Новые данные о генотипах и фенотипах мерля у собак

Ранее было установлено, что мраморный окрас шерсти является не только визуально интересной особенностью, но также играет важную биологическую роль в развитии нарушений слуха и зрения. В 2006 году локус Merle (M) был сопоставлен с геном SILV с элементом SINE в нем, и инсерция ретроэлемента была определена как причина фенотипа мерль. Картирование локуса M было генетическим прорывом, и многие заводчики начали внедрять тестирование на SILV SINE в своих программах разведения. К сожалению, ситуация оказалась сложной, поскольку генотипы особей, определенные как мерль, не всегда соответствовали ожидаемым фенотипам, иногда с нежелательными последствиями для здоровья у потомства. До сих пор были описаны два варианта аллелей SILV SINE — Mc и M.

В этой статье описан значительно более полный ряд существующих аллелей мерля (Mc, Mc+, Ma, Ma+, M, Mh) у собак, которые связаны с уникальными свойствами окраса шерсти и возможным риском ухудшения состояния здоровья. Усовершенствование идентификации аллелей стало возможным благодаря систематическому подробному наблюдению фенотипов мерля в группе из 181 собак из известных пород, имеющих окрас мерль, многими заводчиками по всему миру и использованию передовых молекулярных технологий, позволяющих различать отдельные аллели мерля со значительно более высокой точностью чем раньше.

Авторы исследования также показали, что мозаицизм аллелей мерль является неожиданно частым явлением, которое было выявлено у 30 из 181 (16,6%) собак в группе. Важно отметить, что не только мажорные («дикие»), но и минорные аллели мерля могут быть унаследованы потомством. Таким образом, мозаицизмом нельзя пренебрегать.

В свете негативных последствий для здоровья, которые могут быть связаны с определенными стратегиями разведения мерля, авторы выступают за создание генетического теста аллелей мерль для всех пород, несущих этот ген, чтобы помочь заводчикам в выборе подходящих пар и получению здорового потомства.

Введение

У собак окрас шерсти является полиморфным и довольно сложным признаком. Хотя Little ([1] 1957) описал более 20 локусов, влияющих на окрас шерсти в соответствии с фенотипами собак, было установлено, что только несколько генов участвуют в пигментации — наиболее значимыми из которых является локус E (ген MC1R, [2], [3], [4]), локус K (ген CBD103, [5]), локус A (ген ASIP, [6], [7], [8]), локус B (ген TYRP1, [9]), локус D (ген MLPH, [10]), локус S (ген MITF, [11]) и локус M (ген SILV, [12]).

Локус Merle (M) был предложен Little ([1]) как ответственный за мраморный окрас, при котором эумеланиновые области частично и беспорядочно разбавлены, что приводит к типичным несимметричным интенсивно пигментированным пятнам. В 2006 году ген, соответствующий доминантному аллелю локуса M, был наконец определен Clark et al. [12]. Тем не менее, предыдущие попытки были сфокусированы на факторах, которые секретируются непосредственно кератиноцитами (клетками, окружающими меланоциты), чтобы стимулировать переход между образованием феомеланина и эумеланина ([13]). Однако поиск кандидатов генов, ответственных за фенотипы мерля, исключил гены, вовлеченные в меланогенный путь, то есть микрофтальмия-ассоциированный транскрипционный фактор (MITF), тирозиназу (TYR), тирозиназа-ассоциированный белок (TYRP1) или допахромную таутомеразу (DCT) ([14]).

Мраморный окрас встречается в различных породах, таких как австралийская овчарка, австралийский кули, бордер колли, такса, французский бульдог, луизианская собака катахулы, лабрадудл, миниатюрная американская овчарка, миниатюрная австралийская овчарка, пиренейская овчарка, длинношерстный колли, шелти, уэльская овчарка, кардиган вельш корги, чихуахуа, немецкий дог и т.д. Считается, что мерль имеет аутосомный тип наследования с неполным доминированием. Собаки, гетерозиготные по аллелю M, демонстрируют типичный окрас шерсти, однако собаки, гомозиготные по аллелю М, могут также иметь нарушения слуха и зрения и аномалии развития вместе с очень бледными или полностью белыми фенотипами (Strain et al., 2009). Такие негативные последствия для здоровья, связанные с локусом M, побудили ученых идентифицировать конкретный ген. Clark et al. ([12]) подтвердили, что ген SILV является причиной мраморного окраса — короткий вкрапленный элемент (SINE) вставляется в структуру гена. Clark et al. ([12]) локализовали вставку SINE из приблизительно 253 пар оснований (bp) на границе интрона 10 / экзона 11 гена SILV. Типичный элемент SINE состоит из тела и полиаденильного хвоста переменной длины. Предполагалось, что его длина играет своеобразную биологическую роль, визуально выражающуюся как разные качества рисунка шерсти Мерля. Было высказано предположение, что полиаденильный хвост, являющийся монотонной геномной структурой, подвержен ошибкам репликации, вызванным проскальзыванием механизма клеточной репликации в таком сложном геномном контексте. Также было замечено, что действительно существуют SINE-вставки различной длины. Более короткий SINE был приписан аллелю Mc (криптик мерль — Cryptic Merle), который не оказывает заметного влияния на фенотип собак, в то время как более длинные вставки SINE были ответственны за отдельные фенотипы мерля ([12], [15]).

