Белая пятнистость представляет собой отсутствие пигментов в волосе в определенных участках тела. У млекопитающих известно относительно большое число генов, мутации в которых приводят к белой пятнистости. У собак на сегодняшний день известно как минимум два или три гена, мутации в которых приводят к такому типу окрасок, но этот список генов и аллелей, скорее всего, будет только расти.
Локус S, белая пятнистость и пегость
Локус S (от англ. Solid)— это обозначение гена MITF (Microphthalmia Associated Transcription Factor), который расположен на 20-ой хромосоме. Этот ген был идентифицирован тремя лабораториями независимо друг от друга в 2006-2007 годах. Дальнейшие исследования показывают наличие в этом локусе ряда сложных аллелей, окончательная идентификация которых еще предстоит.
Основные аллели локуса по Литтл (1957)
• S окраc без белой пятнистости данного типа,доминантный аллель “дикого типа”;
• si (irish spotting) — небольшие белые участки в первичных центрах депигментации, так называемая ирландская пятнистость;
• sp (piebald) — пегость, при которой до 60 % тела имеют белую окраску;
• sw (extreme white) — крайняя степень пятнистости, когда сохраняются небольшие темные участки в пигментных центрах.
Доминантный аллель S обычно полностью доминирует над аллелями si, sp. Однако, согласно Kroberg и соавторам, для аллеля крайней степени пятнистости sw предполагается неполное доминирование. При этом у гетерозиготных собак S/sw наблюдается промежуточный окрас с небольшим количеством белой пятнистости, который называют флеш (“flash”) применительно к бультерьерам и боксерам. Доминирование между рецессивными аллелями локуса S также может носить промежуточный характер. Кроме аллелей локуса S на развитие белой пятнистости оказывают влияние гены-модификаторы. В связи с этим, анализируя характер пятнистости, говорить в практическом собаководстве о каких-либо конкретных обозначениях рецессивных генов этой серии чаще всего совершенно бессмысленно.
S/sw
Сейчас стало очевидным, что номенклатура аллелей локуса S по Литтлу – это сильнейшее упрощение реальной картины. Молекулярный анализ последовательности гена MITF показано наличие 46 различный мутаций в регуляторных участках гена, которые ассоциированы с пегими окрасами, однако однозначно сказать, какие именно мутации достоверно приводят к разным проявлениям белой пятнистости пока невозможно. Три из установленных мутаций (включая ту, на которую коммерческие лаборатории проводят ДНК-тестирование) сильно ассоциированы с пегостью и крайней степенью пятнистости (sp/sp и sw/sw по Литтлу), но не найдены у сплошных собак и собак с ирландской пятнистостью. Четвертая мутация ассоциирована с пегостью, крайней степенью пятнистости, и с ирландской пятнистостью у бернских горных собак и басенжи, но не встречается в гомозиготном состоянии у сплошных собак. Исследования 2014 года указывают, что эти мутации, по-видимому, регулируют работу гена MITF в клетках предшественников меланоцитов. Вероятно, эти мутации и другие пока еще не установленные мутации в различных сочетаниях и под влиянием аллелей других генов окрасов (например, аллелей крапа и чалости), а также дополнительных генов-модификаторов приводят к разной степени проявления белой пятнистости данного типа.
Классификация белой пятнистости по Робинсону (1982)
Р. Робинсон (1982) приводит схему экспрессии пятнистости с отображением ее как серии вариантов, оцениваемых по 10-балльной шкале: ноль соответствует отсутствию белых пятен на темном фоне, 10 баллов —полностью белому окрасу. Эта схема хорошо отражает закономерности развития пегости.
Схема балльной оценки экспрессивности пегого окраса собак (по Робинсону, 1982)
0 — белые отметины полностью отсутствуют
10 — собака полностью белая
Однако, как показывает дальнейший анализ пятнистости, полностью охарактеризовать разнообразие этого признака у всего многообразия пород она также не в состоянии. Несмотря на очевидную закономерность в распространении депигментации, существует и широкая индивидуальная или породная изменчивость пегих и пятнистых окрасов. Например, некоторые породы имеют хорошо выраженный белый рисунок на голове и морде собаки (это не обратная маска!) и достаточно большое пятно на груди, но в то же время белые только самые концы лап. Такое распределение пигментации, очевидно, связано с формированием в процессе отбора особой системы генов-модификаторов, обусловливающей конкретный рисунок. Стандарты многих пород, для которых характерна пятнистость, указывают на допустимые пределы ее развития. Тем самым в породе осуществляется отбор на повышение частоты определенных аллелей.
