Кошки, гены и эволюция - Павел Михайлович Бородин

Современные бенгалы не очень много унаследовали от своего дикого родителя – всего 5% генома, тогда как остальные 95% достались им от домашних кошек⁶¹. Однако в эти пять процентов попала квинтэссенция бенгалов, ради которой весь этот эксперимент и затевался, – экзотичная окраска в виде леопардовых розеток.

Угольная окраска – это сильно затемненная стандартная окраска с розетками, но до полностью черных кошек а/а она не дотягивает. В чем же причина? Оказалось, что такая окраска возникает из-за несовместимости между “диким” аллелем А^Pbe гена Агути, унаследованным от дикого бенгальского кота, и преимущественно “домашним” геномом бенгальских кошек⁶².

Вы уже знаете, что все гены в геноме находятся под контролем различных регуляторных районов и белков. Для начала синтеза РНК с какого-либо гена необходимо, чтобы РНК-полимераза распознала промотор и села на него. А если весь ген, включая его промотор, пришел из другого вида? Тут все будет зависеть от того, насколько последовательность “дикого бенгальского” промотора отличается от “домашнего”. “Домашняя” РНК-полимераза не может нормально распознать “дикий” промотор аллеля А^Pbe, поэтому он плохо транскрибируется и феомеланина синтезируется гораздо меньше нормы.

Давайте раскрасим бенгалов в зависимости от их генотипа. Всего одной копии домашнего доминантного аллеля А достаточно, чтобы бенгалы окрасились в стандартные черные розетки на желтом фоне (то есть стандартные бенгалы – это А/А, А/а и А/А^Pbe). Бенгалы а/а – это типичные черные пантеры – полностью черные особи с еле уловимыми силуэтами розеток. Кошки А^Pbe/А^Pbe и А^Pbe/а – это те самые угольные бенгалы. Несовместимость из-за наличия у домашних кошек “дикого” аллеля А^Pbe приводит к формированию уникальной угольной окраски.

Причинами меланизма у млекопитающих часто являются мутации в двух генах: Агути и Экстеншн. В отличие от мутаций в Агути, все из которых рецессивные и приводят исключительно к меланизму, мутации в Экстеншн могут привести к двум разным результатам. Доминантные мутации отражают связывание Экстеншна с α-MSH, что вызывает усиленный синтез эумеланина и меланизм, тогда как рецессивные мутации отражают связывание Экстеншна с Агути, приводя к усиленному синтезу феомеланина. Про мутацию Агути у домашних кошек мы с вами уже поговорили. Доминантных мутаций гена Экстеншн у них нет ни одной, зато рецессивных – хоть отбавляй.

янтарные норвежские кошки

В 1992 году среди популяций норвежских лесных кошек стали находить странных созданий с типичными тигровыми и мраморными полосками. Однако сами полосы были не черные на желтом, а янтарные на светло-желтом. Такую окраску назвали “амбер” (от англ. amber – “янтарный”). Оказалось, что виновником такой причудливой окраски стала рецессивная точечная мутация e в гене Экстеншн. У мутантного белка-рецептора изменилась форма той части, которая торчит на поверхности клетки. С ней должен взаимодействовать белок Агути, но не может, потому что рецептор изменен⁶³.

Мутантный рецептор начинает сходить с ума от одиночества и всеми силами старается делать вид, что все нормально. Он начинает вести себя так, как будто Агути все-таки связался с ним, и усиленно сигнализирует белку-транспортеру, чтобы тот накачивал в клетку как можно больше цистеина для производства феомеланина.

Феомеланина получается гораздо больше, чем в норме. Его избыток осветляет “дикие” цвета: светлые полосы становятся еще более светлыми и золотистыми, а темные – янтарными. Интересно, что при рождении кошки e/e похожи по окрасу на кошек Е/_, но с возрастом цвета их шкурки осветляются. Возможно, это происходит потому, что избыток феомеланина накапливается с годами. Поскольку мутантный Экстеншн не в состоянии реагировать на Агути, то по фенотипу кошки А/_ e/e и a/a е/е оказываются почти одинаковыми.

У человека описано довольно много мутаций в гене Экстеншн. Эти мутации изменяют соотношение эу– и феомеланина в меланосомах. У носителей этих мутаций рыжие волосы и осветленная кожа⁶⁴. Эумеланин служит физическим барьером для ультрафиолета и препятствует его проникновению в более глубокие слои кожи⁶⁵. У жителей жарких стран, как правило, более смуглая кожа из-за большей концентрации эумеланина. Считается, что феомеланин гораздо хуже справляется с поглощением УФ-лучей. К тому же он менее стойкий, чем эумеланин, и легко разрушается под избыточным действием солнечного света⁶⁶.

Ультрафиолетовое излучение опасно тем, что оно вносит зачастую непоправимые мутации в ДНК. У клетки, которая не справилась с починкой поврежденной ДНК, есть два варианта действия: либо пожертвовать собой ради блага всего организма и самоуничтожиться, либо стать раковой клеткой и жить вечно. Именно поэтому бледнокожие рыжеволосые люди с мутациями в гене Экстеншн находятся в группе риска развития рака кожи – меланомы. К счастью, у янтарных норвежских котов меланома не возникает, скорее всего, потому, что их кожа защищена плотным шерстным покровом[30].

медные бурманские кошки

Золотая окраска возникла и в других породах. В 2007 году в Новой Зеландии родился первый бурманский котенок золотого окраса. Котенка назвали Молли Ту (англ. Molly Too), а окраску – “рассет” (от англ. russet – “красновато-коричневый, медный”)⁶⁷. Окраска рассет была вызвана рецессивной мутацией e^r в локусе Экстеншн. Мутация e^r – это делеция трех нуклеотидов, которая привела к потере аминокислоты фенилаланина. Как вы помните, каждую аминокислоту в белке кодируют три нуклеотида в ДНК. Добавление и удаление любого количества нуклеотидов, не кратного трем, часто ведет к катастрофическим последствиям в геноме, тогда как потеря числа таких нуклеотидов, кратного трем, вероятно, приводит к более терпимым последствиям. К счастью для Молли Ту, потерялось именно три нуклеотида.

Утерянный фенилаланин находился в той части белка, которая пронизывает мембрану. У кошек e^r/e^r с наружной и внутренней частями Экстеншн все в порядке. При генотипе А/_ Агути садится на рецептор, при генотипе а/а – не садится. Вот только из-за потери фенилаланина белок Экстеншн теряет свою эластичность и больше не может изменять свою форму. Белочек Gαs продолжает преспокойненько сидеть на внутреннем конце Экстеншн даже в случае, если Агути сел на рецептор. Белок-транспортер никто не запугивает, и он активно накачивает в клетку цистеин – субстрат для производства феомеланина.

Так как наличие/отсутствие Агути мало на что влияет, то бурманские рассеты A/_ e^r/e^r и a/a e^r/e^r выглядят почти одинаково. Так же, как и норвежские лесные, золотые бурманские кошки с возрастом становятся все более золотыми.

сердоликовые курильские бобтейлы

Еще один вариант золотого окраса появился у курильских бобтейлов. Это относительно редкая и малоизвестная в мире порода, выведенная в России в конце XX века. Ее особенностью, как следует из названия (от aнгл. bobtail – “обрезанный хвост”), является короткий хвост-помпон. В начале 2000-х годов среди курильских бобтейлов стали рождаться золотые котята. После амбера у норвежских лесных и рассета у бурманских кошек российские заводчики курильских бобтейлов решили дать свое название новому окрасу – “сердолик”