Это открытие позволило провести коммерческое тестирование гена Merle различными лабораториями у разных пород по всему миру. Однако наличие и комбинации вышеуказанных аллелей не могли объяснить различные несоответствия в фенотипах собак и неожиданные результаты разведения. В 2011 году Catahoula Club EU в Чешской Республике начал тестирование гена Merle у чешской популяции породы леопардовая собака катахулы в сотрудничестве с лабораторией Biofocus (Германия) ([16]). Катахула — североамериканская порода, известная своим мраморным (леопардовым) окрасом, в которой разведение двух мерлевых собак не запрещалось, в отличие от других пород, несущих ген мерля, особенно в Европе. Поэтому можно ожидать, что в популяции, участвующей в разведении, есть много собак, несущих ген Мерля. Экспериментальное тестирование, проведенное Biofocus, показало, что многие катахулы с необычными сплошными окрасами несут аллели Merle, но имеют другой размер SINE, чем у Clark et al. ([12]). Средне-размерный аллель SINE был назван атипичный мерль («Atypical Merle», Ma), чтобы отличить его от уже известных ([16]). Дальнейшие исследования, которые начались в 2015 году и продолжаются до сих пор, включали более широкую популяцию леопардовых собак катахулы, а затем и другие породы, и подтвердили существование Ма и его роль в различных специфических и различных окрасах Мерля ([17]).

Первоначально были распознаны только 2 аллеля Clark et al. ([12], [15]). Однако необычные или непредсказуемые результаты разведения, которые вызывают необъяснимые фенотипы у потомства, подтвердили необходимость дальнейших исследований в этой области. Длина SINE, по-видимому, является ключевым фактором для объяснения различных эффектов, влияющих на окончательный рисунок шерсти. Однако в различных коммерческих лабораториях используются разные методы и инструменты для определения длины SINE. Это может сильно повлиять на конечные результаты, их точность и способность различать разные аллели. Некоторые лаборатории уже признали существование аллели Ма и начали сообщать об этом. Другие лаборатории все еще ждут научного подтверждения, потому что соответствующее исследование по этому вопросу еще не опубликовано. Существует также ограниченный выбор собак и пород, доступных для тестирования в конкретных исследованиях ([18], [19]). Таким образом, было бы трудно оценить частоту возникновения различных аллелей Мерля в конкретной породе без тщательного изучения популяции породы. Это обычно выходит за рамки возможностей любой коммерческой лаборатории, особенно без тесного сотрудничества с заводчиками определенных пород. Исключительный сбор данных из тестирования Мерля недостаточен для правильной оценки взаимосвязи между генотипами и фенотипами без знания конкретных собак и их родства.

Таким образом, целью данного исследования было оценить корреляции фенотипа / генотипа между конкретными рисунками окраса Мерль и специфическими длинами SINE в гене SILV, то есть для генетического определения аллелей Мерля, которые авторы предположили фенотипически у луизианских собак катахулы, а также в других породах, имеющих мерль (австралийский кули, австралийская овчарка, бордер колли, французский бульдог и другие).

Здесь авторы подтверждают, что во многих породах, имеющих мерль, существует значительно большее число аллелей Мерля, чем предполагалось ранее. Отдельные аллели Мерля можно различать в зависимости от их специфических длин SINE, соответствующих уникальным фенотипам мерля, и результатов разведения. Чтобы лучше понять сложность генетики окрасов в породах, имеющих мерль, генотипирование гена SILV SINE дополнялось последующим полным генотипированием всех известных основных локусов окрасов и их модификаторов — с помощью специально разработанного теста под названием SuperColorLocus.

Материалы и методы

Биологический материал (мазок с внутренней стороны щеки, образцы шерсти, крови, спермы) был взят у 181 собаки 14 пород: австралийская овчарка (40), австралийский кули (23), бордер колли (18), такса (9), французский бульдог (2), луизианская собака катахулы (73), лабрадудль (1), миниатюрная американская овчарка (2), миниатюрная австралийская овчарка (2), пиренейская овчарка (1), длинношерстный колли (3), шелти (2), уэльская овчарка (3) и муди (2). Животные для исследования были отобраны как и с визуально определяемым фенотипом Мерля, так и / или имеющих родственные связи с особями, имеющими окрас Мерль, или особями, которые, как предполагалось, несут аллель Мерль.

Отбор проб биологического материала выполнялся ветеринарами или владельцами по письменным рекомендациям лаборатории. Все пробы выполнялись в рамках обычных коммерческих лабораторных исследований для других рутинных лабораторных генетических тестов, в соответствии с племенными программами отдельных пород, рекомендованными отдельными племенными клубами.

Затем из биологических проб была выделена ДНК и произведено генотипирование с помощью ПЦР на наличие SILV SINE и маркеров других окрасов с помощью специально созданного мультиплексного теста SuperColorLocus.

Результаты

Фрагменты SILV SINE отделяли в денатурирующем полиакриламидном геле на генетическом анализаторе ABI3500, чтобы получить максимально возможное разрешение для технологии анализа фрагментов. ABI3500 позволил различить отдельные аллели, различающиеся по 1 нуклеотиду, даже для длинных продуктов ПЦР (приблизительно 500 bp). Используя этот подход, авторы исследования смогли подтвердить наличие уже признанных аллелей мерля Mc и M, а также идентифицировать новые аллели и обозначили их: Mc+, Ma, Ma+ и Mh. Таким образом, авторы сообщают о наличии 7 отдельных типов аллелей мерля и сгруппировали их следующим образом: для аллеля дикого типа была назначена длина 171 bp, для других SILV SINE аллелей: Mc (200-230 bp) , Mc + (231-246 bp), Ma (247-254 bp), Ma + (255-264 bp), M (265-268 bp) и Mh (269-280 bp).