Но поскольку балльная шкала, предложенная Робинсоном, показывает основные закономерности развития пятнистости, ее значительно удобнее использовать для характеристики той или иной породы, чем гипотетические аллели si или sp.
Генетические и стохастические факторы при появлении белых пятен.
Как отмечалось ранее, на проявление и распределение белых пятен оказывают влияние множество генетических факторов. Однако, в дополнение к генетике, факторы негенетической природы также вносят вклад — это могут просто рандомные или стохастические процессы, например, при миграции клеток-предшественников и созревании меланоцитов в эмбриональном развитии или в пост-эмбриональный период. Самым ярким примером, иллюстрирующем вклад таких стохастических процессов в формирование белой пятнистости будут окрасы клонированных собак.
При клонировании, все клоны имеют идентичные геномы. Это означает, что последовательности ДНК, включая варианты аллелей локусов окраса и генов-модификаторов, будут одинаковыми у клонов. На фото ниже приведены примеры клонированных собак: если клонируемая собака — пегая, то и клоны будут пегими, так как наличие белой пятнистости определено генетически. Общее проявление белой пятнистости тоже будет сходным между клонами. Однако конкретные форма и размеры белых пятен у каждого клона индивидуальны, несмотря на идентичные геномы. Это показывает степень вклада процессов негенетической природы в формирование белой пятнистости.
Что показывают тесты на локус S?
Коммерческие тесты на локус S обычно анализируют вариации в регуляторных последовательностях гена MITF. В полиморфизме белой пятнистости у собак большую роль играют и мобильные элементы — ретротранспозоны, а точнее короткие встраивающиеся элементы SINE. Так, например, доказано, что вставка SINE в непосредственной близости от гена MITF у некоторых пород ассоциирована с экстремальной белой пятнистостью и пегостью. Именно на наличие этого полиморфизма (или маркеров, тесно ассоциированных с ним) обычно и тестируют лаборатории.
На сегодняшний день по последовательности ДНК невозможно различить между фенотипическим проявлением пегого и крайней степенью пятнистости (sp/sp и sw/sw по Литтлу). В связи с этим, вопрос о существовании двух разных аллелей sp и sw остается открытым до того момента, как генетическая природа этих аллелей будет прояснена. Несмотря на это, для обозначения крайней степени пятнистости, инициирующей развитие практически белого окраса, целесообразно оставить обозначение sw.
Другие формы белой пятнистости и гипотетический локус Whitehead
Кроме аллелей локуса S, предполагается наличие еще ряда мутаций, способствующих развитию белой пятнистости. Например, подобные аллели другого локуса, действующие наряду с аллелями локуса S, обнаружены у колли, шелти, бордер колли и других пород. В ряде случаев, собаки c характерным для этих пород белым рисунком оказываются гомозиготными S/S. Так например, собаки со специфическим рисунком белого воротника, характерного для колли, бодер колли и других пород часто в результатах теста показывают отсутствие пятнистости (S/S). Видимо, что данный тип пятнистости обусловлен аллелями какого-то другого, пока не идентифицированного локуса.
Кроме того, обсуждается существование гипотетического локуса, названного Whitehead у ряда пастушьих и прочих пород. Подробнее ознакомиться с программой по поиску гена Whitehead с помощью геномного анализа, а также отправить генетический материал или донаты на научные исследования можно тут.
Белая пятнистость немецких овчарок. Ген KIT.
В 2013 году был идентифицирован новый тип белой пятнистости, возникший в родословной немецкой овчарки. У собак, гетерозиготных по этой новой мутации в гене KIT, наблюдается белая пятнистость с характерным проявлением в виде отсутствия пигментации шерсти на морде, шее и груди. Этот окрас, который наследуется по доминантному принципу, назвали “панда” и закрепили в разведении (несмотря на несоответствие стандарту породы).
Ген KIT у собак картирован на 13-й хромосоме в районе, гомологичном соответствующему участку 2-й хромосомы у лисиц. Овчарки-“панды” имеют выраженную пятнистость в виде вполне определенного белого рисунка на голове, белого воротника и белых лап аналогичного расцветке беломордых и платиновых лисиц. Первый носитель этой мутации, сука, родилась в помете немецких овчарок обычного окраса в США. Анализ ее ДНК, а также исследования нескольких поколений скрещиваний с ней привели к обнаружению мутации в гене KIT. Эта мутация впервые появилась только у этой собаки (это называется de novo) и является доминантной полулетальной, то есть гомозиготные по мутации особи не рождаются (такие эмбрионы “рассасываются” на ранних стадиях эмбрионального развития при беременности и в помете рождаются только гетерозиготные щенки или щенки без мутации). Гетерозиготные собаки окраса «панда» проблем со здоровьем не имеют.
