ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ПРОИСХОЖДЕНИЕ МАСТЕЙ ИГРОВЫХ ГОЛУБЕЙ, тема для обсуждений возможных цветовых вариаций Опции

[Виктор Чебоксары]

Люди веками из дикопёрых выбивали цветных

Леонид, какие выбивания? Люди вели просто отбор по появляющимся мутациям, а так у диких (предков домашних) никаких цветных характеристик не было и нет в генах.

[valzyg]

Но генетика дело хорошее, просто там и академики ни хрена не знают, олдни версии

А вся наука на этом и построена :)
Но меня в данном случае интресовало по мраморным, и всем там примочкам - я подтвердил то что знал из практики прочитав теорию. И самое главное утверждение из книг - не факт что так будет

[Виктор Чебоксары]

не факт что так будет

Конечно, если смотреть в книгу и видеть фигу

[Виктор Чебоксары]

Но меня в данном случае интресовало по мраморным, и всем там примочкам - я подтвердил то что знал из практики прочитав теорию

Валера почитай научное исследование по мраморному окрасу:

АННОТАЦИЯ
Сизые голуби ( Columba livia ) демонстрируют необычайное разнообразие вариаций пигментации. Один из таких узоров, Миндаль, характеризуется пестрым лоскутным одеялом цветов оперения, которые распределены явно случайным образом. Миндаль - это сцепленный с полом, полудоминантный признак, контролируемый классическим локусом Stipper ( St ). Гетерозиготные самцы (Z St Z + половые хромосомы) и гемизиготные самки Almond (Z St W) пользуются популярностью у заводчиков за их привлекательное оперение. Напротив, гомозиготные самцы миндаля (Z St Z St) развиваются серьезные дефекты глаз и отсутствует вся пигментация оперения, что позволяет предположить, что более высокая доза мутантного аллеля вредна. Чтобы определить молекулярную основу миндаля, мы сравнили геномы миндальных голубей и не миндальных голубей и определили кандидатный локус St на Z-хромосоме. Мы обнаружили вариант числа копий (CNV) в дифференцированной области, которая захватывает полные или частичные кодирующие последовательности четырех генов, включая ген созревания меланосомы Mlana . Мы не обнаружили фиксированных изменений кодирования генов в CNV, но все гены неправильно экспрессируются в регенерирующих клетках воротничка пера птиц миндаля. Примечательно, что шесть других аллелей у Stлокус связаны с фенотипами депигментации, и все они обнаруживают экспансию одного и того же CNV. Структурная изменчивость у St связана с разнообразием пигментации оперения и экспрессией генов и, таким образом, обеспечивает потенциальный способ быстрой фенотипической эволюции у голубей.

РЕЗЮМЕ АВТОРА Генетические изменения, ответственные за различные цветовые модели животных, плохо изучены, отчасти из-за нехватки исследовательских организмов, которые являются как генетически поддающимися лечению, так и фенотипически разнообразными. Домашние голуби ( Columba livia) были искусственно отобраны по многим признакам, в том числе по огромному разнообразию цветовых узоров, которые варьируются как внутри, так и между разными породами этого единственного вида. Мы исследовали генетическую основу цветового узора, связанного с полом, у голубей, называемых миндалем, который характеризуется разбросанным рисунком пигментации оперения. Голуби с одной копией аллеля Almond имеют желаемый цветовой рисунок; однако самцы голубей с двумя копиями мутации миндаля имеют сильно истощенную пигментацию и врожденные пороки зрения. Сравнивая геномы миндальных и не миндальных голубей, мы обнаружили, что у миндальных голубей есть дополнительные копии области хромосомы, содержащей ген, который имеет решающее значение для образования пигментных гранул. Мы также обнаружили, что разное количество копий этой области связано с разной степенью уменьшения пигментации. Фенотип миндаля у голубей имеет поразительное сходство с мутантами по окраске шерсти мерля у собак, и наши новые результаты, полученные на голубях, предполагают, что схожие генетические механизмы лежат в основе этих черт у обоих видов. Наша работа подчеркивает роль вариации числа копий гена как потенциального двигателя быстрой фенотипической эволюции.

ВВЕДЕНИЕ
В естественных популяциях животных цвета и узоры пигмента влияют на выбор партнера, сигнализацию, мимикрию, крипсизу и отвлечение хищников [ 1 , 2 ]. У домашних животных люди часто выбирают черты пигментации на основе цветов и рисунков, которые они считают наиболее привлекательными. Несмотря на давний интерес к спектральным вариациям цвета и рисунка у животных, мы мало знаем о молекулярных механизмах, которые опосредуют окраску. Понимание генетической основы потрясающего множества цветовых узоров животных приносит пользу из изучения генетически поддающихся изучению видов; однако прогрессу отчасти препятствует ограниченное количество традиционных модельных организмов, которые демонстрируют ограниченные вариации цвета и цветового рисунка.

