Ген дун: влияние на окрас лошадей.

Введение

Ген разбавления

Ген дюна – это ген разбавления, который влияет как на красный, так и на черный пигменты в окрасе шерсти лошади. Ген дюна осветляет большую часть тела, оставляя гриву, хвост, ноги и примитивные отметины в оттенке неразбавленного базового окраса. Лошадь дюнного окраса всегда имеет темную спинную полосу вдоль середины спины, обычно более темное лицо и ноги, а также может иметь поперечные полосы на плечах или горизонтальные полосы на задней стороне передних конечностей. Окрас тела зависит от базовой генетики окраса шерсти. Классический "бурый дюн" имеет серо-золотистый или песочно-коричневый цвет, характеризующийся цветом тела от песчано-желтого до красновато-коричневого. Дюны с каштановой основой могут иметь светло-песочный оттенок, а с черной основой – дымчато-серый. Грива, хвост, примитивные отметины и другие темные участки обычно сохраняют оттенок неразбавленного базового окраса. Ген дюна может взаимодействовать со всеми другими аллелями, определяющими окрас шерсти.

Таксономическое распределение

Считается, что масть дюн – это изначальная или дикая масть лошадей, и несколько тесно родственных видов рода Equus демонстрируют признаки дюнной масти. К ним относятся лошадь Пржевальского, онагр, кианг, африканский дикий осёл, вымерший подвид равнинной зебры – квагга.

Красный дюн, также называемый глиняным, представляет собой светло-рыжую масть с красноватыми, а не чёрными отметинами и примитивными отметинами. Генетически у лошади лежит каштановая масть, на которую воздействует ген дюн. Таким образом, поскольку на лошади нет чёрного цвета, который мог бы быть ослаблен, неразбавленный основной цвет – рыжий. Следовательно, одна копия гена дюн обычно не оказывает видимого эффекта на лошадей масти грулло. И наоборот, двойные копии гена крема создают очень светлых лошадей (кремелло, перлино и смоки-крем). Таким образом, если лошадь с двумя аллелями гена крема также несёт ген дюн, она также будет кремовой масти, при этом примитивные отметины будут не видны в значительной степени. Наличие только спинной полосы не гарантирует, что лошадь является носителем гена дюн. Существуют два типа лошадей, не являющихся дюнными: non-dun1 и non-dun2. Лошади non-dun1 не имеют ослабления цвета, характерного для дюнной масти, но могут сохранять примитивные отметины, в то время как лошади non-dun2 не имеют ни ослабления цвета, ни примитивных отметин.

Порода лошадей фьорд, преимущественно дюнной масти, использует уникальную норвежскую терминологию для обозначения различных оттенков дюнной масти. "Браун-дун" или brunnblakk – это дюнная масть типа зебры, rødblakk – красный дюн, grå, что буквально означает "серый", – это грулло, дюны масти бакскин называются ulsblakk или белый дюн, а дюналино (дюн + паломино) – "жёлтый дюн" или gulblakk. Лошадей мастей кремелло, перлино и смоки-крем называют "белыми" или kvit.

Дун имитирует

Исторически, до того как современные генетические исследования стали различать аллели, разбавленные масти часто объединяли и просто называли "дунной". Ген дюнной масти, проявляясь на лошади масти "bay dun", может очень напоминать масть бак (buckskin), поскольку обе масти характеризуются светлой шерстью, темной гривой и хвостом. В частности, лошадей масти бак с не-дунной примитивной маркировкой легко можно спутать с дюнной. Генетически, бейдюн – это лошадь масти bay с геном дюнной масти. Бак – это лошадь масти bay с добавлением гена крема, который осветляет масть с красной до золотистой, обычно без примитивной маркировки. Визуально, бейдюн имеет золотисто-коричневый цвет, несколько темнее и менее яркий, чем более кремовый или золотистый бак, а лошади дюнной масти всегда имеют примитивную маркировку. Сегодня для определения, является ли лошадь дюнной, используют анализ родословной, ДНК-тестирование, изучение возможного потомства и выраженность примитивной маркировки. Красный дюн также можно спутать с перлино, которое генетически является лошадью масти bay с двумя копиями гена крема, создающим лошадь с кремовым телом, но красноватой гривой и хвостом. Однако перлино обычно значительно светлее красного дюна и имеют голубые глаза. Масть грулло иногда путают с роаном или серой. Однако, в отличие от голубого роана, дюнная масть не имеет смешения черных и белых волос, и в отличие от истинной серой масти, которая также смешивает светлые и темные волосы, цвет не меняется на более светлый с возрастом лошади. У лошади дюнной масти цвет шерсти остается однородным на протяжении всей жизни. Чтобы еще больше запутать ситуацию, лошадь может нести как ген дюнной, так и ген кремовой разбавки; таких лошадей с золотистой мастью бак и полным набором примитивной маркировки называют "бак-дюн" или "дюн-бак". На таких лошадях светлая примитивная маркировка наиболее заметна в летние месяцы, когда выпадает зимняя шерсть. Паломино, также несущий ген дюнной масти и проявляющий примитивную спинную полосу или полосы на ногах, характерные для красного дюна, может называться "дуналино". Контрастное затемнение, такое как светлые спинные полосы, возникающие из-за присутствия гена nd1 (см. раздел ниже), может быть трудно обнаружить на светлоокрашенных лошадях.