Одновременно с обнаружением появления новой мутации в гене KIT у немецких овчарок, была также обнаружена новая белая пятнистость в родословной веймаранеров в следствии другой мутации в гене KIT. В отличие от овчарок-“панд”, заводчик стерилизовал собаку с новой мутацией и вывел этот новый тип белой пятнистости из разведения.
У других млекопитающих ген KIT также приводит к белой пятнистости и белому окрасу. У кошек отмечен ряд аллелей KIT (именуемого локус W – “white”) с разными типами пятнистости: в виде белых концов лап, определяемых рецессивным аллелем локуса KIT, а также белая пятнистость и сплошной белый окрас из-за двух доминантных аллелей локуса KIT. Аллель, способствующий появлению белой звездочки на голове, обнаружен и у лисиц. Вполне вероятно наличие аллелей, способствующих возникновению пятнистости со специфическим рисунком, и у собак.
Wong, A.K., Ruhe, A.L., Robertson, K.R., Loew, E.R., Williams, D.C., Neff, M.W. A de novo mutation in KIT causes white spotting in a subpopulation of German Shepherd dogs. Anim Genet 44:305-10, 2013.
Gerding, W.M., Akkad, D.A., Epplen, J.T. Spotted Weimaraner dog due to de novo KIT mutation. Anim Genet 44:605-6, 2013
Основы формирования белой пятнистости
Напомним, как осуществляется процесс пигментогенеза у собаки. На ранних стадиях эмбрионального развития у зародыша в области нервной трубки выделяется закладка будущих пигментных клеток —нервный гребень. В дальнейшем пропигментные клетки — меланобласты — мигрируют от нервного гребня к периферии в определенные области тела, называемые центрами пигментации, или пигментными центрами. У собаки эти центры находятся у оснований шеи и хвоста, на голове и концах ушей. Из пигментных центров меланобласты в соответствии с определенной закономерностью распространяются дальше по телу собаки. Меланобласты внедряются в волосяные фолликулы и превращаются в меланоциты — собственнопроизводителей пигментов. Если этот процесс замедляется, меланобласты или не достигают некоторых точек на теле собаки совсем, или попадают в них настолько поздно, что не успевают внедриться в волосяные фолликулы. В первом случае обесцвеченными бывают не только участки шерстного покрова, но и кожа подними. Во втором при наличии пигментации этого участка кожи обесцвеченной оказывается шерсть.
Белая пятнистость встречается у собак значительно чаще, чем кажется на первый взгляд, и имеет очень широкую вариабельность. Генетически пятнистая собака может иметь сплошной окрас с несколькими белыми волосками на груди или быть практически белой с маленьким темным пятнышком на конце уха.
Вызывают белую пятнистость мутации в ряде генов, наиболее изученным среди которых является локус S. Ряд рецессивных аллелей, относящихся к локусу S, тормозят процесс распространения меланобластов по корпусу в процессе эмбрионального развития щенка, в результате чего они не проникают в некоторые части кожного покрова, и эти места остаются непигментированными. В последнюю очередь пигментные клетки добираются до кончика хвоста, пальцев на лапах и в самую последнюю — до груди. Таким образом, возникновение белых пятен происходит строго закономерно. Точки тела, в которых легче возникают белые пятна, называются первичными точками депигментации. (Хотя точнее их нужно было бы обозначить как конечные точки пигментации.) При образовании пятнистых форм участки на корпусе собаки, соответствующие пигментным центрам, оказываются, напротив, особенно устойчивыми. К ним относятся, например, участки кожи вокруг глаз, концы ушей и основание хвоста.
Литература.
Brancalion, L., Haase, B., Mazrier, H., Willet, C.E., Lindblad-Toh, K., Lingaas, F., Wade, C.M. Roan, ticked and clear coat patterns in the canine are associated with three haplotypes near usherin on CFA38. Anim Genet 52:198-207, 2021. Pubmed reference: 33539602. DOI: 10.1111/age.13040.
Brancalion, L., Haase, B., Willet, C.E., Wade, C.M. Sequence variants of the canine melanocyte inducing transcription factor (MITF) locus reveal a common MITF-A processed pseudogene. Anim Genet 52:777-8, 2021. Pubmed reference: 34165209. DOI: 10.1111/age.13106.
Brancalion, L., Haase, B., Wade, C.M. Canine coat pigmentation genetics: a review. Anim Genet :, 2021. Pubmed reference: 34751460. DOI: 10.1111/age.13154.
