Отправить статью по E-mail 
Геномный анализ окраса меха соболя (Martes zibellina L.), поиск мутаций, определяющих отсутствие пигментации (альбинос)
- Авторы: Филимонов П.А.1, Манахов А.Д.1,2,3, Митина М.И.2, Онохов А.А.1, Чернова И.Е.4, Максимова Л.В.4, Каштанов С.Н.1, Рогаев Е.И.2,3,5
-
Учреждения:
- Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук
- Центр генетики и наук о жизни, Научно-технологический университет «Сириус»
- Центр генетики и генетических технологий, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
- АО «Русский соболь» Московская область
- Медицинская школа Чан Массачусетского университета, департамент психиатрии
- Выпуск: Том 60, № 11 (2024)
- Страницы: 112-117
- Раздел: КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
- URL: https://journals.rcsi.science/0016-6758/article/view/274217
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0016675824110107
- EDN: https://elibrary.ru/waxtha
- ID: 274217
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В доместицированной популяции соболя, спустя почти 100 лет отбора, были зафиксированы первые особи с цветной окраской меха. Так, в потомстве пары соболей черной окраски меха родился щенок окраски пастель. По результатам исследования была выявлена однонуклеотидная инсерция в гене TYRP1, определяющая этот окрас меха соболя, тип наследования рецессивный. В 2022 г. в этой популяции у представителей двух линий соболей родились одновременно щенки с белой окраской меха. У большинства видов млекопитающих альбинизм обусловлен мутациями в гене TYR, кодирует фермент тирозиназу. В настоящем исследовании ген соболя TYR был исследован как функциональный ген-кандидат на альбинизм. Анализ нуклеотидных последовательностей кодирующей области гена TYR и сайтов сплайсинга не выявил у соболей белой окраски отличий от соболей стандартной окраски, что позволяет предположить, что исследуемый фенотип обусловлен генетическими вариантами в других генах.
Ключевые слова
Полный текст
Создание ферм по разведению соболя в начале XX в. связано с промысловым уничтожением ряда природных популяций, снижением численности вида в целом и последующей фрагментацией ареала [1, 2]. Генофонд первой в России фермерской популяции соболя формировался с 1929 г. в Подмосковье, ферма «Пушкинский». Для этих целей из природных популяций Сибири и Дальнего Востока было изъято более 1000 соболей [3]. Необходимо отметить, что вид представлен несколькими географическими типами, различающимися по ряду количественных признаков и окраске меха. Так, популяции на краях ареала светлых тонов от песочно-желтой до коричневой, в центре более темной, иногда черной окраски. Эти различия приобретены в процессе освоения новых территорий. Основанная на данных фенотипических различиях особей из популяций географических регионов таксономическая структура вида представлена в ряде публикаций [4–7]. Всего при формировании первой фермерской популяции соболя было привлечено более десяти природных популяций, следовательно, можно предположить, что большая часть генетического разнообразия вида была задействована на первом этапе доместикации. Дифференциация географических популяций соболя, проведенная по данным количественных признаков, подтверждается исследованиями с применением генетических маркеров [8, 9].
Анализ племенных документов начального периода доместикации показал, что значительная часть соболей природных популяций смогла адаптироваться к фермерскому содержанию и впоследствии к направленному отбору по количественным признакам [10, 11]. Среди соболей природных популяций, поступивших на ферму для разведения, не выявлено животных с окрасом меха, отличающимся от стандартов географических популяций.
Преимущества доместикации и селекция являются основными движущими силами, ответственными за высокий уровень фенотипической изменчивости фермерских популяций пушных зверей. В связи с изменением вектора отбора по сравнению с природными популяциями (в частности, направленный отбор на разведение особей – носителей мутаций, влияющих на окраску меха), в доместицированных популяциях пушных зверей появились группы зверей различных окрасов меха. В основном это носители рецессивных мутаций в генах, влияющих на проявление окраски меха [12–14].
В исследуемой популяции соболя звероводческого хозяйства «Пушкинский» спустя почти 100 лет отбора в стаде стали фиксировать особей с новыми окрасками меха. Так, в 2005 г. в потомстве пары соболей черной окраски меха родился щенок окраски «пастель». Проведенными исследованиями выявлена однонуклеотидная инсерция в гене TYRP1 (c.1503dupT), которая привела к фенотипу пастель окраски меха соболя, тип наследования рецессивный. Ген TYRP1 кодирует связанный с мембраной тирозиназоподобный фермент, который экспрессируется как в меланоцитах, так и в эпителии сетчатки [15]. Далее, в 2022 г. в фермерской популяции зафиксировано рождение щенков соболей с белой окраской меха, анализ наследования этой окраски меха приведен в настоящей работе (рис. 1).
