Кошки, гены и эволюция - Павел Михайлович Бородин

Эндогенные ретровирусы составляют 4–5% генома кошки, человека и всех остальных млекопитающих. Один только FERV1 занимает 1% кошачьего генома. Сравнение последовательностей ДНК разных типов эндогенных ретровирусов внутри вида и между видами позволяет определить приблизительное время их внедрения. FERV1 это сделал около трех миллионов лет назад. Все места его встройки, кроме KIT, – это нефункциональные участки генома: межгенные пространства, интроны, не играющие регуляторной роли. Его вставка в KIT привела к нарушению функции этого гена не потому, что с нее транскрибировалось что-то вирусно-вредное, а потому, что она нарушила связывание транскрипционного фактора[19] с его регуляторным районом. Так возникла мутация белой пегости W^s.

Затем в ходе эволюции “поломался” сам ретровирус – от его почти 7125 нуклеотидов остался лишь один небольшой фрагмент размером около 617 нуклеотидов. Утраченная часть могла содержать важные регуляторные части интрона. Из-за этой утраты кусок экзона мог состыковаться с куском ретровируса. И то, и другое событие могли полностью заблокировать производство белка KIT. Так возникла доминантная белая мутация W. Но носителям такого урезанного ретроэлемента легче не стало. Белое пятно расползлось на все тело, да еще добавились глухота и пониженная жизнеспособность.

Меланоциты нужны не только в коже, но еще и в радужке глаза и улитке внутреннего уха. Зачем нужны меланобласты в ухе? В улитке внутреннего уха сидят рецепторные клетки, которые преобразуют механические колебания от звуковой волны в электрические сигналы. Меланоциты – это единственный тип клеток в улитке, который производит белок калиевого канала и тем самым обеспечивает транспорт ионов K+, которые, в свою очередь, необходимы для передачи электрических сигналов в мозг. Отсутствие меланоцитов во внутреннем ухе ведет к врожденной глухоте.

Связь между белым цветом шерсти, голубым цветом глаз и глухотой отмечал еще Дарвин: “Некоторые примеры корреляции удивительно странны: так, совершенно белые кошки с голубыми глазами обычно глухи; но, как засвидетельствовал недавно м-р Тейт, эта особенность свойственна только котам”³⁶. М-р Тейт ошибался. Существенных различий в проявлении этого признака между полами не обнаружено. Более того, глухота не сильно влияет на приспособленность диванных котов, но очень неблагоприятно сказывается на приспособленности котят. Глухие матери не слышат жалобного мяуканья котят, которое служит врожденным триггером материнского поведения, и оказываются довольно плохими матерями. Дитя-то как раз плачет, да мать не разумеет.

Такие эффекты гена W, как голубые глаза и глухота, проявляются не у всех его носителей. Современные данные о частоте появления этих побочных эффектов гена W таковы: 25% белых котов имеют желтые/зеленые глаза и нормальный слух, 31% – голубые глаза и нормальный слух, 7% – желтые/зеленые глаза и глухоту, и, наконец, 37% – голубоглазые и глухие.

Поэтому современные правила породного разведения запрещают скрещивание белых кошек друг с другом[20]. Только белых с небелыми. В таких скрещиваниях половина потомков становятся белыми гетерозиготами и отсутствует риск рождения гомозигот. Не только рождения, но и зачатия гомозигот. И это правильно. Мы не знаем, как обстоит дело у кошек, но у мышей и лисиц (см. ниже) гомозиготы по доминантным белым мутациям гибнут до рождения.

Похожие мутации со сходными плейотропными эффектами описаны у человека, мыши, собаки, норки, лошади, сирийского хомячка, альпаки, серебристо-черной лисицы и серой крысы. О таких мутациях у двух последних видов мы сейчас расскажем вам две поучительные истории.

Давным-давно, более полувека назад, один из нас, а именно – юный Павел Бородин, делал диплом в лаборатории эволюционной генетики животных Института цитологии и генетики Сибирского отделения Академии наук СССР. Лабораторией тогда заведовал директор этого института академик Дмитрий Константинович Беляев. Сейчас он всемирно известен своими ручными лисицами, а тогда его великий эксперимент по одомашниванию лисиц³⁷ только развивался. Юному Бородину было поручено в качестве разминки перед научной карьерой наловить и доместицировать диких серых крыс. Что он в конце концов и сделал³⁸. Но тогда доместикация крыс находилась на ранней и довольно неприятной стадии, и он с удовольствием участвовал в экспериментах на лисицах, которые проводил Беляев вместе со своими учениками Людмилой Николаевной Трут и Анатолием Овсеевичем Рувинским.

Один из экспериментов касался странного наследования разных мутаций гена белой пятнистости у лисиц³⁹. К тому времени их было описано три: платиновая, беломордая и снежная грузинская[21] мутации. Все три мутации в гетерозиготе приводили к образованию белых пятен разного размера^40,[22]. Скрещивания платиновых, беломордых гетерозигот приводили к появлению пятнистых и полностью черных потомков в отношении 2 к 1 вместо ожидаемого по Менделю 3 пятнистых к 1 черному (в случае полного доминирования) или 1 черный: 2 пятнистых: 1 белый (в случае неполного доминирования). Отсутствие одного класса (полностью белых лисят) указывало на то, что этот класс потомков гибнет до рождения.

Рис. 2–2. Расщепление в потомстве от скрещивания лисиц, гетерозиготных по грузинской белой мутации, в нормальных условиях (слева) и при удлиненном фотопериоде (справа).

У грузинских гетерозигот ситуация была несколько иной (рис. 2–2). Среди 440 потомков от их скрещивания 126 имели стандартную окраску, 231 выглядел как грузинские гетерозиготы, 83 были снежно-белыми – гомозиготами. Но их было меньше, чем ожидалось по Менделю. Значит, часть гомозигот все же погибла до рождения. Когда, почему и можно ли их было спасти?

В то время, когда проходили эти эксперименты, юного Бородина, как наименее полезного члена лаборатории, отправили в секретную экспедицию. Он должен был внедриться в зверосовхозы на трех разных широтах и добыть секретные материалы из журналов случек. При нем было грозное письмо на бланке. Письмо гласило: “Податель сего выполняет важное научное задание. Прошу все партийные и государственные органы оказывать ему всемерное содействие”. Подпись: директор, академик, председатель и проч.

“Моя фамилия Бородин. Павел Бородин. Я от Дмитрия Константиновича”, – говорил юный Бородин, и все главные зоотехники, загипнотизированные именем Беляева, немедленно и даже без предъявления грозного письма выдавали ему секретные журналы случек. Он их уносил в гостиницу и там переписывал в секретную тетрадку. Понятно, что ксероксов, сканеров и смартфонов тогда не было. Но фотоаппараты-то были!!! Он с собой возил фотоаппарат для съемки родственников и окрестностей и до сих пор не может понять, почему тогда ни ему, ни пославшим его не пришла в голову мысль, что эти журналы можно сфотографировать. Наверное, потому, что с тетрадкой его секретная поездка заняла месяц: Тбилиси – Боржоми – Бакуриани – Москва – Ленинград – Карелия. А с фотоаппаратом он бы за неделю обернулся.

По возвращении