говоря русским языком, это программа последовательного определения (так называемого секвенирования) ДНК и анализа генома живых существ с последующим созданием генетической карты конкретного вида. Исследования проводились под руководством профессора Керстин Линдблад-Тох (Kerstin Lindblad-Toh). В качестве источника генетического материала была использована сука боксера по кличке Таша. Полное секвенирование клеток ДНК позволило расшифровать геном на 99% и выявило, что собаки имеют почти 19 000 генов и 2 400 000 пар нуклеотидных оснований в цепочке ДНК.

Крейг Вентер и его пудель Шадоу

Боксер Таша

Ученые частично исследовали геномы еще 10 пород, а также ближайших родственников собак - волка и койота, получив список индивидуальных особенностей ДНК, определяющих появившиеся в ходе эволюции различия между этими животными. Разница оказалась сравнительно невелика: при всем многообразии пород собак (а их насчитывается более 400!) и различии в экстерьере и поведении, в генетическом смысле боксер Таша отличается от пуделя Шадоу только на 0,15%. Остальные 99,85% их геномов - совпадают. Давайте разберемся - почему. Из-за постоянной селекции (искусственного отбора) собачий геном имеет некоторые уникальные особенности. В начале, человек приручил собаку от волков, сделав ее домашней. Затем начал создавать новые породы, закрепляя те или иные необходимые качества. Тем самым человек невольно создал два узких места в генетической эволюции вида. Большинству пород собак не больше нескольких сотен лет, поэтому ДНК мало отклонилось от того самого узкого места, когда были отобраны первые желательные особи для создания породы. У всех живых существ ДНК наследуется кусочками, которые научно называют "гаплотип". Результатом селекции стало то, что цепочка гаплотипов в геноме собаки в 100 раз превышает по длине ту, что есть в геноме человека. Кроме того, собаки одной породы наследуют более длинные аллели одного и того же ДНК, чем те, которые наследуют другие породы.

Воспользовавшись уникальной геномной структурой собак, команда ученых разработала стратегию генетического отображения в два этапа, что требует меньше животных и меньше генетических маркеров. Основой исследования стали данные, полученные при полной расшифровке собачьего генома путем секвенирования.

С помощью этих инструментов команда исследователей смогла найти гены, лежащие в основе таких мутаций, как дермоидный синус (дефект нервной трубки у родезийских и тайских риджбеков), гемералопия (так называемая "дневная слепота" у такс), а также понять генетику наследования окрасов у боксеров. Осталось найти неуловимый голый ген.

Новая история гена бесшерстности

Команда европейских ученых под руководством профессора Тоссо Либ (Tosso Leeb) из Бернского университета в Швейцарии, в течение многих лет искала корни генетики китайской хохлатой, отвечающие за лысость на корпусе и аномалию зубов (нам давно известно, что неполнозубость у китайской хохлатой связана с геном голости, только вот генетического объяснения этому явлению не было).

После проверки всех генов, которые предположительно могли бы отвечать за эту мутацию, европейские ученые, увы, так и не нашли ответа. Оставался только один вариант - полное сканирование собачьего генома. Тоссо Либ и его команда обратились к профессору Керстин Линдблад-Тох и ее группе, которые имели на руках готовую генетическую карту собаки.

Программа генетического анализа под названием Genetic Analysis Platform (GAP), проводимая в Институте Броада, позволила сотрудничать ученым из разных стран мира. Чтобы сузить поиск, команда исследователей из Бернского университета взяла образцы ДНК 20 голых и 20 пуховых китайских хохлатых собак из Швейцарии и Финляндии.

Ученые Элинор Карлссон (Elinor Karlsson) и Мишель Перлоски (Michele Perloski) выполнили полногеномный поиск ассоциаций (отличие генетических признаков от фенотипических), пытаясь найти в геноме исследуемых голых собак те маркеры, которые отсутствовали бы у пуховых особей.

С помощью этого анализа в геноме голых собак были найдена некая мутация в хромосоме 17, которая отсутствовала у пуховиков. Ученые также обнаружили, что мексиканские и перуанские голые собаки (у которых, кстати, тоже рождаются щенки в шерсти) имеют аналогичное различие в генах шерстистых и бесшерстных собак. Найденный ген был назван Foxi3. И с его рождения начинается новая история гена безволосости.

"Никто ничего не знал об этом новом гене. Генетические исследования на мышах, проводимые ранее, также этого не изучали. Мы выполнили свои собственные исследования и обнаружили, что ген мыши Foxi3 действительно принимает активное участие в формировании волос и зубов. Вероятно, и у голых собак этот ген влияет на аномалии роста шерсти и зубов" - говорит доктор Карлссон.

Дальнейшие исследования

Чтобы определить, какая же именно мутация происходит в гене Foxi3, ученые исследовали ДНК общим количеством 102 000 букв генетического кода у трех голых пород - мексиканской голой, перуанской голой и китайской хохлатой собаки.