Домашний сизый голубь ( Columba livia ) - яркий пример изменения, сформированного искусственным отбором, с множеством окрасов и цветовых узоров внутри и среди более чем 350 пород. Поскольку породы домашних голубей принадлежат к одному и тому же виду и являются интерфертильными, голуби предлагают исключительную возможность понять генетические основы пигментных признаков с помощью лабораторных скрещиваний и исследований геномных ассоциаций [ 3 ]. Ранее мы идентифицировали несколько генов, участвующих в определении типа и интенсивности меланинов оперения у голубей [ 4 , 5 ], но значительно меньше известно о молекулярных детерминантах наложения рисунка [ 6]. Молекулярная основа изменчивости паттернов - захватывающий рубеж в генетике пигментации, и недавние исследования у других позвоночных выявили несколько генов, которые вносят вклад в этот процесс. Тем не менее, генетическая основа пигментного рисунка явно менее изучена, чем гены, контролирующие типы пигмента [ 7 - 16 ].

Классический паттерн пигментации у C. livia, известный как Almond, вызван полудоминантной мутацией ( аллель St ) в сцепленном с полом локусе Stipper ( St ) [ 17 ] ( рис. 1 ). В отличие от большинства других характерных черт пигментации у голубей, пестрое или разбросанное лоскутное одеяло цветов оперения у миндаля, по-видимому, случайно внутри и среди особей [ 18 ]. Кроме того, цветовой рисунок меняется непредсказуемым образом с каждой линькой [ 19 - 21 ]. Количество пигментированных перьев у миндальных голубей также увеличивается с каждой последовательной линькой, и этот эффект более выражен у самцов [ 22 ,23 ]. Примечательно, что это явление противоположно тому, что обычно наблюдается с чертами пигментации, которые меняются на протяжении всей жизни человека, такими как витилиго и поседение, что приводит к уменьшению пигмента с течением времени [ 24 - 28 ]. В дополнение к Almond, по крайней мере шесть других аллелей в St приводят к различной степени депигментации у голубей, предполагая, что локус St может быть горячей точкой мутации [ 21 , 29 ].

Рисунок 1.
Скачать рисунокОткрыть в новой вкладке
Рисунок 1.
Фенотипы голубей, несущих аллели миндаля ( St , аллель миндаля; +, аллель дикого типа). (A) Гетерозиготный самец миндаля. (B) Самка Hemizygous Almond. © Гомозиготный самец миндаля. (D) Самки миндаля не имеют видимых дефектов глаз. (E) Гомозиготные самцы миндаля часто имеют серьезные дефекты глаз. Дефекты, изображенные у этого подростка, включают вздутие века и помутнение передней части. (F) Перья на крыльях разных фенотипов, слева направо: не миндаль, темный миндаль, светлый миндаль, гомозиготный миндаль.

Гетерозиготные самцы миндаля (Z St Z + ) и гемизиготные самки миндаля (Z St W; самцы - гомогаметный пол у птиц), каждый из которых имеет одну копию аллеля St , ценятся селекционерами за их привлекательный окрас. Однако гомозиготные самцы миндаля (Z St Z St ) почти всегда лишены пигментации в первом наборе перистых перьев и имеют тяжелые врожденные пороки зрения [ 19 , 30 , 31 ] ( рис. 1B, C).). Характер наследования миндаля предполагает, что доза мутантного аллеля, а не отсутствие аллеля дикого типа, ответственна за пигментный и глазной фенотип у гомозиготных мужчин. Дефекты глаз также связаны с особенностями пигментации у других видов позвоночных, включая собак и лошадей, однако молекулярная основа этих связанных эффектов остается плохо изученной [ 9 , 32 - 37 ]. Таким образом, миндальные голуби могут выявить связи между пигментацией и дефектами глаз, включая то, контролируют ли эти коррелированные признаки плейотропные эффекты одного гена или связанных генов с отдельными эффектами.

В этом исследовании мы исследуем геномную идентичность локуса St у домашних голубей. Сравнение полногеномных последовательностей миндальных и не миндальных птиц показывает вариант числа копий (CNV) у миндальных птиц, который включает полные кодирующие последовательности двух генов и частичные кодирующие последовательности двух других. Один из полных генов, Mlana , играет ключевую роль в развитии меланосомы (органеллы, в которой образуются пигментные гранулы), что делает его сильным кандидатом на фенотип пигментации, наблюдаемый у миндальных голубей. Мы также обнаружили, что разные аллели в St коррелируют с разной степенью распространения одного и того же CNV, тем самым связывая спектр вариантов пигментации с изменениями в одном локусе.

ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Связанная с полом геномная область связана с паттерном пигментации миндаля
Чтобы определить геномное расположение сцепленного с полом локуса St , мы сравнили геномы 12 миндальных голубей с панелью из 109 не миндальных голубей из различных пород, используя вероятностную меру дифференциации частоты аллелей (pFst) [ 38 ] (подробности см. в таблице S1). Это сканирование всего генома выявило несколько значительно дифференцированных областей, но один превосходил другие на несколько порядков и был расположен на каркасе Z-хромосомы (ScoHet5_227), как и было предсказано классическими генетическими исследованиями ( рис. 2А ). Дифференцированная область ScoHet5_227 (положение 5,186,219-5,545,482; пик SNP, p= 1,1 e-16, порог значимости для всего генома p = 5,5 e-10) содержал восемь аннотированных генов, кодирующих белок, ни один из которых не имел фиксированных изменений кодирования в геномах миндаля по сравнению с геномами не миндаля (VAAST [ 39 ]). Следовательно, паттерн пигментации миндаля, вероятно, не является результатом несинонимичных изменений генов, кодирующих белок.

Фигура 2.
Скачать рисунокОткрыть в новой вкладке
Фигура 2.
Миндаль связан с CNV на геномном каркасе, сцепленном с полом. (A) Сравнение полногеномного pFst между миндальными и не миндальными голубями. Каждая точка представляет позицию SNP с оттенками серого, указывающими на различные геномные каркасы. Горизонтальная пунктирная серая линия указывает порог значимости для всего генома. (B) Детали графика pFst для области-кандидата на ScoHet5_227, связанном с полом каркасе [ 104]. Генные модели изображены внизу графика. © Детальный вид области CNV. Сплошная красная линия представляет собой среднюю нормированную глубину считывания для 10 самок миндальных птиц в этом регионе. Синяя линия - единственный представитель женского покрытия, отличного от миндаля. Вертикальные пунктирные линии указывают положения контрольных точек CNV. Генные модели изображены под графиком покрытия серым цветом (толстые линии - экзоны; тонкие линии - интроны).

Несколько других каркасов содержали последовательности, которые существенно различались у миндальных и не миндальных голубей ( рис. 2А ). Все эти области являются аутосомными, и мы предполагаем, что они связаны с другими цветовыми признаками, которые часто выбираются совместно с миндальным, чтобы дать наиболее желаемый пэчворк цветов, включая T-check (высокомеланистический узор крыльев), бронзовую бронзу. (глубокое покраснение перьев) и рецессивно-красный (признак феомелановой окраски) [ 18 , 21 , 29 ]. Однако, поскольку миндаль является признаком, сцепленным с полом [ 17 ], мы сосредоточили наше внимание на Z-сцепленном каркасе ScoHet5_227.

Вариант числа копий связан с рисунком пигмента миндаля.
В отсутствие фиксированных изменений кодирования между миндальными и не миндальными птицами мы затем спросили, имеют ли птицы с разными фенотипами структурные различия генома в области-кандидате. Мы исследовали охват секвенированием на ScoHet5_227 и обнаружили, что все 12 геномов миндаля имели значительно более высокий охват в кандидатной области миндаля по сравнению с геномами не-миндаля, что указывает на наличие варианта числа копий (CNV) ( рис. 2B, C ). CNV захватывает сегмент эталонного генома размером 77 т.п.н. (ScoHet5_227: 5,181,467-5,259,256) с дополнительным увеличением охвата во вложенном сегменте размером 25 т.п.н. (ScoHet5_227: 5,201,091-5,226,635). Анализ глубины считывания подтвердил 7 копий внешнего сегмента размером 77 т.п.н. и 14 копий внутреннего сегмента размером 25 т.п.н. в геномах самок (Z StW) Миндальные голуби, у которых есть локус St только на одной хромосоме. Мы использовали ПЦР для амплификации через внешние и внутренние контрольные точки CNV миндальных голубей и определили, что CNV состоит из тандемных повторов 77-kb и вложенных 25-kb сегментов ( рис. 3B ).

Рисунок 3.
Скачать рисунокОткрыть в новой вкладке
Рисунок 3.
CNV, связанный с миндалем, имеет сложную структуру, которая приводит к дублированию, усечению и слиянию генов. (A) Диаграмма покрытия, показывающая различные области CNV, нормализованные к области, отличной от CNV, на одном и том же каркасе. Две внешние области (1 и 3, график выше) имеют примерно 7-кратное увеличение покрытия, а одна внутренняя область (2) имеет примерно 14-кратное увеличение покрытия. Модели генов изображены под графиком покрытия серым, оранжевым и синим цветом (толстые линии - экзоны; тонкие линии - интроны). (B) Схема не-миндальной (вверху) и предполагаемой миндальной (внизу) структур CNV. Структурные изменения гена, вызванные CNV миндаля, включают слияние Ermp1 и Kiaa2026 в сегменте 3/1 соединения (шестиугольник) и усеченную версию Slc16a7.на стыке сегмента 2/2 (звезда). Полная копия Slc16a7 находится на каждом 2/3 стыке (ромб).

