改变教科书:狗毛图案的遗传

赶上了七夕。

一个包括伯尔尼大学遗传学研究所科学家在内的国际研究小组解开了狗的毛色遗传之谜。

研究人员发现,在200多万年前,一种基因变异导致了狗和狼的皮毛很淡,这种变异源于现代狼的一种现已灭绝的近亲。

几十年来,狗身上的几种毛色模式的遗传问题一直备受争议。包括伯尔尼大学遗传学研究所的托索·利布在内的研究人员现在终于能够解开这个谜团。研究人员不仅搞清了皮毛颜色是如何由基因控制的,而且还发现,白色北极狼和许多现代狗的浅色皮毛颜色是由一种基因变体造成的,这种变体源自一个早已灭绝的物种。

这项研究刚刚发表在科学杂志《自然生态与进化》上。

两种颜料和一个“开关”所有的涂层颜色

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狼和狗可以产生两种不同类型的色素,黑色的真黑色素和黄色的伪黑色素。这两种色素在正确的时间和身体上正确的位置精确地产生,会产生非常不同的被毛颜色模式。在这项研究之前,已经在狗身上发现了四种不同的模式,并推导出了导致这些模式的几种遗传变异。

然而,对成千上万只狗进行的这些变异的商业基因测试得出了相互矛盾的结果,这表明现有的关于毛色模式遗传的知识是不完整的,也不是完全正确的。

在毛色形成过程中,所谓的刺鼠信号蛋白代表身体产生黄色褐黑素的主要开关。如果刺鼠信号蛋白存在,色素生产细胞将合成黄色褐黑素。如果没有刺鼠信号蛋白,则会形成黑色真黑色素。Tosso Leeb解释说:“我们很早就意识到,致病基因变异必须是调节蛋白生产速率的调控变异,从而导致刺鼠信号蛋白的增加或减少。”

五种而不是四种不同的毛色图案

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刺鼠信号蛋白(agouti gene)的基因有几个读取遗传信息的起始位点,称为启动子。

一方面,狗有一个腹侧启动子,负责在腹部生产刺鼠信号蛋白。另一方面,狗有一个额外的毛发周期特异性启动子,它在毛发生长的特定阶段介导刺豚鼠信号蛋白的产生,并使毛发形成带状。

研究人员首次在数百只狗身上详细描述了这两个启动子。他们发现了腹侧启动子的两种变体。

其中一种变体可以产生正常数量的刺鼠信号蛋白。另一种变体具有更高的活性,并导致刺鼠信号蛋白的产量增加。研究人员甚至确定了头发周期特异性启动子的三种不同变体。

改变教科书:狗毛图案的遗传

从单个启动子的这些变异开始,研究人员确定了总共五种不同的组合,它们会导致狗的不同皮毛颜色模式。教科书必须重写,因为在狗身上有五种不同的模式,而不是先前接受的四种。

或许还有一种:单身狗

对狼进化的意外发现

改变教科书:狗毛图案的遗传

随着来自地球上不同地区的狼的许多基因组被公开,研究人员进一步调查了已确认的基因变异是否也存在于狼体内。这些分析表明,在大约4万年前开始驯化现代狗之前,狼体内就已经存在过度活跃的腹侧和毛发周期特异性启动子的变异。

最有可能的是,在过去的冰川期,这些基因变异促使皮毛颜色较浅的狼适应了富含雪的环境。今天,完全白色的北极狼和喜马拉雅浅色的狼仍然携带着这些基因变异。

研究人员能够证明,浅色狗和狼的毛发周期特异性启动子的过度活跃变体,与金豺或土狼等远亲物种相比,与欧洲灰狼有更多相似之处。

对这一出人意料的发现唯一合理的解释是,这种变体起源于200多万年前,是狼的一个现已灭绝的亲戚。

这个基因片段肯定是在两百多万年前通过与现在已经灭绝的狼的近亲杂交而渗入到狼体内的。因此,这一灭绝物种的一小部分DNA至今仍在黄狗和北极白狼身上被发现。

“这让人想起了一个发现,即现代人类的基因组中携带了一小部分现已灭绝的尼安德特人的DNA。”

参考资料

Dog colour patterns explained by modular promoters of ancient canid origin.

Nature Ecology & Evolution, 2021

DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41559-021-01524-x

原文始发于微信公众号(孤岛巨鲸):改变教科书:狗毛图案的遗传