Весь набор из семи аллелей мерля был обнаружен в трех породах с большим количеством представленных в исследовании собак (луизианская катахула, австралийская овчарка, бордер колли). При этом длина отдельных аллелей мерля существенно не различалась между всеми тестируемыми породами.

Для оценки точности измерения длины аллелей с использованием ABI3500, была оценена длина отцовских и материнских аллелей мерля при их переходе к потомству.

Новые аллели мерля — фенотипические / генотипические корреляции

Помимо уже признанных m, Mc и M аллелей, авторы идентифицировали четыре новых аллеля мерля и назвали их Mc+, Ma, Ma+ и Mh. Эти аллели встречаются в классических гетерозиготных, но также и в компаундных гетерозиготных комбинациях. Все они, классические гетерозиготные или компаундные гетерозиготные генотипы связаны с типичным визуально заметным фенотипом. Подробное описание представлено ниже на рисунках. Все 7 аллелей мерля теоретически могут составлять 28 отдельных аллельных комбинаций (m/m, m/Mc, Mc/Mc, Mc/Mc+, m/Mc+, Mc+/Mc+, m/Ma, Mc/Ma, Mc+/Ma, Ma/Ma, m/Ma+, Mc/Ma+, Mc+/Ma+, Ma/Ma+, Ma+/Ma+, m/M, Mc/M, Mc+/M, Ma/M, Ma+/M, M/M, m/Mh, Mc/Mh, Mc+/Mh, Ma/Mh, Ma+/Mh, M/Mh, Mh/Mh). В данном исследовании, за исключением 4 аллельных комбинаций Mc/Mc+, Mc+/Ma, Ma/Ma+, Ma+/Mh, наблюдались они все. Далее приведено подробное описание отдельных генотипов и связанных с ними фенотипов.

  • Корреляции генотипа/фенотипа: m/m

Не мерль, отсутствие вставки SILV SINE

  • Корреляции генотипа/фенотипа: m/Mc

Нет рисунка мерль, нет изменения цвета шерсти или оттенка пигмента. Отсутствует изменение цвета глаз. Пигмент не удаляется до белого.

  • Корреляция генотипа/фенотипа: Mc/Mc

Нет рисунка мерль, могут отсутствовать изменения цвета шерсти или оттенка пигмента. В качестве альтернативы, может быть небольшое изменение цвета шерсти — пигмент может быть как будто выцветший или обесцвеченный, или присутствовать незначительный коричневатый оттенок, который не связан с b/b, особенно у пород с длинной шерстью. Изменение цвета глаз отсутствует. Пигмент не удаляется до белого цвета.

  • Корреляция генотипа/фенотипа: m/Mc+

Нет рисунка мерль, нет изменений цвета шерсти или оттенка пигмента. Нет изменения цвета глаз. Пигмент не удаляется до белого.

  • Корреляция генотипа/фенотипа: Mс+/Mc+

Нет рисунка мерль, могут отсутствовать изменения цвета шерсти или оттенка пигмента. В качестве альтернативы может быть небольшое изменение цвета шерсти — пигмент может как будто выцветший или обесцвеченный, или может быть выражен коричневатый оттенок, который не связан с b/b, особенно для пород с длинной шерстью. Изменение цвета глаз отсутствует. Пигмент не удаляется до белого.

  • Корреляция генотипа/фенотипа: m/Ma

Нет рисунка мерль, могут отсутствовать изменения цвета шерсти или оттенки пигмента. В качестве альтернативы может проявляться выраженное разбавление окраса, даже когда d/d не присутствует, и/или может присутствовать коричневатый оттенок, который не связан с b/b. Может быть более светлый подшерсток, особенно у длинношерстных пород. Более светлые области могут быть отмечены на ушах, шее, под хвостом и хвосте. Глаза могут быть голубыми. Пигмент не удаляется до белого.

  • Корреляция генотипа/фенотипа: Mc/Ma

Нет рисунка мерль, могут отсутствовать изменения цвета шерсти или оттенка пигмента. В качестве альтернативы может проявляться выраженное разбавление окраса, даже когда d/d не присутствует, и/или может присутствовать коричневатый оттенок, который не связан с b/b. Может быть более светлый подшерсток, особенно у длинношерстных пород. Более светлые области могут быть отмечены на ушах, шее, под хвостом и хвосте. Глаза могут быть голубыми. Пигмент не удаляется до белого.

  • Корреляция генотипа/фенотипа: Ma/Ma

Чаще всего разбавленный окрас, даже когда d/d отсутствует, и/или имеется коричневатый оттенок, не связанный с b/b, более разбавленный фоновый оттенок с небольшими и маленькими участками более темных пятен. Глаза могут быть голубыми. Пигмент не удаляется до белого.