Nord, M.E., Jensen, P. Genomic regions associated with variation in pigmentation loss in saddle tan Beagles. Genes (Basel) 12:316, 2021. Pubmed reference: 33672409. DOI: 10.3390/genes12020316.
Dreger, D.L., Hooser, B.N., Hughes, A.M., Ganesan, B., Donner, J., Anderson, H., Holtvoigt, L., Ekenstedt, K.J. True Colors: Commercially-acquired morphological genotypes reveal hidden allele variation among dog breeds, informing both trait ancestry and breed potential. PLoS One 14:e0223995, 2019. Pubmed reference: 31658272. DOI: 10.1371/journal.pone.0223995.
Baranowska Körberg, I., Sundström, E., Meadows, J.R., Rosengren Pielberg, G., Gustafson, U., Hedhammar, Å., Karlsson, E.K., Seddon, J., Söderberg, A., Vilà, C., Zhang, X., Åkesson, M., Lindblad-Toh, K., Andersson, G., Andersson, L. A simple repeat polymorphism in the MITF-M promoter is a key regulator of white spotting in dogs. PLoS One 9:e104363, 2014. Pubmed reference: 25116146. DOI: 10.1371/journal.pone.0104363.
Gerding, W.M., Akkad, D.A., Epplen, J.T. Spotted Weimaraner dog due to de novo KIT mutation. Anim Genet 44:605-6, 2013. Pubmed reference: 23659249. DOI: 10.1111/age.12056.
Wong, A.K., Ruhe, A.L., Robertson, K.R., Loew, E.R., Williams, D.C., Neff, M.W. A de novo mutation in KIT causes white spotting in a subpopulation of German Shepherd dogs. Anim Genet 44:305-10, 2013. Pubmed reference: 23134432. DOI: 10.1111/age.12006.
Andersson, L. Genome-wide association analysis in domestic animals: a powerful approach for genetic dissection of trait loci. Genetica 136:341-9, 2009. Pubmed reference: 18704695. DOI: 10.1007/s10709-008-9312-4.
Karlsson, E.K., Baranowska, I., Wade, C.M., Salmon Hillbertz, N.H., Zody, M.C., Anderson, N., Biagi, T.M., Patterson, N., Pielberg, G.R., Kulbokas, E.J., Comstock, K.E., Keller, E.T., Mesirov, J.P., von Euler, H., Kämpe, O., Hedhammar, A., Lander, E.S., Andersson, G., Andersson, L., Lindblad-Toh, K. Efficient mapping of mendelian traits in dogs through genome-wide association. Nat Genet 39:1321-8, 2007. Pubmed reference: 17906626. DOI: 10.1038/ng.2007.10.
Leegwater, PA., van Hagen, MA., van Oost, BA. Localization of white spotting locus in Boxer dogs on CFA20 by genome-wide linkage analysis with 1500 SNPs. J Hered 98:549-52, 2007. Pubmed reference: 17548862. DOI: 10.1093/jhered/esm022.
Rothschild, MF., Van Cleave, PS., Glenn, KL., Carlstrom, LP., Ellinwood, NM. Association of MITF with white spotting in Beagle crosses and Newfoundland dogs. Anim Genet 37:606-7, 2006. Pubmed reference: 17121617. DOI: 10.1111/j.1365-2052.2006.01534.x.
van Hagen, MA., van der Kolk, J., Barendse, MA., Imholz, S., Leegwater, PA., Knol, BW., van Oost, BA. Analysis of the inheritance of white spotting and the evaluation of KIT and EDNRB as spotting loci in Dutch boxer dogs. J Hered 95:526-31, 2004. Pubmed reference: 15475400. DOI: 10.1093/jhered/esh083.
Metallinos, D., Rine, J. Exclusion of EDNRB and KIT as the basis for white spotting in Border Collies. Genome Biol 1:research0004.1-4, 2000. Pubmed reference: 11178229.
Little, C. C. The Inheritance of Coat Color in Dogs Comstock Publishing Associates, Cornell University Press, Ithaca, NY :, 1957.
Дополнительное упоминание:
Bannasch, D., Young, A., Myers, J., Truvé, K., Dickinson, P., Gregg, J., Davis, R., Bongcam-Rudloff, E., Webster, M.T., Lindblad-Toh, K., Pedersen, N. Localization of canine brachycephaly using an across breed mapping approach. PLoS One 5:e9632, 2010. Pubmed reference: 20224736. DOI: 10.1371/journal.pone.0009632.
ОКНО в генетику собак 