Затем мы генотипировали область CNV в более крупной выборке миндальных голубей и обнаружили значительную связь между количеством тандемных повторов и фенотипом миндаля (анализ TaqMan; попарный тест Вилкоксона, p = 2,0 e-16). Почти все птицы миндаля имеют более одной копии CNV на Z-хромосому (n = 78 из 80) ( рис. 4 ). И наоборот, почти все птицы, не являющиеся миндалевидными, имели только одну копию на Z-хромосому (n = 55 из 57). Две не-миндальные птицы с> 1 копией на хромосому имели максимум одну дополнительную копию CNV, что указывает на то, что небольшое увеличение числа копий не обязательно вызывает фенотип миндаля. В целом, эти анализы предполагают, что распространение CNV на ScoHet5_227 связано с фенотипом Almond.

Рисунок 4.
Скачать рисунокОткрыть в новой вкладке
Рисунок 4.
Фенотипы пигментации, связанные с St- связью, показывают количественные вариации CNV миндаля. Черные точки представляют собой результаты анализа числа копий TaqMan. Среднее количество копий для каждого фенотипа показано красными точками. Большинство индивидов без St- связанных фенотипов имеют ожидаемые 1 или 2 копии (поскольку St является сцепленным с полом локусом, у женщин минимум 1 копия, а у мужчин минимум 2). Весь другой Санкт - -связанные фенотипы связаны с расширением CNV в области кандидата на миндального строительных лесов ScoHet5_227, что указует на аллельное серии в St . Цифры над каждым фенотипом указывают количество отобранных особей.

Гены внутри CNV неправильно экспрессируются в бутонах миндальных перьев.
Затем мы спросили, связана ли CNV с изменениями экспрессии генов между развивающимися миндальными и не миндальными перьями. Чтобы ответить на этот вопрос, мы сравнили экспрессию генов в области CNV среди птиц с (Z St Z + , Z St W, Z St Z St ) и без (Z + Z + и Z + W) аллелей миндаля. Мы проанализировали бутоны миндальных перьев с темной и светлой пигментацией отдельно, чтобы оценить, различалась ли экспрессия между качественно разными типами пигментации перьев, оба из которых присутствуют в Z St Z + и Z StW Миндальные особи. CNV содержит полные кодирующие последовательности двух генов, Mlana и Slc16a7 , и частичные кодирующие последовательности двух дополнительных генов, Ermp1 и Kiaa2026 ( фиг. 3A ). Согласно расчетам, полученным при секвенировании у птиц Z St W Almond, Mlana будет иметь до 14 копий на одну Z - хромосому ( рис. 3B ). Mlana экспрессируется почти исключительно в меланоцитах (клетках, продуцирующих меланин) и кодирует белок, который имеет решающее значение для созревания меланосом, за счет взаимодействия с матриксообразующим белком Pmel [ 40 - 42]. Таким образом, сочетание биологической роли Mlana и ее местоположения в CNV миндаля делает Mlana сильным геном-кандидатом для фенотипа миндаля.

По сравнению с зачатками перьев без миндаля, экспрессия млана повышена в темных, но не светлых, у птиц Z St Z + и Z St W миндальных перьев или в непигментированных зачатках перьев гомозиготных птиц миндаля (Z St Z St ). ( Рис. 5A ; см. Таблицу S2 и таблицу S3 для получения исходных данных для всех экспериментов qRT-PCR). Мы заметили, что разница в выражении лица Мланакак в темных, так и в светлых бутонах миндальных перьев, хотя и не является статистически значимым (тест Колмогорова-Смирнова), тенденции выше, чем в образцах без миндаля. Это распределение данных может отражать изменчивость самого фенотипа, который характеризуется разным количеством и интенсивностью пигментации перьев как внутри, так и между Z St Z + и Z St W миндальных голубей.

Рисунок 5.
Скачать рисунокОткрыть в новой вкладке
Рисунок 5.
У миндальных и не миндальных перьев есть разные профили экспрессии генов. (A) Экзоны, проанализированные в CNV, показывают различия в экспрессии в почках миндальных перьев по сравнению с не-миндальными перьями. Коробчатые диаграммы показывают результаты анализов qRT-PCR, разработанных для оценки экспрессии генов экзонов, расположенных в области CNV. Результаты экспрессии слитого гена получены из праймеров кПЦР, охватывающих экзон 7 Ermp1 в экзон 5 Kiaa2026.(B) Экзоны, проанализированные вне CNV, не показывают различий в экспрессии в бутонах миндальных перьев по сравнению с не-миндальными перьями. Это указывает на то, что различия в экспрессии специфичны для экзонов внутри CNV. © Экспрессия генов, связанных с меланоцитами. Результаты qRT-PCR указывают на снижение экспрессии нескольких генов, участвующих в производстве меланина в бутонах миндальных перьев. (D) Модель взаимодействий между генами и сигнальными путями, участвующими в различных аспектах синтеза пигмента. Серые прямоугольники указывают пути, обсуждаемые в тексте, но не представленные напрямую в нашем анализе экспрессии. NA, перьевые почки от не миндальных особей с аллелями дикого типа на St; DA, темные зачатки перьев миндаля от гемизиготных и гетерозиготных особей миндаля; LA - светлые бутоны перьев миндаля от гемизиготных и гетерозиготных особей миндаля; HA, перьевые почки гомозиготной особи миндаля. Полоса в каждом поле представляет собой медианное значение, концы прямоугольника указывают на верхний и нижний квартили, усы указывают на самое высокое и самое низкое значение, исключая выбросы. Различными буквами обозначены группы со статистически значимыми различиями в экспрессии генов, определенными с помощью ANOVA и апостериорного теста Тьюки (p <0,05).