  • Корреляция генотипа/фенотипа: m/Ma+

Рисунок мерля приглушен, не четкий (как иногда требуют некоторые стандарты пород, в которых часто существует разведение по окрасам) даже когда d/d отсутствует, и/или есть коричневатый оттенок, не связанный с b/b. В качестве альтернативы, у некоторых собак рисунок мерля может быть не выражен, без разбавления и без изменения цвета шерсти или оттенка пигмента. Глаза могут быть голубыми. Пигмент не удаляется до белого.

  • Корреляция генотипа/фенотипа: Mc/Ma+

Рисунок мерля приглушен (а не четкий, как иногда того требуют некоторые стандарты пород, в которых часто существует разведение по окрасам), даже когда d/d отсутствует, и/или есть коричневатый оттенок, не связанный с b/b. В качестве альтернативы, у некоторых собак рисунок мерля может быть не выражен, без разбавления и без изменения цвета шерсти или оттенка пигмента. Глаза могут быть голубыми. Пигмент не удаляется до белого.

  • Корреляция генотипа/фенотипа: Mc+/Ma+

Часто разбавленный цвет, даже когда d/d отсутствует, и/или присутствует коричневатый оттенок, не связанный с b/b, более разбавленный фоновый оттенок с небольшими и маленькими участками пятен. Поскольку пары оснований Ma+ находятся ближе к M, может присутствовать более заметный твидовый рисунок, могут появляться большие области сплошного пигмента. Глаза могут быть голубыми. Некоторые пигменты могут быть удалены до белого, так как пары оснований Ma+ находятся ближе к M.

  • Корреляция генотипа/фенотипа: Ma+/Ma+

Чаще всего разбавленный цвет, даже когда d/d не присутствует, и/или присутствует коричневатый оттенок, не связанный с b/b. Более разбавленный фоновый оттенок с небольшими и маленькими участками пятнистости. Может присутствовать твидовый рисунок. Глаза могут быть голубыми. Пигмент может быть удален до белого.

  • Корреляция генотипа/фенотипа: m/M

Классический окрас мерль — случайные участки шерсти разбавляются до более светлого пигмента, создавая комбинацию областей, состоящих из разбавленного цвета, смешанного с областями нормальной пигментации. Глаза могут быть голубыми. Пигмент не удаляется до белого.

  • Корреляция генотипа/фенотипа: Mc/M

Случайные участки шерсти разбавляются до более светлого пигмента, создавая комбинацию областей, состоящих из разбавленного цвета, смешанного с областями нормальной пигментации. Может присутствовать твидовый рисунок. Глаза могут быть голубыми. Пигмент не удаляется до белого.

  • Корреляция генотипа/фенотипа: Mc+/M

Случайные участки шерсти разбавляются до более светлого пигмента, создавая комбинацию областей, состоящих из разбавленного цвета, смешанного с областями нормальной пигментации. Может присутствовать твидовый рисунок. Глаза могут быть голубыми. Некоторые пигменты могут быть удалены до белого.

  • Корреляция генотипа/фенотипа: Ma/M

Часто упоминается как «пэчворк» с большими участками сплошного пигмента, смешанного с областями более разбавленного фонового оттенка с небольшими и маленькими участками с более темными пятнами. Часто выражен твидовый рисунок.

Глаза могут быть голубыми. Некоторые пигменты часто удаляются до белого.

  • Корреляция генотипа/фенотипа: Ma+/M

Чаще всего разбавленный цвет, даже когда d/d не присутствует, и/или присутствует коричневатый оттенок, не связанный с b/b. Более разбавленный фоновый оттенок с небольшими и маленькими участками пятнистости. Расширенный белый из нормального рисунка ирландской пятнистости — ноги, за плечами, часто встречается белая голова (не связанная с геном «белой головы»). Глаза могут быть голубыми. Пигмент может быть удален до белого.

  • Корреляция генотипа/фенотипа: M/M

Случайные области шерсти разбавлены до более светлого пигмента, создавая комбинацию областей, состоящих из разбавленного цвета, смешанного с областями нормальной пигментации, которые чаще всего смешиваются с различными количествами белого. Глаза могут быть голубые. Пигмент может быть удален до белого.

Корреляция генотипа/фенотипа: Mh

Mh аллель имеет широкий спектр фенотипов с 2 проявлениями, которые очень узнаваемы.

  1. «Минимальный мерль» — большой процент тела имеет сплошной цветной пигмент с небольшими случайными областями рисунков мерль. Особи могут также иметь расширенный белый из обычной области типичного рисунка ирландской пятнистости — это может включать большой белый воротник, белые ноги за локтями, белые плечи, простирающиеся на холку и белый цвет на животе, простирающиеся вверх. Этот расширенный белый иногда ассоциируется с S/sp- (носитель пятнистости), однако многие собаки m/Mh с этим типом белого рисунка имеют генотип S/S.
  2. Более классический рисунок, который часто называют «Herding Harlequin» — случайные разбавленные области пигмента мерля удаляются до белого цвета, оставляя сплошные пятнистые области, которые могут быть с твидовым рисунком, включая различные оттенки. Некоторые области мерля могут остаться. Расширенный белый рисунок, указанный в описании № 1, может присутствовать, но менее заметно из-за удаленных белых областей на теле.
  3. Некоторые собаки могут выглядеть как m/M, но все же способны производить потомство с фенотипом, как описано выше в примерах № 1 и № 2, — эти потомки унаследовали ту же длину пар оснований, что и родители, и это может проявиться любым из трех способов, представленных здесь.

