Тайна рыжих кошек раскрыта: ген объясняет, почему почти все они — самцы.

От Гарфилда до Нуранга, кота, который недавно стал вирусным , покорив сердца тысяч туристов в международном аэропорту Бангкока (Таиланд), рыжие кошки оставили свой след в массовой культуре. Их образ, увековеченный уже в картинах эпохи Возрождения, ассоциируется с репутацией озорных, общительных, игривых существ, любителей хаоса. Помимо своего уникального поведения, эти яркие рыжие волосы вызвали интерес у ученых: за происхождением их цвета скрывается генетическая загадка, которая теперь получила объяснение. Два независимых исследования, проведенных американскими и японскими учеными, проанализировали генетическое происхождение окраса этих кошек.

Работая по отдельности, обе группы пришли к одному и тому же выводу, который был опубликован в этот четверг в журнале Current Biology : шерсть рыжих кошек является результатом генетических изменений в Х-хромосоме, одной из двух половых хромосом. Уникальность этого признака в том, что он сцеплен с полом, чего нет ни у одного другого млекопитающего.

Грегори Барш из Стэнфордского университета (США) и Хироюки Сасаки из Университета Кюсю (Япония) вместе со своими коллегами изучали геномы кошек, чтобы определить, какой белок, кодируемый генами кошки, усиливает оранжевый оттенок. Хотя это генетическое исключение было обнаружено 100 лет назад, молекулярная идентичность мутации была неизвестна. Мутации обычно отключают ген или снижают его экспрессию. В данном случае все наоборот, то есть это аномалия ДНК.

ARHGAP36 — ген X-хромосомы, кодирующий белок, отвечающий за оранжевый эффект у кошек. «Цвет обусловлен потерей фрагмента ДНК, что приводит к аномальной экспрессии ARHGAP36 в пигментных клетках или меланоцитах. Ген не удаляется, но располагается вблизи места делеции», — пояснил Барш, что может изменить прочтение последовательности ДНК. Это безвредная мутация, происходящая в таком месте, где она не должна оказывать отрицательного воздействия, например, в шерсти.

У млекопитающих, таких как орангутаны, собаки породы Этот рыжеватый оттенок встречается и у золотистых ретриверов , и у тигров, и у людей, но только у домашних кошек цвет связан с полом и чаще встречается у самцов. «Мы считаем, что эти типы регуляторных мутаций являются основными движущими силами видовых различий и представляют собой одну из великих сил эволюции», — добавляет генетик Кристофер Кейлин , соавтор одного из двух исследований с Баршем.

Преобладание самцов среди рыжих полосатых кошек давно привело к подозрению, что ген красного цвета находится в Х-хромосоме, но до сих пор никто не мог его идентифицировать. Спустя столетие эта гипотеза подтвердилась. Самцы, имеющие только одну половую хромосому X (вторая — Y), будут иметь оранжевую окраску, если они унаследуют копию гена ARHGAP36 от одного из своих родителей. Самкам, имеющим две Х-хромосомы, необходимо унаследовать обе копии гена, чтобы иметь полностью рыжую полосатую шерсть. Вот почему они встречаются гораздо реже.

У кошек, которые унаследовали только одну копию оранжевого гена, а другая копия — черная, наблюдается частичная окраска шерсти; или с пятнистым рисунком, известным как черепаховый, или с оранжевыми, черными и белыми пятнами, типичными для окраса «калико». Это происходит посредством генетического явления, называемого случайной инактивацией Х-хромосомы, при котором в каждой клетке деактивируется одна из двух копий. В результате образуется мозаика пигментных клеток: одни из них экспрессируют оранжевый цвет, а другие — нет.

Команда Сасаки проанализировала ДНК 18 кошек — 10 рыжих и восьми не рыжих — и обнаружила, что у всех рыжих кошек была определенная делеция в гене. Тем временем американские ученые провели функциональный анализ с использованием клеток и тканей кошек оранжевого и черепахового окрасов. «В одном из ключевых экспериментов нашего исследования использовались эмбриональные ткани кошек, полученные в клиниках стерилизации/кастрации, что помогло нам отследить, как мутация работает на клеточном уровне», — объясняет Кейлин.

«Это связано с тем, что кошка не является экспериментальной моделью, как лабораторные мыши», — говорит Присцила Рамос, старший научный сотрудник Национального института сельскохозяйственных и пищевых исследований и технологий . «Исследования основаны на образцах, полученных в клиниках или от животных, умерших естественной смертью, что затрудняет проведение исследований, включающих прямые манипуляции с их ДНК», — добавляет эксперт по генетике.

Генетическая головоломка

Ген ARHGAP36 изучался учеными в области онкологии и биологии развития. Обычно он экспрессируется в нейроэндокринных тканях, где может вызывать опухоли. Его влияние на пигментные клетки не было известно. «В исследованиях на людях [этот ген] связывали с проблемами развития или раком. У кошек его экспрессии в этих тканях не наблюдалось, а когда происходит эта мутация, она влияет только на выработку меланина: именно поэтому появляется оранжевый цвет шерсти», — говорит Рамос.

Ученые утверждают, что попытки понять, как домашние кошки приобрели различные окрасы и узоры, открывают путь к пониманию возникновения других физических черт — от пятен гепардов до физиономии дельфинов.

Открытию отчасти способствовало развитие геномных ресурсов кошек, которые стали доступны лишь недавно. Кристофер Кейлин отмечает, что большая часть генетических исследований последних 30 лет была направлена ​​на выявление мутаций в гене. «В нашем случае мутации присутствуют в 98% генома», — заключает он.