Другие гены, полностью или частично входящие в состав CNV, демонстрируют повышенную экспрессию в перьях птиц с по крайней мере одним аллелем миндаля по сравнению с птицами, не являющимися миндалем. Slc16a7 кодирует транспортер монокарбоксилата и, по прогнозам, будет амплифицирован до шести полноразмерных копий у миндальных голубей ( Fig. 3B ). Мы наблюдали 40-кратное увеличение экспрессии Slc16a7 в зачатках миндальных перьев по сравнению с не-миндальными перьями ( фиг. 5A ). Slc16a7 не играет роли в пигментации; однако этот ген экспрессируется у млекопитающих, где он участвует в транспорте молочной кислоты и осмотическом балансе [ 43 - 47 ].

В дополнение к двум генам, полностью содержащимся в CNV, новое слияние Ermp1 (гена металлопептидазы) и Kiaa2026 (неизвестная функция), по прогнозам, будет охватывать внешние контрольные точки CNV ( рис. 3C ). Ни один из генов не играет роли в пигментации или развитии глаз. Предсказанный слитый белок Ermp1 / Kiaa2026 представляет собой усеченную версию Ermp1, включая домен пептидазы и 3 из 6 трансмембранных доменов ( рис. 3B ). 22 аминокислоты из Kiaa2026 на С-конце гибридного белка не включают известный домен белка [ 48 ]; таким образом, слитый белок вряд ли создаст новую комбинацию функциональных доменов. Как и ожидалось, Ermp1 / Kiaa2026Ген слияния не экспрессируется в перьях птиц, отличных от миндаля, но экспрессируется у птиц с аллелями миндаля ( рис. 5А ). Когда мы проанализировали экспрессию экзонов Kiaa2026 и Ermp1, расположенных вне CNV, мы не наблюдали различий в экспрессии между генотипами ( рис. 5B ). Следовательно, CNV миндаля связан с экспрессией нового гибридного гена, но не с различиями экспрессии в полноразмерных транскриптах любого из вносящих вклад генов. Точно так же Ric1 , ген, находящийся непосредственно за пределами CNV, демонстрирует умеренное (менее чем двукратное) увеличение экспрессии в светлых перьях миндаля по сравнению с перьями других типов ( рис. 5B).). Таким образом, гены внутри CNV демонстрируют вариабельную или повышенную экспрессию в перьях миндальных птиц, тогда как гены, прилегающие к CNV, демонстрируют незначительное изменение экспрессии или отсутствие изменений.

Изменения экспрессии генов предполагают дисфункцию меланоцитов в зачатках миндальных перьев
Паттерны пигментации оперения у птиц Z St Z + , Z St W и Z St Z St Almond радикально отличаются от птиц, не относящихся к миндалям, что позволило нам предположить, что другие компоненты пути меланогенеза также могут отличаться. Производство меланина меланоцитами - многоступенчатый процесс, который начинается с активации нескольких путей, включая передачу сигналов Wnt и Mc1r, через внеклеточные лиганды и агонисты [ 49 - 52 ]. Впоследствии экспрессия факторов транскрипции, включая Mitf, активирует генетический каскад, который в конечном итоге способствует созреванию функционального меланоцита [ 53]. Внутри самого меланоцита серия ферментативных реакций и сборка меланосомы приводит к образованию и отложению пигментов. Затем меланосомы переносятся в клетки кожи и придатки эпидермиса, включая перья. У голубей и других птиц с пигментами на основе меланина баланс отложений феомеланина (красный, желтый) и эумеланин (черный, коричневый) определяет цвет оперения [ 54 ].