Historically, before modern genetic studies distinguished between alleles, diluted colors were sometimes lumped together and simply called "dun". The dun gene, when on a "bay dun" horse, can closely resemble buckskin, in that both colors feature a light colored coat with a dark mane and tail. In particular, buckskins with non dun 1 primitive markings can easily be confused with dun. Genetically, a bay dun is a bay horse with the dun gene. A buckskin is bay horse with the addition of the cream gene, causing the coat color to be diluted from red to gold, usually without primitive markings. Visually, a bay dun is a tan gold color, somewhat darker and less vivid than the more cream or gold buckskin, and duns always possess primitive markings. Today, pedigree analysis, DNA testing, studying possible offspring, and the vividness of primitive markings are used to determine whether a horse is a dun. A red dun may also be confused with a perlino, which is genetically a bay horse with two copies of the cream gene, which creates a horse with a cream colored body but a reddish mane and tail. However, perlinos usually are significantly lighter than red dun and have blue eyes. Grullos are sometimes confused with roans or grays. However, unlike blue roan, dun has no intermingled black and white hairs, and unlike a true gray, which also intermingles light and dark hairs, the color does not change to a lighter shade as the horse ages. With a dun, the hair color is one solid shade and remains so for life. To further confuse matters, it is possible for a horse to carry both dun and cream dilution genes; such horses with golden buckskin coloring and a complete set of primitive markings are referred to as a "buckskin dun" or a "dunskin". On such horses, the light shaded primitive markings are most noticeable during the summer months, when the winter hair sheds. A palomino that also carries dun, showing primitive dorsal striping or leg bars indicative of a red dun may be called a "dunalino." Countershading such as light dorsal stripes resulting from the presence of the gene nd1 (see section below) may be difficult to detect on light colored horses.

Генетика

Известны три аллеля гена дун: дун (D), вызывающий осветление окраса и появление примитивных отметин. Лошади, не несущие аллель dun1 (d1), не имеют осветления, характерного для дун, но могут проявлять некоторые примитивные отметины. Лошади, не несущие аллель dun2 (d2), не имеют ни осветления, ни примитивных отметин. Два родителя, не несущих аллель дун, не могут произвести жеребёнка с окрасом дун. Лошади с генотипом dun1 d1/d1 или d1/d2 могут демонстрировать некоторую асимметрию в распределении пигмента, что приводит к появлению примитивных отметин, но в меньшей степени, чем у лошадей с окрасом дун. Гомозиготные лошади non dun1/non dun1 обычно имеют более выраженные примитивные отметины, чем гетерозиготные d1/d2 лошади. Примитивные отметины, обусловленные аллелем non dun1, более заметны на заливных или гнедых лошадях; на вороных они менее различимы. Лошадь с двумя копиями аллеля non dun2 не имеет примитивных отметин. Эффект осветления окраса дун обусловлен тем, что пигмент откладывается лишь в части каждого волоса. В частности, волосы из осветлённых участков содержат пигмент только с одной стороны, в то время как волосы из более тёмных участков, таких как спинная полоса, содержат пигмент по всей окружности. Генетический анализ и результаты секвенирования ДНК, опубликованные в 2015 году, связали окрас дун с транскрипционным фактором T-box 3 (TBX3). В функциональном состоянии он создаёт окрас дун, включая примитивные отметины, а в рецессивном состоянии лошадь не имеет окраса дун. У людей и лабораторных мышей TBX3 играет важную роль в развитии. Нарушения в его работе связаны с комплексом дефектов развития, известным как синдром ульнарно-маммарный, а нулевой аллель (неспособность производить TBX3) считается эмбрионально летальным. У лошадей, не несущих аллель дун, белок TBX3 остаётся функциональным и продолжает вырабатываться в большинстве клеток, но не экспрессируется в коре волоса. В осветлённых участках шерсти цвет не однороден по всей длине волоса, а более интенсивен на внешней стороне стержня и светлее под ним. В тёмных участках, где проявляются примитивные отметины, стержень волоса окрашен равномерно. Один из исследователей, участвовавших в изучении, назвал это явление "микроскопическим пятнистым рисунком". Это явление ново для науки и не наблюдалось у грызунов, приматов или хищников.