В исследовании участвовали 140 голых собак и 87 пуховых. Тестирование выявило одну особенность у всех исследуемых голых собак: семь повторяющихся букв ДНК в гене Foxi3. Ни у одной пуховой собаки такого изменения найдено не было. Поскольку генетический код работает по правилу трех - три буквы ДНК кодируют одну аминокислоту в белке (этот набор из трех букв называется триплет), семь букв в шаблоне ДНК полностью меняют генетическую схему строения белка.

Ученые сделали вывод: несмотря на то, что все три породы голых собак происходят из разных уголков мира (Китай, Мексика и Перу), у них произошли идентичные изменения ДНК, что предоложительно говорит о том, что современные породы бесшерстных собак произошли от одного голого предка.

Мутантный белок, имеющий лишние буквы генетического кода, с точки зрения генетики является полным биологическим абсурдом по сравнению с правильной генетической формулой. Как если бы вы добавили в каждое слово лишние буквы - с точки зрения орфографии это было бы полным бредом, ведь смысл слова изменился или потерялся бы полностью. Так и в генетике - лишние буквы генетического кода влекут за собой ошибку (мутацию).

Собаки, наследующие двойную комбинацию мутантного гена - гомозиготные голые особи (обычно их обозначали как Hr Hr) нежизнеспособны - они либо рассасываются в матке, либо умирают сразу после рождения. Собаки, имеющие одну копию мутантного гена - гетерозиготные голые особи (Hr hr) имеют достаточно нормальный белок, чтобы выжить, но недостаточный, чтобы сформировать полноценный шерстный покров и полную зубную формулу. Все живые голые собаки (соответственно, и все принимающие участие в тестировании) - гетерозиготны по мутации.

"Мы пока не знаем, как именно мутация гена Foxi3 приводит к облысению. Мы активно работаем и, вероятно, сможем дать объяснение этому в самое ближайшее время. Уже очевидно, что этот ген имеет решающее значение в развитии плода, поскольку двойная мутация гена является смертельной на ранней стадии развития эмбриона." - уточняет Элинор Карлссон.

Связь с болезнями человека

Голость китайских хохлатых во многом схожа с человеческой болезнью со сложным названием ангидротическая эктодермальная дисплазия (AED - anhidrotic ectodermal dysplasia). Это врожденное заболевание человека, характеризующееся различными аномалиями: измененная форма зубов, частичное или полное их отсутствие; тонкие редкие волосы или их полное отсутствие, а также повышенная температура тела, деформированные ушные раковины и втянутые губы.

"Голость у собак во многом схожа с синдромом AED у человека. Вероятно, имеется какая-то связь между мутацией Foxi3 и эктодермальной дисплазией, хотя предстоит провести еще множество исследований, чтобы проверить эту гипотезу. Исследования голого гена у собак могут пролить свет на многие человеческие болезни..." - комментирует профессор Линдблад-Тох.

Современные исследования

Профессор Тоссо Либ и его команда по сей день занимаются изучением генетики китайских хохлатых в рамках программы, проводимой Бернским университетом в Швейцарии. Ученые призывают к сотрудничеству владельцев голых собак, готовых предоставить генетический материал для исследований. Благодаря совместной работе ученых, с 2013 года в ветеринарной лаборатории Laboklin (Германия) появилась возможность сдать собакам генетический тест на голость.

С недавних пор генетические исследования на наличие мутации в гене Foxi3 стали доступны широкому кругу российских владельцев и заводчиков китайских хохлатых. Если вы не можете определиться, голая или пуховая у вас собака, то вы можете сдать этот тест в лабораториях Москвы и Санкт-Петербурга. В России наличие этого теста у собаки не обязательно для допуска в разведение. А вот в некоторых странах Европы этот тест необходим для дальнейшей племенной работы.

Одним из последних заявлений европейских ученых стало то, что в ходе исследования голого гена Foxi3 были найдены генетические маркеры, влияющие на количество остаточных волос на теле голых собак. Вероятнее всего, каждый из этих генов-модификаторов влияет на интенсивность зароста на голове, хвосте, лапах и туловище соответственно. Возможно, мы уже стоим на пороге разгадки таинственного Foxi3.

"Мы до сих пор занимаемся исследованием генетических маркеров, влияющих на количество остаточных волос на теле китайской хохлатой. Ведь в этой породе встречаются так называемые "истинно голые" собаки - с практически отсутствующими лишними волосами, а также голые собаки с существенной степенью зароста, которых называют семикот" - говорит профессор Тоссо Либ.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ ДРУГИЕ ИНТЕРЕСНЫЕ СТАТЬИ

ГЕНЕТИКА КИТАЙСКОЙ ХОХЛАТОЙ Китайские хохлатые бывают двух разновидностей: собаки с голым телом и шерстью только на голове, хвосте и лапах; и полностью покрытые шерстью — пуховые собаки или паудер-пуфы... Читать всю статью

КТО ТАКОЙ СЕМИКОТ? Семикот - термин, образованный от английских слов semi - наполовину, coat - шерсть. Если переводить дословно - полушерстяной, наполовину шерстяной. Говоря профессиональнее... Читать всю статью

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ Каждый будущий владелец китайской хохлатой задает множество вопросов. Об уходе, содержании, особенностях, характере. Этот раздел - сборник часто задаваемых вопросов... Читать всю статью