Чтобы определить, расходятся ли сигналы продукции пигмента между миндальными и не миндальными перьями, мы измерили экспрессию нескольких маркерных генов созревания и функции меланоцитов с помощью qRT-PCR. Сначала мы исследовали гены, участвующие в выживании и дифференцировке меланоцитов, оба из которых являются важными ранними событиями в производстве меланина. Sox10 , который кодирует фактор транскрипции, который активирует экспрессию многих нижестоящих генов, включая экспрессию Mitf , Tyrosinase и Tyrp1 [ 55 ], подавляется только в светлых миндальных и гомозиготных зачатках миндальных перьев ( Рис. 5B ). Потому что Sox10 регулирует Mitfи других генов меланоцитов, этот результат указывает на то, что дисфункция меланоцитов возникает рано в слабо пигментированных миндальных перьях, но не в темных миндальных перьях. Второй ген маркера дифференцировки и выживания меланоцитов, Mitf , кодирует фактор транскрипции, который активирует экспрессию тирозиназы, Tyrp1, Pmel и Mlana [ 40 , 53 , 56 , 57 ]. В отличие от Sox10 , Mitf не экспрессируется дифференциально ни в одном из тестируемых нами фенотипов ( рис. 5C ). Этот результат позволяет предположить, что меланоциты присутствуют в перьях всех фенотипов, даже в сильно депигментированных перьях [ 9]. Два гена, которые активируют экспрессию Mitf ( Sox10 и Mc1r , см. Ниже; фиг. 5C ), подавляются, что означает, что Mitf также будет подавляться. Однако сохранение высокой экспрессии Mitf может быть результатом активации другими путями, такими как передача сигналов Wnt и c-Kit [ 56 ]. В совокупности наши результаты экспрессии генов показывают, что меланоциты присутствуют во всех перьевых зачатках миндальных голубей ( выражен Mitf ), но снижено Sox10.экспрессия в светлых и гомозиготных перьях миндаля предполагает, что множественные копии CNV миндаля связаны с дисфункцией на ранних этапах меланогенеза в светлых и гомозиготных перьях миндаля ( экспрессия Sox10 снижена).

Затем мы проанализировали гены, участвующие в производстве пигмента, индикатор функции меланоцитов. Mc1r , который кодирует рецептор, связанный с G-белком, необходимый для продукции эумеланина [ 58 ], и тирозиназа , кодирующая критический фермент как для продукции эумеланина, так и феомеланина, подавлялись только в гомозиготных зачатках миндальных перьев ( рис. 5C ). Следовательно, экспрессия двух ключевых детерминант продукции пигмента затрагивается только при наиболее тяжелом фенотипе депигментации. Tyrp1 , который кодирует другой фермент, важный для эумеланина, но не для производства феномеланина [ 59], подавлялась во всех зачатках миндальных перьев, с наиболее серьезными эффектами в легких и гомозиготных зачатках миндальных перьев ( рис. 5C ). Таким образом, путь синтеза эумеланина затронут во всех перьях миндаля, но гены образования пигмента и функции меланоцитов более подвержены влиянию в светлых зачатках миндальных перьев и гомозиготных почек миндальных перьев, при этом наиболее серьезное подавление наблюдается у гомозигот ( рис. 5C ).

Наконец, мы измерили экспрессию гена структуры меланосомы Pmel . Считается, что структура меланосом необходима для выработки эумеланина, но не феомеланина [ 60 ]. Pmel - это амилоидный белок, который составляет часть матрикса меланосомы, важного структурного компонента зрелой меланосомы [ 60 - 62 ]. Наш ген-кандидат Mlana кодирует белок, который взаимодействует с Pmel и также имеет решающее значение для формирования матрикса меланосомы. Мы обнаружили, что Pmel подавляется во всех зачатках перьев миндаля, и наиболее сильно у двух наиболее депигментированных типов, светлого миндаля и гомозиготного миндаля ( рис. 5C ). Как описано выше, Мланавыражение увеличивалось в темных миндальных перьях, но было похоже на не-миндальные у светлых миндальных перьев и гомозиготных миндальных перьев. Эти результаты трудно согласовать, потому что эти два гена регулируются Mitf. Тем не менее, наши результаты показывают, что даже пигментированные перья у миндальных птиц показывают измененную экспрессию генов пигментации.

Таким образом, в гомозиготных зачатках миндальных перьев путь продукции пигментации изменяется на ранней стадии эумеланогенеза. У птиц с одной копией аллеля миндаля (Z St Z + и Z St W) светлые перья показывают подавление большего количества генов продукции эумеланина, чем темные перья. Таким образом, фенотипически разные миндальные перья имеют разные профили экспрессии пигментных генов.

Другие аллели в локусе St являются вариантами числа копий.
Классические генетические исследования указывают на множественные аллели депигментации в локусе St [ 20 , 29 , 63 , 64 ]. Чтобы определить, связан ли CNV миндаля с этими другими аллелями, мы генотипировали голубей с другими фенотипами, связанными с St, и обнаружили значительное увеличение числа копий у Qualmond ( St Q ; N = 10, p = 8,3e-06), Sandy ( St Sa ; N = 3, p = 3.2 e-02), Блеклый ( St Fa ; N = 11, p = 5.0e-07) и Меловой ( St C ; N = 6, p= 2.7e-04) голубей по сравнению с птицами без St- связанных фенотипов ( рис. 4 , таблица S4). Другой аллель, Frosty ( St fr ), показал тенденцию к увеличению числа копий, которая не достигла значимости (N = 6, p = 1). Вместе эти результаты демонстрируют, что увеличение числа копий связано с множеством аллелей депигментации в локусе St.