Рис. 1. Щенок соболя окраски альбинос (номер в коллекции 9706), родился в зверохозяйстве «Пушкинский» от пары соболей окраски «пастель».
Альбинизм – наследуемая аномалия, проявляется как частичное или полное отсутствие меланинового пигмента, хорошо известное в природе явление, встречающееся как у млекопитающих, так и в других таксономических классах животных. Широко распространены альбиносы среди домашних и лабораторных животных, например, крыса [16] и хорек [17]. Описаны альбино-формы и для экономически ценных пушных зверей, например, лисы [18] и американской норки [19], данный тип окраски пользуется широкой популярностью на рынке пушнины фермерского происхождения.
С молекулярно-генетической точки зрения глазокожный альбинизм (oculocutaneous albinism) обусловливается мутациями в генах TYR, TYRP1, DCT, OCA2, LRMDA и SLC24A5 [20]. Следует отметить, что другие синдромы, например, синдром Германски–Пудлака, обусловленный мутациями, обнаруженными по меньшей мере в 11 генах [21], также характеризуются глазокожным альбинизмом [22], такие фенотипы описаны как у человека [20], так и у мыши [23].
Среди млекопитающих у большинства видов альбинизм обусловлен мутациями в гене TYR [24], который кодирует тирозиназа-зависимый белок, входящий в структуру тирозиназы и являющийся ключевым в процессе биосинтеза меланина [25]. В связи с этим изучение молекулярно-генетических основ альбинизма у соболя нами было решено начать именно с анализа данного гена. Интересно, что типы и положения мутаций в гене TYR сильно различаются внутри вида и между видами. Эти различия повышают интерес к локусу TYR также с точки зрения сравнения. В настоящей работе ген соболя TYR был исследован как функциональный ген-кандидат на альбинизм.
Для анализа использовали две семейные группы соболей (рис. 2), в которых в 2022 г. одновременно появились щенки-альбиносы.
Рис. 2. Родословная соболей окраски альбинос, результат скрещивания двух линий, родоначальник – самец 15331 (заводской номер). Знаком «К» отмечены особи, завезенные с п-ва Камчатка. Стрелками обозначены индивиды, вошедшие в исследование.
Родоначальником обеих родословных является самец 15331, завезенный в 1991 г. с п-ва Камчатка. В линии скрещивания с потомками другого самца, завезенного из этого региона (16261), преобладают черные соболи и звери стандартной окраски. Вторая родословная характеризуется высоким уровнем инбридинга и насыщенностью особями с окраской меха пастель. Представители этих семей (четыре родительские особи стандартной окраски и две особи с окраской альбинос) были генотипированы, дополнительно в анализ был включен один образец ДНК соболя из природной популяции со стандартной (темно-коричневой) окраской мехового покрова. Анализ нуклеотидных последовательностей кодирующей области гена TYR, общей длинной 1596 нуклеотидов, что составляет 100% от кодирующей части гена TYR, проводили путем прямого секвенирования по Сэнгеру. ПЦР проводили с использованием набора реагентов GenPack PCR Core (Изоген) и праймеров, позволяющих амплифицировать полные последовательности пяти экзонов, а также сайты сплайсинга, гена TYR (табл. 1). Полученные в результате ПЦР фрагменты очищали непосредственно из реакционной смеси или вырезали из геля. Очистку проводили с использованием набора Cleanup Standard (Евроген). Сиквенсную реакцию проводили с помощью набора реагентов BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit (Applied Biosystems) в объеме 10 мкл. Полученные продукты реакции очищали на колонках DyeEx 2.0 Spin Kit (Qiagen) и секвенировали на приборе 3730xl DNA Analyzer (Applied Biosystems).
Таблица 1. Праймеры, использованные для амплификации полных последовательностей пяти экзонов, а также сайтов сплайсинга гена TYR соболя
Название | Последовательность | Ожидаемый размер продукта, пн | T отжига, °C |
TYR_ex1F | GTCTCAGCCAAAACATGTGA | 999 | 58 |
TYR_ex1R | GATGGGGAGGGAGGTGTAT | ||
TYR_ex2F | TGGGCAATTTAACTCGTTTT | 628 | 58 |
TYR_ex2R | TCGTGTGTGTCAGATTACGG | ||
TYR_ex3F | TAAATAAGCAGTGGGCATCC | 421 | 60 |
TYR_ex3R | GTTTCAGGGCTGTTTCTGG | ||
TYR_ex4F | TGAGGCTTTAACCCACTGAG | 526 | 60 |
TYR_ex4R | AAGGCTTTGGGGATAACATT | ||
TYR_ex5F | ACTCCGCAAGGATAATGATG | 877 | 58 |
TYR_ex5R | TCAGAACTATGGCAGGAAGG |
В результате анализа полученных в ходе секвенирования нуклеотидных последовательностей, как кодирующей области гена TYR, так и его сайтов сплайсинга, для соболей-альбиносов не было выявлено различий от соболей стандартной окраски как из фермерской, так и из природной популяции.