Mc/Mh, Mc+/Mh, Ma/Mh, M/Mh и Mh/Mh, фенотипически неразличимы и представляют собой одну гомогенную фенотипическую группу. Следует отметить, что M/Mh и Mh/Mh могут иметь больший процент белого по корпусу.

  • m/Mh

  • Mc/Mh

  • Mc+/Mh

  • Ma/Mh

  • M/Mh

  • Mh/Mh

В следующей таблице приведены основные фенотипические различия между отдельными аллелями Мерля.

Аллель Основные фенотипические признаки
m нет рисунка мерль, сплошной окрас
Mc нет рисунка мерль, сплошной окрас
Mc+ нет рисунка мерль, сплошной окрас
Ma нет риунка мерль, разбавленные, коричневатые оттенки
Ma+ приглушенные, неопределенные, разбавленные, коричневатые оттенки
M классический мерль
Mh минимальный мерль, области, удаленные до белого, твид

Распространенность отдельных аллелей мерля

Авторы рассчитали относительную частоту встречаемости отдельных аллелей Мерля в когорте из 181 собаки, участвовавших в исследовании. Как показано на графике, среди всех пород, проверенных в исследовании, чаще всего встречаются собаки, гетерозиготные по аллелю дикого типа m (приблизительно одна треть всех собак); M, Mh и др. Однако в пяти наиболее популярных породах обнаружены значительные различия в их количестве (рис. B). Леопардовые собаки катахулы имели Ma, M и Ma + (50,7, 39,7 и 34% тестируемых собак соответственно), тогда как аллель m присутствовал только у 34%. Напротив, большинство австралийских кули, бордер колли, такс и австралийских овчарок были гетерозиготными по аллелю m, так как их имели 100, 100, 78 и 60% тестируемых собак. Австралийские овчарки имели кроме m и Mh (60%) также Mc (45%) как наиболее часто встречаемый аллели. У бордер колли наиболее часто встречаемым аллелем был Ma+ (44%), затем m, Mh (33%) и Mc (22%). В данной когорте собак у такс не были найдены аллели Mc, Mc+ и Ma, в то время как Ma+ (78%) был самым распространенным аллелем, а затем M (44%).

Частота встречаемости отдельных аллелей во всех тестируемых породах суммирована на рисунке.

Аллель Mc был обнаружен в 8 породах, в то время как аллель Mc+ был обнаружен в 6 породах. Аллель Ма был обнаружен только в 3 породах, тогда как аллель Ма+ присутствовал у 7 пород.

Аллель Mh был обнаружен в 8 породах из 14 протестированных. Помимо миниатюрной австралийской овчарки, уэльской овчарки и шелти (n = 2-3), где 50-100% тестируемых собак были носителями Mh, самая высокая частота Mh наблюдалась у австралийских овчарок (60%), затем австралийских кули (43,5%), и бордер колли (33%). С другой стороны, у луизианской собаки катахула, самой обширной породе в данном исследовании, лишь 11% испытуемых были носителями Mh.

Мозаицизм мерля

Мозаицизм гена Merle, по-видимому, довольно распространен среди пород, имеющих окрас мерль. Он характеризуется наличием более двух аллелей локуса M в тестируемых образцах.

Авторы исследования обнаружили, что 16,6% всех тестируемых собак демонстрируют мозаицизм мерля, содержащий 3 или более разных аллеля локуса M в тестируемом образце. Полуколичественная техника анализа фрагмента ABI3500 позволяет различать минорную и мажорную фракцию суммарного пикового сигнала для данной аллели и использовать термины «минорный» и «мажорный» аллель, на основании высоты отдельных аллельных пиков. Квадратные скобки [] используются для обозначения минорных аллеля/ей.

Некоторые результаты, показавшие мозаицизм, могут объяснять необычный фенотип, не характерный для двух мажорных имеющихся аллелей. На рисунке ниже показан пример, описывающих это явление.

Авторы определили сокращение Merle у 27 из 181 собак. Они предположили, что мозаицизм представляет собой результат укорочения мажорных более длинных аллелей Мерля.

Чтобы проверить способ наследования этих множественных аллельных вариантов, авторы протестировали пары и их потомков с генетически подтвержденным происхождением и показали, что мозаичные аллели могут быть распределены у потомства и могут быть идентифицированы на основе их размера. На рисунке 8 показана типичная родословная, демонстрирующая это явление.

Интересно, что аллельный статус Мерля у животных с мозаицизмом может различаться в тестируемом биологическом материале, и результаты в буккальном мазке могут значительно отличаться от результатов образца спермы.

Вместе с явлением последовательного сокращения мажорных аллелей мерля у мозаичных животных, наблюдавшихся у 27 из 181 животных, обнаружение, что сперма является источником значительного пула минорных аллелей мерля, привело авторов к гипотезе, что неожиданные генотипы мерля, найденные у потомства, не соответствующие генотипам мерле, полученным на других образцах, кроме гаметоцитов родителей, могут быть объяснены скрытым пулом аллелей мерля в зародышевой линии, неопределяемом в буккальном мазке или других дифференцированных тканях, а не оригинальной теорией удлинения укороченных аллелей Мерля.