Затем мы спросили, имеют ли разные аллели St одинаковые контрольные точки CNV. Мы амплифицировали и секвенировали контрольные точки Almond CNV у голубей Qualmond (N = 4), Sandy (N = 2), Faded (N = 2) и Chalky (N = 4) и обнаружили, что контрольные точки идентичны для всех протестированных фенотипов. . Следовательно, за одним исходным мутационным событием, вероятно, следовала разная степень экспансии в разных аллелях St. Примечательно, что контрольные точки сегмента 77 т.п.н. (ScoHet5_227: 5,181,467 и 5,259,256) обогащены CT-повторами. Эти сайты повторов могут способствовать неаллельной гомологичной рекомбинации, которая могла бы дать аллельный ряд St [ 65 ].

ОБСУЖДЕНИЕ
Млана - сильный кандидатный ген для фенотипа миндаля.
Мы идентифицировали CNV, связанную с изменчивостью пигментации оперения и дефектом глаза у домашних голубей. Различное количество копий этого структурного варианта связано с серией аллелей депигментации в одном и том же локусе. В перьях миндальных птиц CNV связана с изменениями в экспрессии генов в ее пределах.

Один из этих генов, Mlana , является сильным кандидатом на роль миндаля из-за его роли в созревании меланосом. Mlana и Pmel совместно регулируются Mitf, и их белковые продукты физически взаимодействуют друг с другом в процессе формирования матрикса в меланосоме [ 41 , 66 ]. Примечательно, что мутации Pmel вызывают фенотипы пигментации у крупного рогатого скота, кур и мышей [ 67 - 70 ]. Мутации Pmel у лошадей, собак и рыбок данио приводят как к фенотипам пигментации, так и к дефектам глаз, как у миндальных голубей [ 37 , 71 - 75]. Например, рисунок шерсти мерля у собак связан со вставкой транспозона в интрон гена PMEL , что приводит к нефункциональному белку PMEL и фенотипу, который очень похож на фенотип миндаля у голубей [ 37 , 72 ]. Собаки, гомозиготные по мутации PMEL , как и гомозиготные миндальные голуби, сильно гипопигментированы. Кроме того, у собак с гомозиготными мутантами PMEL наблюдаются различные дефекты глаз, такие как повышенное внутриглазное давление, аметропия, микрофтальмия и колобома [ 76 ]. Наблюдение за тем, что Пмель, который напрямую взаимодействует с Мланой, неоднократно связан как с пигментацией, так и с дефектами глаз, заставляет Мланусильный кандидат на сходные коррелированные фенотипы у миндальных голубей. Сходным образом, у людей и мышей мутации в генах меланосом (напр., Oca2 , Slc45a2 , Slc24a5 ) вызывают депигментацию эпидермиса и дефекты глаз, тем самым дополнительно демонстрируя общую связь между этими структурами в процессе развития [ 77 - 79 ].

Другой полноразмерный ген в CNV, Slc16a7 , не играет известной роли в пигментации. Однако этот ген является членом класса переносчиков монокарбоксилата, которые необходимы для эффективного удаления лактата из фоторецепторных клеток для предотвращения внутриклеточного ацидоза, а также для поддержания высокой скорости гликолиза и правильного клеточного метаболизма [ 44 - 46 , 80 , 81 ]. Мы предполагаем, что нерегулярная экспрессия этого гена может привести к гибели или дисфункции клеток, вызывая токсические концентрации молочной кислоты или препятствуя транспорту молочной кислоты к соседним клеткам. При регенерации миндальных перьев Slc16a7Экспрессия существенно возрастает (в 40 раз) по сравнению с перьями не миндального происхождения, что повышает вероятность того, что этот ген каким-то образом участвует в пигментации. Короче говоря, изменения в экспрессии Slc16a7 могут управлять компонентами фенотипа Almond в перьях, глазах или, возможно, в обоих. Однако, учитывая связанные фенотипы пигмента и глаз, наблюдаемые у мутантов Pmel у других видов, одной только Mlana могло быть достаточно, чтобы вызвать пигментацию и дефекты глаз у миндальных голубей. В будущей работе будут изучены эти различные возможности.

У миндальных птиц изменена экспрессия генов
У других организмов изменение количества копий может приводить к изменениям экспрессии генов в том же направлении, что и изменение количества копий (т. Е. Наличие большего количества копий коррелирует с более высокой экспрессией) [ 82 - 84 ]. Мы наблюдали аналогичную тенденцию к более высокой экспрессии генов, захваченных в связанном с миндалем CNV ( фиг. 5A ). Однако, в отличие от этой тенденции, Млана показала усиление экспрессии у темных миндальных перьев, но не у светлых миндальных или гомозиготных миндальных (непигментированных) перьев. Млана также является геном с наибольшим увеличением числа копий: до 14 копий в геномах гемизиготного миндаля и 28 копий в геноме гомозиготного миндаля.