There are three known alleles of the dun gene: dun (D), produces dilution and primitive markings. Non dun1 (d1) horses do not have dun dilution but may exhibit some primitive markings. Non dun2 (d2) horses have neither dilution nor primitive markings. Two non dun parents cannot produce a dun foal. Horses that are non dun1 d1/d1 or d1/d2 may have some asymmetry in pigment distribution, producing primitive markings, but to a lesser degree than dun horses. Homozygous non dun1/non dun1 horses typically have clearer primitive markings than heterozygous d1/d2 horses. The primitive markings from non dun1 are more visible on a bay or chestnut horse; they blend in on a black. A horse with two copies of non dun2 lacks primitive markings. The dun dilution effect is caused by pigment only being placed in a part of each hair. Specifically, hairs from diluted areas only have pigment along one side of them, while hairs from darker parts such as the dorsal stripe have pigment all the way around. Genetic analysis and DNA sequencing results published in 2015 link dun color to the T box 3 (TBX3) transcription factor. When functional, it creates dun coloring, including the primitive markings, and when recessive, a horse is not dun. In humans and lab mice, TBX3 is critical to development. Abnormalities are linked to a collection of developmental defects called ulnar–mammary syndrome, and the null allele (being unable to produce any TBX3 at all) is thought to be embryonic lethal. In non dun horses, the TBX3 protein is still functional, and is still produced in most cells, but not expressed in the hair cortex. Where the coat is diluted, the color is not uniform throughout each hair, but rather is more intense on the outward facing side of the hair shaft and lighter underneath. In the darker areas, where the primitive markings occur, the hair shaft is of uniform color. One of the researchers involved in the study said it could be called a "microscopic spotting pattern". This phenomenon is new to science and has not been observed in rodents, primates, or carnivores.