Таким образом, полученные нами результаты демонстрируют отсутствие значимых генетических изменений в кодирующей области гена TYR у соболей-альбиносов (Приложение). Это позволяет предположить, что у соболя данный фенотип обусловлен генетическими вариантами в других генах. Целесообразным представляется проведение полногеномного секвенирования у альбиносов и анализа полученных данных.
Соболь – не единственный вид, у которого проявление признаков альбинизма не связано с геном TYR. Так, в исследованиях по генотипированию различных пород собак у носителей признака «альбинос» (у нескольких мелких длинношерстных пород собак) выявлена миссенс-мутация в SLC45A2, связанная с альбинизмом [26, 27].
Исследование одобрено Этическим комитетом ИОГен РАН 08.05.2024 г., протокол № 6.
Исследования проводились с привлечением средств Фонда РНФ, грант № 23-26-00233 от 13.01.2023 г.
Все применимые международные, национальные и/или институциональные принципы ухода и использования животных были соблюдены.
Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.
Дополнительные материалы размещены в электронном виде по doi статьи.
Об авторах
П. А. Филимонов
Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук
Email: snkashtanov@mail.ru
Россия, Москва, 119991
А. Д. Манахов
Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук; Центр генетики и наук о жизни, Научно-технологический университет «Сириус»; Центр генетики и генетических технологий, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Email: snkashtanov@mail.ru
Россия, Москва, 119991; пгт. Сириус, 354340; Москва, 119234
М. И. Митина
Центр генетики и наук о жизни, Научно-технологический университет «Сириус»
Email: snkashtanov@mail.ru
Россия, пгт. Сириус, 354340
А. А. Онохов
Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук
Email: snkashtanov@mail.ru
Россия, Москва, 119991
И. Е. Чернова
АО «Русский соболь» Московская область
Email: snkashtanov@mail.ru
Россия, пос. Зверосовхоз, 141214
Л. В. Максимова
АО «Русский соболь» Московская область
Email: snkashtanov@mail.ru
Россия, пос. Зверосовхоз, 141214
С. Н. Каштанов
Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: snkashtanov@mail.ru
Россия, Москва, 119991
Е. И. Рогаев
Центр генетики и наук о жизни, Научно-технологический университет «Сириус»; Центр генетики и генетических технологий, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Медицинская школа Чан Массачусетского университета, департамент психиатрии
Email: snkashtanov@mail.ru
Россия, пгт. Сириус, 354340; Москва, 119234; Шрусбери, 01545 США
Список литературы
- Тимофеев В. В., Надеев В. Н. Соболь. М.: Заготиздат, 1955. 403 с.
- Насимович А. А. Соболь, куницы, харза. М.: Наука, 1973. 240 с.
- Каштанов С. Н. Соболь России: история, племенные и дочерние хозяйства, хронология разведения // Кролиководство и звероводство. 2014. № 6. С. 11–15.
- Бакеев Н. Н., Монахов Г. И., Синицын А. А. Соболь. 2-е изд. Вятка, 2003. 336 с.
- Гептнер В. Г., Наумов Н. П., Юргенсон П. Б. Млекопитающие Советского Союза. Т. 2. Ч. 1. М.: Высш. шк., 1967. 1004 с.
- Монахов Г. И. Географическая изменчивость и таксономическая структура соболя фауны СССР // Тр. ВНИИОЗ. 1976. Т. 26. С. 54–86.
- Монахов В.Г. Географическая изменчивость соболя в ареале и филогеография // Экология. 2015. № 3. С. 219–228. doi: 10.7868/S0367059715030075
- Каштанов С. Н., Свищёва Г. Р., Пищулина С. Л. и др. Географическая структура генофонда соболя (Martes zibellina L.): данные анализа микросателлитных локусов // Генетика. 2015. Т. 51. № 1. С. 78–88. doi: 10.7868/S001667581501004X
- Ranyuk M., Modorov M., Monakhov V., Devyatkin G. Genetic differentiation of autochthonous sable populations in Western and Eastern Siberia // J. Zool. Systematics and Evol. Research. 2021. V. 59. № 8. P. 2539–2552. https://doi.org/10.1111/jzs.12565
- Каштанов С. Н., Сулимова Г. Е., Шевырков В. Л., Свищёва Г. Р. Селекция соболя России: этапы промышленной доместикации и генетическая изменчивость // Генетика. 2016. Т. 52. № 9. С. 1001–1011.