Мозаицизм гена Merle наблюдался у 10 пород из 14 протестированных. У лабрадудля, миниатюрных американских овчарок и длинношерстных колли не было обнаружено никакого мозаицизма, тогда как его частота составляла примерно 50% у других пород с небольшим количеством протестированных собак (уэльская овчарка, миниатюрная австралийская овчарка, муди, французский бульдог и шелти). Мозаицизм был наиболее распространен у бордер колли (27,8% протестированных животных), за ними следовали австралийский кули, австралийская овчарка, леопардовая собака катахулы и таксы с 17,4, 15, 12,3 и 11% соответственно. Более того, бордер колли, австралийский кули и австралийская овчарка (а также уэльская овчарка, миниатюрная австралийская овчарка и шелти) также являются породами, где аллель Mh встречается чаще, в отличие от леопардовой собаки катахулы и такс.

Обнаружение мозаицизма мерля может быть дополнительно подтверждено значительными различиями между наличием мажорных или минорных аллелей, обнаруженных у тестируемых животных. Мажорные аллели, обнаруженные в исследовании, включали m (30%), M (15%) и Mh (15%), за которыми следуют аллели Mc, Ma и Ma+ в некоторых случаях. Напротив, Mc (50%), Mc+ (19,4%) и Ma+ (16,7%) представляли наиболее распространенные минорные аллели.

SuperColorLocus тестирование и мерль — фенотипические взаимодействия

Используя SuperColorLocus, исследователи протестировали всю когорту собак также на основные локусы окрасов (E, K, A) и их модификаторов (B, D, S) для объяснения фенотипических особенностей собак в исследовании, а также для оценки возможных влияний на фенотип собак, несущих аллели мерля. Авторы также оценили влияние локусов S и D на окончательный фенотип собак, несущих гены мерля и обнаружили, что локус S не является сильным модификатором итогового фенотипа мерля. Генотип локуса S также, по-видимому, оказывает минимальное, если таковое имеется, влияние на последствия для здоровья, связанные с феноменом Мерля. Генотипирование других модификационных локусов окрасов — E, K, A, B и D показало ожидаемую корреляцию с фактическими фенотипами животных.

Интересно, что во время процесса генотипирования авторы сталкивались с некоторыми несоответствиями, особенно в отношении локуса A у некоторых бордер колли и шелти, где вставка SINE в ген ASIP регулярно пропускалась. Аналогичное явление наблюдалось при тестировании локусов B у французских бульдогов. Для выяснения генетического фона для этих ошибок генотипирования необходимы дальнейшие исследования.

Обсуждение

Окрас мерль давно привлекает внимание многих заводчиков. Он привлекателен не только из-за визуальной уникальности, но вследствие возможных негативные последствий для здоровья, которые наблюдаются достаточно часто — ухудшение зрения и слуха у некоторых животных. В 2006 году Clark et al. [12] сопоставил геномную аномалию с геном SILV и идентифицировал элемент SINE, вставленный в окрестности экзона 10. SINE (Short Interspeded Elements) являются ретровирусными реликвиями, которые паразитировали в геноме позвоночных миллионы лет назад ([20], [21] ], [22]). Считается, что SINE является отличным источником эволюции генома, но также было показано, что он участвует во многих генетических нарушениях и раке у человека, а у животных также в своеобразных фенотипических особенностях, таких как варианты локуса A (аллели «a» и «at»).

Типичный SINE-элемент содержит полиаденильный хвост, который содержит участок гомогенного повторения нуклеотидов А. Эта геномная особенность представляет собой довольно сложную ситуацию для клеточного механизма репликации и приводит к проскальзыванию репликации и неравномерным продуктам репликации. Это в конечном итоге приводит к старению паразитного ретроэлемента — укорочению полиаденильного хвоста до критического уровня хоронит элемент на его исходном участке без транскрипционной активности. Как показано для SILV SINE, сокращение первичного полиаденильного хвоста приводит также к ослаблению локального эффекта вставки SINE на окружающую геномную среду с видимыми фенотипическими последствиями.

Первоначально предполагалось, что полиаденильный хвост SINE, вставленный в ген SILV, может не только сокращаться со временем, но и удлиняться. Это предположение ранее было высказано только на основе фенотипа, а не генотипа. Авторы изучили родословные родственных собак в когорте и точно измеряли длину аллелей (в пределах разницы в размере 1-2 bp) и их переход от родителя к потомству, а также братьев и сестер, и не смогли подтвердить эту теорию. Авторы предлагаем свое объяснение данного феномена: родительские аллели сохраняют длину между поколениями, и весьма вероятно, что предполагаемое явление удлинения полиаденильного хвоста не существует. Этот вывод имеет особое практическое значение для заводчиков, так как животные, несущие критически укороченные аллели Мерля, не представляют никакой опасности с точки зрения проблем со здоровьем их потомков и могут быть благополучно использованы в разведении с особями, несущими гены мерля. Дальнейшие исследования, направленные на контроль длин аллелей Мерля, необходимы для уточнения динамики полиаденилового хвоста SILV SINE.