Аллели не-дуна

Существуют две формы цвета non dun, non dun1 и non dun2, вызванные различными мутациями. Лошади non dun1 имеют некоторые примитивные отметины, в то время как лошади non dun2 – нет. Считается, что до одомашнивания лошади модификаторы дикого типа dun, non dun1 и комплекс леопарда влияли на основные цвета – гнедой и вороной. Предполагается, что генетическая мутация non dun2 (а также развитие каштановой масти) произошла после одомашнивания. Древняя ДНК лошади, жившей около 43 000 лет назад, задолго до одомашнивания, несла гены как dun, так и non dun1. Мутации non dun, по-видимому, «нарушают функцию транскрипционного энхансера, регулирующего экспрессию TBX3 в определенном подмножестве кератиноцитов волосяного сосочка во время роста волос». Предполагается, что область, удаленная в non dun2, включает в себя сайты связывания для факторов транскрипции ALX4 и MSX2, которые, как известно, участвуют в развитии волосяных фолликулов. У лошадей non dun уровень экспрессии TBX3 был значительно ниже, чем у лошадей dun, в то время как экспрессия соседнего гена TBX5 оставалась примерно на том же уровне. У лошадей dun схема экспрессии TBX3 соответствовала схеме отложения пигмента в волосе, то есть TBX3 обнаруживался там, где пигмента не было. TBX3 не был обнаружен в кератиноцитах коры волос лошадей non dun и в кератиноцитах спинной полосы лошадей dun. Однако у всех лошадей был тонкий внешний слой волос, где TBX3 экспрессировался. Два маркера зрелых меланоцитов, KIT и MITF, были обнаружены только в пигментированных участках волос. Это указывает на то, что волосяные фолликулы лошадей dun и non dun имеют различное распределение пигмент-продуцирующих клеток. KITLG кодирует лиганд KIT, молекулу, необходимую для миграции и выживания меланоцитов в коже и волосяных фолликулах. Кератиноциты, экспрессирующие KITLG, были обнаружены по всей окружности волоса у лошадей non dun, но только на пигментированной стороне у лошадей dun. Область, где KITLG не экспрессировался, была похожа на, но не идентична области экспрессии TBX3. Считается, что TBX3 не оказывает прямого влияния на экспрессию KITLG. И non dun1, и non dun2 локализованы в области хромосомы 8, единственным геном которой является TBX3. Non dun1 имеет гуанин вместо аденина в позиции 18 226 905 хромосомы 8, что, по-видимому, достаточно для проявления окраса non dun1. Кроме того, non dun1 имеет еще один однонуклеотидный полиморфизм по сравнению с наиболее распространенной у домашних лошадей версией гена dun, где гуанин в dun заменяется тимином в non dun1 в позиции chr. 8: 18 227 267. Однако этот SNP также был обнаружен у некоторых эстонских аборигенных лошадей dun, поэтому он не является необходимым для окраса dun. Non dun2 имеет делецию в 1609 пар оснований и еще одну делецию в 8 пар оснований, расположенную рядом. Сравнение с TBX3 у других видов показало, что делеция non dun2 является более производным аллелем. Разнообразие нуклеотидов в прилегающих областях хромосомы 8 для различных аллелей указывает на то, что мутация non dun2, скорее всего, произошла на хромосоме, которая уже несла мутацию non dun1.

There are two forms of non dun color, non dun1 and non dun2, caused by different mutations. Non dun1 horses have some primitive markings, while non dun2 horses do not. Prior to domestication of the horse, dun, non dun1, and the leopard complex are thought to have been the wild type modifiers of the base colors bay and black for wild horses. It is thought that the non dun2 genetic mutation (as well as the development of chestnut base color) occurred after domestication. Ancient DNA from a horse that lived about 43,000 years ago, long before horses were domesticated, carried both dun and non dun1 genes. The non dun mutations appear to "disrupt the function of a transcriptional enhancer regulating TBX3 expression in a specific subset of hair bulb keratinocytes during hair growth." The region deleted in non dun2 is predicted to include binding sites for the transcription factors ALX4 and MSX2, which are both known to be involved in hair follicle development. TBX3 was significantly downregulated in non dun horses compared to dun horses, while the neighboring gene, TBX5, was expressed in about the same amount. In dun horses, the pattern of TBX3 expression mirrored the pattern of pigment deposition in the hair, that is, TBX3 was found wherever the pigment was not. TBX3 was not found in the hair cortex keratinocytes from non dun horses nor in those from the dorsal stripe of dun horses. However, all of the horses had a thin outer layer of the hair where TBX3 was expressed. Two markers of mature melanocytes, KIT and MITF, were found only in the pigmented areas of the hair. This indicates that the hair follicles of dun and non dun horses have different distributions of pigment producing cells. KITLG encodes KIT ligand, a molecule required for melanocyte migration and survival in the skin and hair follicle. Keratinocytes expressing KITLG were found all the way around the hair in non dun horses, but only on the pigmented side in dun horses. The region where KITLG was not expressed was similar to, but not exactly the same as, the region where TBX3 was expressed. TBX3 is not thought to directly affect KITLG expression. Both non dun1 and non dun2 are found in a region of equine chromosome 8 whose only gene is TBX3. Non dun1 has a guanine where dun has an adenine at chromosome 8 base pair 18,226,905, which appears to be sufficient to cause non dun1 coloration. In addition, non dun1 has another single nucleotide polymorphism compared to the version of dun that is most common in domestic horses, where a guanine in dun is replaced with thymine in non dun1 at chr. 8: 18,227,267. However, that SNP was also found in some dun Estonian native horses, so is not necessary for dun. Non dun2 has a 1,609 bp deletion and another very near 8 bp deletion. Comparison with TBX3 in other species showed that the non dun2 deletion is a more derived allele. Nucleotide diversity across the flanking regions of chromosome 8 for the various alleles indicates that the non dun2 mutation most likely occurred on a chromosome that already had non dun1.