Zagadka rudych kotów rozwiązana: gen wyjaśnia, dlaczego prawie wszystkie z nich są samcami.

Od Garfielda po Nurang, kota, który niedawno stał się popularny po tym, jak skradł serca tysięcy turystów na międzynarodowym lotnisku w Bangkoku (Tajlandia), rude koty zapisały się na kartach kultury popularnej. Ich wizerunek, uwieczniony już na obrazach renesansowych, kojarzy się z reputacją psotnych, towarzyskich, żartobliwych i lubiących chaos. Oprócz wyjątkowego zachowania, te jaskrawo rude włosy wzbudziły ciekawość naukowców: pochodzenie ich koloru kryje zagadkę genetyczną, która teraz doczekała się wyjaśnienia. Dwa niezależne badania przeprowadzone przez amerykańskich i japońskich naukowców przeanalizowały pochodzenie genetyczne umaszczenia tych kotów.

Pracując niezależnie, oba zespoły doszły do ​​tego samego wniosku, który opublikowano w czwartek w czasopiśmie Current Biology : futro rudych kotów jest wynikiem wariacji genetycznych w chromosomie X, jednym z dwóch chromosomów płciowych. Wyjątkowość polega na tym, że cecha ta jest sprzężona z płcią, czego nie można powiedzieć o żadnym innym ssaku.

Gregory Barsh ze Stanford University (USA) i Hiroyuki Sasaki z Kyushu University (Japonia) wraz ze swoimi współpracownikami badali genomy kotów, aby określić, które białko kodowane przez koci gen powoduje wzmocnienie pomarańczowego odcienia. Chociaż ten wyjątek genetyczny odkryto 100 lat temu, molekularna tożsamość mutacji nie była znana. Mutacje zazwyczaj wyłączają gen lub zmniejszają jego ekspresję. W tym przypadku jest odwrotnie, jest to anomalia DNA.

ARHGAP36 to gen chromosomu X, który koduje białko powodujące pomarańczowy efekt u kotów. „Kolor jest wynikiem utraty fragmentu DNA, co powoduje nieprawidłową ekspresję ARHGAP36 w komórkach pigmentowych lub melanocytach. Gen nie jest usuwany, ale znajduje się w pobliżu miejsca usunięcia” – wyjaśnił Barsh, co może zmienić odczyt sekwencji DNA. Jest to niegroźna mutacja, występująca w miejscu, gdzie — na przykład w futrze — nie powinna mieć negatywnego wpływu.

U ssaków, takich jak orangutany, psy tej rasy U golden retrieverów , tygrysów i ludzi występuje ten rudy odcień, ale tylko u kotów domowych kolor ten jest związany z płcią, częściej pojawiając się u samców. „Uważamy, że tego typu mutacje regulacyjne są głównymi czynnikami powodującymi różnice między gatunkami i stanowią jedną z największych sił ewolucji” – dodaje genetyk Christopher Kaelin , współautor jednego z dwóch badań prowadzonych wspólnie z Barshem.

Przewaga samców wśród rudych kotów pręgowanych od dawna budziła podejrzenia, że ​​czerwony gen zlokalizowany jest na chromosomie X, lecz do tej pory nikt nie zdołał go zidentyfikować. Po stuleciu hipoteza ta została udowodniona. Samce posiadające tylko jeden chromosom płciowy X (drugi to Y) będą miały pomarańczowe umaszczenie, jeśli odziedziczą kopię genu ARHGAP36 od jednego z rodziców. Samice, które mają dwa chromosomy X, muszą odziedziczyć obie kopie genu, aby mieć całkowicie pomarańczową, pręgowaną sierść. Dlatego są znacznie mniej powszechne.

U kotów, które odziedziczą tylko jedną kopię genu pomarańczowego — a druga kopia jest czarna — występuje częściowy kolor futra; lub o wzorze plamistym, znanym jako skorupa żółwia, lub w pomarańczowe, czarne i białe plamki, typowe dla umaszczenia kaliko. Dzieje się to na skutek zjawiska genetycznego zwanego losową inaktywacją chromosomu X, w którym jedna z dwóch kopii chromosomu X ulega dezaktywacji w każdej komórce. W rezultacie tworzy się mozaika komórek pigmentowych: niektóre wydzielają barwę pomarańczową, a inne nie.

Zespół Sasakiego przeanalizował DNA 18 kotów — 10 rudych i ośmiu nierudych — i odkrył, że wszystkie rude koty miały określoną delecję w genie. Tymczasem amerykańscy naukowcy przeprowadzili analizę funkcjonalną, wykorzystując komórki i tkanki kotów rudych i szylkretowych. „Jednym z kluczowych eksperymentów w naszym badaniu była tkanka płodowa kotów pobrana z klinik sterylizacji i kastracji, co pozwoliło nam prześledzić działanie mutacji na poziomie komórkowym” – wyjaśnia Kaelin.

Jak wyjaśnia Priscila Ramos, starsza naukowiec w Narodowym Instytucie Badań i Technologii Rolnych i Żywnościowych , dzieje się tak, ponieważ kot nie jest modelem eksperymentalnym, jak myszy laboratoryjne. „Badania opierają się na próbkach pobranych w klinikach lub od zwierząt, które zmarły śmiercią naturalną, co utrudnia prowadzenie badań obejmujących bezpośrednią manipulację ich DNA” – dodaje ekspert w dziedzinie genetyki.

Zagadka genetyczna

Gen ARHGAP36 był badany przez naukowców zajmujących się biologią raka i rozwojem. Normalnie występuje w tkankach neuroendokrynnych, gdzie może powodować powstawanie nowotworów. Nie wiadomo, jaki wpływ ma to na komórki barwnikowe. „W badaniach na ludziach [gen] był kojarzony z problemami rozwojowymi lub rakiem. U kotów nie zaobserwowano jego ekspresji w tych tkankach, a gdy dochodzi do tej mutacji, wpływa ona jedynie na produkcję melaniny: dlatego pojawia się pomarańczowy kolor futra” – mówi Ramos.

Naukowcy twierdzą, że próby zrozumienia, w jaki sposób koty domowe nabyły różne kolory i wzory, są bramą do zrozumienia powstawania innych cech fizycznych, od plam u gepardów po fizjonomię delfinów.

Odkrycie to stało się możliwe częściowo dzięki opracowaniu zasobów genomicznych kotów, które dopiero niedawno stały się dostępne. Christopher Kaelin zauważa, że ​​znaczna część badań genetycznych z ostatnich 30 lat koncentrowała się na identyfikacji mutacji w genie. „W naszym przypadku mutacje występują w 98% genomu” – podsumowuje.