- Свищева Г. Р., Каштанов С. Н. Репродуктивная стратегия соболя (Martes zibellina Linnaeus, 1758): анализ наследования размера приплода в промышленных популяциях // Вестн. ВОГиС. 2010. Т. 14. № 3. С. 444–451.
- Robinson R. Volume 4. Vertebrates of genetic interest // Handbook of Genetics. V. 4. Boston, MA.: Springer US, 1975. P. 367–398. https://doi.org/10.1007/978-1-4613-4470-4_18
- Trapezov O. V., Trapezova L. I. Whether or not selection can induce variability: model of the american mink (Mustela vison) // Paleontol. J. 2016. V. 50. P. 1649–1655.
- Trapezov O. V. Black crystal: А novel color mutant in the american mink (Mustela vison schreber) // J. Heredity. 1997. V. 88. № 2. P. 164–167. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.jhered.a023080
- Manakhov A. D., Mintseva M. Yu., Andreeva T. V. Genome analysis of sable fur color links lightened pigmentation phenotype to a frameshift variant in the tyrosinase-related protein 1 gene // Genes. 2021. V. 12. № 2. P. 157. https://doi.org/ 10.3390/genes12020157
- Blaszczyk W. M., Arning L., Hoffmann K. P., Epplen J. T. A tyrosinase missense mutation causes albinism in the wistar rat // Pigment Cell Research. 2005. V. 18 № 2. P. 144–145. https://doi.org/10.1111/j.1600-0749.2005.00227.x
- Blaszczyk W., Distler C., Dekomien G. M. et al. Identification of a tyrosinase (TYR) exon 4 deletion in albino ferrets (Mustela putorius furo) // Animal Genetics. 2007. V. 38. № 4. P. 421–423. https://doi.org/10.1111/j.1365-2052.2007.01619.x
- Yan S., Zhao D., Hu M. et al. A single base insertion in the tyrosinase gene is associated with albino phenotype in silver foxes (Vulpes vulpes) // Animal Genetics. 2019. V. 50. № 5. P. 550. doi: 10.1111/age.12816
- Anistoroaei R., Fredholm M., Christensen K., Leeb T. Albinism in the american mink (Neovison vison) is associated with a tyrosinase nonsense mutation // Animal Genetics. 2008. V. 39. № 6. P. 645–648. doi: 10.1111/j.1365-2052.2008.01788.x
- Amberger J. S., Bocchini C. A., Scott A. F., Hamosh A. Leveraging knowledge across phenotype-gene relationships // Nucl. Acids Res. 2019. V. 47. № D1. P. D1038–D1043. https://doi.org/10.1093/nar/gky1151
- Dessinioti C., Stratigos A. J., Rigopoulos D. & Katsambas A. D. A review of genetic disorders of hypopigmentation: Lessons learned from the biology of melanocytes // Experimental Dermatology. 2009. V. 18. № 9. P. 741–749.
- Baxter L. L., Watkins‐Chow D. E., Pavan W. J., Loftus S. K. A curated gene list for expanding the horizons of pigmentation biology // Pigment Cell Melanoma Res. 2019. V. 32. № 3. P. 348–358.
- Nicholas F. W., Tammen I., Sydney Informatics Hub. Online Mendelian Inheritance in Animals (OMIA). 1995 [dataset]. https://omia.org/.https://doi.org/10.25910/2AMR-PV70
- Körner A., Pawelek J. Mammalian tyrosinase catalyzes three reactions in the biosynthesis of melanin // Science. 1982. V. 217. № 4565. P. 1163–1165. doi: 10.1126/science.6810464
- Winkler P. A., Gornik K. R., Ramsey D. T. et al. A partial gene deletion of SLC45A2 causes oculocutaneous albinism in doberman pinscher dogs // PLoS One. 2014. V. 9. № 3. Р. e92127. doi: 10.1371/journal.pone.0092127
- Hiruni R. Wijesena, Sheila M. Schmutz. A missense mutation in SLC45A2 is associated with albinism in several small long haired dog breeds // J. Heredity. 2015. V. 106. № 3. P. 285–288. https://doi.org/10.1093/jhered/esv008
Дополнительные файлы