Другим чрезвычайно интересным результатом данного исследования является идентификация высокой степени мозаицизма у значительной доли протестированных животных. У 30 из 181 собак было выявлено более одного аллельного типа. Это открытие стало возможным благодаря использованию технологии анализа фрагментов с высоким разрешением, которая позволила нам распознать 7 аллельных вариантов гена Мерля, из которых 4 (Mc+, Ma, Ma+ и Mh) были ранее неизвестны. Весьма вероятно, что существование различных аллельных вариантов отражает сложную геномную ситуацию во время раннего эмбрионального развития, когда могут возникать популяции клеток с различными аллельными вариантами SINE. Авторы выяснили, что у образцов генотип мерля, может отличаться среди отдельных тестируемых областей. Клетки спермы являются наиболее разнородной тканью с точки зрения вариабельности аллелей Мерля, с возможностью обнаружения многих минорных аллелей Мерля, которые могут быть переданы следующему поколению согласно законам Менделя. Мазок с внутренней стороны щеки, обычно используемый для рутинного генотипирования, не может отражать статус зародышевой линии, будучи дифференцированной эктодермальной тканью. Это явление необходимо учитывать, особенно в тех случаях, когда животные, чей генотип был определен по буккальному мазку, производят фенотипически неожиданное потомство. В этих случаях настоятельно рекомендуется тестировать клетки спермы на возможный мозаицизм, который объяснял бы неожиданные результаты разведения. Для кобелей, которые часто используются в разведении, авторы настоятельно рекомендуют сначала проверить сперматозоиды, выявить генетический фон мерля в полном контексте и, таким образом, рассмотреть возможность передачи минорных аллелей Мерля потомству. С суками ситуация осложняется невозможностью получить зародышевые клетки. Тем не менее, чтобы выявить возможный мозаицизм, также можно тестировать волосы из областей с рисунком мерль параллельно с буккальным мазком.

Как уже упоминалось, длина полиаденильного хвоста SINE, по-видимому, имеет решающее значение в отношении биологических эффектов и корреляций фенотипов (онтогенез пигментных клеток). Таким образом, критически укороченные аллели Мерля, которые не обнаруживают никаких визуальных дефектов пигмента, такие как Mc, Mc+ или Ma, также могут не иметь биологических эффектов на развитие слуха или ухудшение зрения. Предварительные данные исследования подтверждают эту гипотезу, хотя для выяснения этого важнейшего биологического аспекта биологии Мерля необходимы дополнительные исследования. В соответствии с этим вставки SINE с длинным полиаденильным хвостом, такие как M или Mh, могут представлять больший риск нарушений слуха или зрения. Широко признано, что наиболее выраженные негативные последствия для здоровья (как слуха, так и офтальмологические) связаны с генотипом M/M. Интересно, что предварительные данные показывают, что даже гетерозиготная комбинация m/Mh может оказывать подобные эффекты — в когорте из 181 собак исследователи идентифицировали 10 собак со следующими генотипами и связанными с ними нарушениями слуха и/или зрения:

Порода Код образца Аллели гена мерль аллели локуса S Клинические проявления: нарушения слуха или зрения
Австралийский кули AF143 m/Mh (m/278) S/S односторонняя глухота
Австралийский кули AF580 m/Mh (m/269) S/Sp двустороннее снижение слуха, но не полная глухота
Австралийская овчарка AF457 M/Mh (268/274) S/S двусторонняя глухота, микрофтальмия и гипоплазия радужки в обоих глазах. Правый глаз имеет начальную катаракту и отслойку сетчатки и не видит
Австралийская овчарка AF509 [Mc]/[Mc]/Mh/Mh [220]/[230]/269/269 S/sp двусторонняя глухота
Австралийская овчарка AF389 Mh/Mh (271/271) S/S двусторонняя глухота
Австралийская овчарка AF472 Mh/Mh (269/269) S/sp двусторонняя глухота
Уэльская овчарка AF614 m/Mh (m/272) S/S двусторонняя глухота
Уэльская овчарка AF613 m/[Mc+]/Mh (m/[231]/273) S/sp двусторонняя глухота
Катахула AE513 M/M (267/267) S/S односторонняя глухота
Катахула AE479 M/Mh (268/272) S/S двусторонняя глухота

Арлекин Мерль (Mh) также, похоже, объясняет большее количество белого у гетерозиготных собак.

Дополнительный вывод в данном исследовании рассматривает локус Tw (Twide), который был теоретически предположен как модификатор мерля. Назван таким образом из-за рисунка мерль, который выражается случайно окрашенными областями, обычно двумя или тремя различимыми оттенками. Основываясь на результатах исследования, авторы подвергли сомнению существование аллеля Tw, сообщив, что скорее следует приписывать фенотип твид различным комбинациям аллелей SILV SINE.

Таким образом, исследование выявило новые данные в области исследований Мерля и поставило под сомнение некоторые теоретические данные, которые могут оказывать нежелательное воздействие на стратегии разведения у собак мерль. Ожидается, что результаты исследования будут полезны не только исследователям, работающим в области генетики окрасов собак, но особенно для заводчиков при разработке своих стратегий разведения в породах, несущих ген Мерля — чтобы сохранить здоровье своих животных в полной мере.

Термины:

  • Полиаденильный хвост — poly(A)-tail — некодируемая поли(А)-последовательность эукариотических мРНК длиной 10-200 нуклеотидов, присоединяемая в процессе полиаденилирования. Ппредполагается, что полиаденильный хвост (наряду с расположенным с 5’-конца кэпом — белком-активатором катаболитных оперонов) обеспечивает более высокую стабильность мРНК и ее защиту от действия экзонуклеаз.
  • Для удобства обозначения полиморфных аллелей используют термины «мажорный и минорный». Как правило, мажорный (основной, «дикий», wild) аллель является наиболее широко распространенным в популяции (обычно частота встречаемости выше 0,5; часто около 0,9)  и характеризуется неизмененной функциональной активностью, тогда как минорный аллель («мутантный», mutant) встречается редко и обусловливает некоторые физико-химические вариации в активности кодируемого белка.
  • Гетерозигота компаундная (компаунд) — особь с двумя различными мутантными аллелями в одном локусе.

Ссылки:

  1. Little C (1957) The inheritance of coat color in dogs. Comstock, Ithaca, NY: Press CU.
  2. Everts RE, Rothuizen J, van Oost BA (2000) Identification of a premature stop codon in the melanocyte-stimulating hormone receptor gene (MC1R) in Labrador and Golden retrievers with yellow coat colour. Animal Genetics 31: 194-199.
  3. Newton JM, Wilkie AL, He L, Jordan SA, Metallinos DL, et al. (2000) Melanocortin 1 receptor variation in the domestic dog. Mammalian Genome 11: 24-30.
  4. Schmutz SM, Berryere TG, Goldfinch AD (2002) TYRP1 and MC1R genotypes and their effects on coat color in dogs. Mammalian Genome 13: 380-387.
  5. Oguro-Okano M, Honda M, Yamazaki K, Okano K (2011) Mutations in the Melanocortin 1 Receptor, beta-Defensin103 and Agouti Signaling Protein Genes, and Their Association with Coat Color Phenotypes in Akita-Inu Dogs. Journal of Veterinary Medical Science 73: 853-858.
  6. Dreger DL, Parker HG, Ostrander EA, Schmutz SM (2013) Identification of a Mutation that Is Associated with the Saddle Tan and Black-and-Tan Phenotypes in Basset Hounds and Pembroke Welsh Corgis. Journal of Heredity 104: 399-406.
  7. Dreger DL, Schmutz SM (2011) A SINE Insertion Causes the Black-and-Tan and Saddle Tan Phenotypes in Domestic Dogs. Journal of Heredity 102: S11-S18.
  8. Schmutz SM, Berryere TG, Barta JL, Reddick KD, Schmutz JK (2007) Agouti sequence Polymorphisms in coyotes, wolves and dogs suggest hybridization. Journal of Heredity 98: 351-355.
  9. Monteagudo LV, Tejedor MT (2015) The b(c) allele of TYRP1 is causative for the recessive brown (liver) colour in German Shepherd dogs. Animal Genetics 46: 588-589.
  10. Philipp U, Hamann H, Mecklenburg L, Nishino S, Mignot E, et al. (2005) Polymorphisms within the canine MLPH gene are associated with dilute coat color in dogs. Bmc Genetics 6.
  11. Schmutz SM, Berryere TG, Dreger DL (2009) MITF and White Spotting in Dogs: A Population Study. Journal of Heredity 100: S66-S74.
  12. Clark LA, Wahl JM, Rees CA, Murphy KE (2006) Retrotransposon insertion in SILV is responsible for merle patterning of the domestic dog. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 103: 1376-1381.
  13. Imokawa G (2004) Autocrine and paracrine regulation of melanocytes in human skin and in pigmentary disorders. Pigment Cell Research 17: 96-110.
  14. Hedan B, Corre S, Hitte C, Dreano S, Vilboux T, et al. (2006) Coat colour in dogs: identification of the merle locus in the Australian shepherd breed. BMC veterinary research 2: 9-9.
  15. Clark LA, Wahl JM, Rees CA, Strain GM, Cargill EJ, et al. (2008) Canine SINEs and their effects on phenotypes of the domestic dog; Gustafson JP, Taylor J, Stacey G, editors. 79-87 p.
  16. Synková H (2012) Louisiana Catahoula – a truly merle breed.
  17. Langevin M (2016) Catahoula Coat Color Genetics. Painting the Canvas. Oro Medonte, Ontario, Canada. pp. 110.
  18. Miluchova M, Gabor M, Trakovicka A, Hanusova J, Zubricka S, et al. (2015) IDENTIFICATION OF CRYPTIC ALLELE FOR MERLE PATTERNING IN DOGS BY MOLECULAR GENETICS METHODS. Acta Veterinaria-Beograd 65: 238-245.
  19. Zsofia P, Akos M-A, Andras G, Laszlo Z, Petra Z (2018) Detection of the hidden merle colour in Mudi breed with molecular genetic methods. Magyar Allatorvosok Lapja 140: 121-127.
  20. Ichiyanagi K (2013) Epigenetic regulation of transcription and possible functions of mammalian short interspersed elements, SINEs. Genes & Genetic Systems 88: 19-29.
  21. Kramerov DA, Vassetzky NS (2011) SINEs. Wiley Interdisciplinary Reviews-Rna 2: 772-786.
  22. Schmitz J (2012) SINEs as Driving Forces in Genome Evolution. In: GarridoRamos MA, editor. Repetitive DNA. pp. 92-107.

Источник: препринт статьи Sona PekovaMary LangevinHelena SynkovaTereza Jancuskova Merle phenotypes in dogs — SILV SINE insertions from Mc to Mh 

Перевод Марии Петропольской.

  •  
    193
    Поделились
  • 171
  • 15
  • 7
  •  
  •  
  •  
  •  
  •