Принимая во внимание вышеприведенные наблюдения экспрессии генов, почему гомозиготные птицы миндаля могут не обладать экспрессией Mlana в зачатках перьев, если у них есть 28 копий гена? Одна из возможностей - эпигенетическое молчание. Высокое количество копий в тандемных массивах вызывает молчание генов у некоторых организмов [ 85 - 89 ]. У плодовых мушек, например, тандемные массивы приводят к неоднородной экспрессии гена белого глаза [ 86 ]. Это изменение выражения, в свою очередь, приводит к мозаичному цвету глаз, сценарию, напоминающему цветной мозаицизм в перьях миндальных голубей. На мыши экспериментально уменьшили количество копий lacZв тандемном массиве вызывает увеличение экспрессии генов, указывая на то, что уменьшение числа копий может ослабить молчание генов [ 88 ]. Точно так же возможно, что уменьшение числа соматических копий может ослабить сайленсинг генов и восстановить более высокую экспрессию Mlana в зачатках темного миндаля.

Еще одно возможное объяснение отсутствия экспрессии Mlana в гомозиготных миндальных перьях - это гибель клеток или опосредованное иммунитетом разрушение меланоцитов. Сверхэкспрессия Mlana может оказывать токсическое действие на клетки, приводя к их гибели до созревания меланоцитов. Аналогичным образом , у людей, избыточная экспрессия генов часто связана с заболеванием [ 90 - 92 ], так и в дрожжах, избыточная экспрессия генов может уменьшить скорость [рост 93 ]. С другой стороны, меланоциты миндаля могут вызывать аутоиммунный ответ, аналогичный разрушению меланоцитов при нарушениях пигментации человека. MLANA является доминирующей антигенной мишенью для аутоиммунного ответа Т-клеток в коже человека, пораженной витилиго [ 94 ,95 ], и, возможно, презентация антигенов Mlana у миндальных голубей вызывает реакцию, которая истощает меланоциты в развивающихся зачатках перьев. Потенциально аналогичный аутоиммунный ответ истощает популяцию меланоцитов и имитирует витилиго у кур линии Smyth [ 96 ].

Если гены в CNV случайно заглушаются у миндальных голубей или клетки с высокой экспрессией случайно избегают гибели клеток, то мы можем ожидать увидеть высокую дисперсию в экспрессии генов среди образцов миндальных перьев. В соответствии с этим предсказанием, дисперсия в экспрессии Mlana как в темных, так и в светлых почках миндальных перьев выше, чем в образцах без миндаля ( рис. 5A ). Эта разница может также объяснить случайный образец пигментации и депигментации, наблюдаемый в перьях этих птиц. Если на каждую популяцию клеток воздействуют по-разному из-за случайных событий, приводящих к дифференциальной экспрессии, то результатом могут быть случайные паттерны пигментации.

CNV как механизмы быстрой генерации новых фенотипов
Помимо обнаружения CNV в локусе St у птиц Almond, мы обнаружили количественные вариации числа копий среди других аллелей в этом локусе. Изменение этого CNV может иметь количественный эффект на депигментацию, причем степень увеличения числа копий коррелирует со степенью депигментации и дефектов глаза. Например, заводчики голубей сообщают, что Sandy и Whiteout - два фенотипа с одним из самых высоких количеств копий CNV ( Рис. 4 ) - имеют ассоциированные дефекты глаз, подобные Almond (Тим Квидера, личное сообщение) [ 29 , 63 ]. Хотя в настоящее время у нас есть небольшая выборка других St-связанные фенотипы, мы видим тенденцию к тому, что другие аллели производят более мягкие пигментные фенотипы и имеют меньшую экспансию CNV, чем аллель Almond. Сходные количественные эффекты CNVs наблюдаются также и у других организмов, включая корреляцию между размером гребня и числом копий интрона 1 Sox5 у кур [ 97 ].

Заводчики голубей сообщили, что родители с одним St- связанным фенотипом могут давать потомство другого фенотипа в серии St [ 29 , 98 ]. В частности, голуби Faded, Qualmond и Hickory дали потомство Almond. Эти классические исследования селекции предполагают, что преобразование аллелей может происходить быстро и, основываясь на наших открытиях изменения числа копий среди аллелей St , может быть результатом простого расширения или сжатия CNV. В другом поразительном сходстве между MERLE собак и миндальными голубями, зародышевыми расширениями или сокращениями Мерлы аллели PMEL результате в спектре пальто модели фенотипов , которые могут отличаться от родителей и потомства [72 , 99 ]. Таким образом, нестабильные ВКК , как тот , который мы нашли в Санкт - локусе может обеспечить механизм для чрезвычайно быстрого фенотипической диверсификации голубей и других организмов [ 100 - 103 ].
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/688671v1.full

Ну как, подтвердилась твоя практика?

[leon]

Леонид, какие выбивания? Люди вели просто отбор по появляющимся мутациям, а так у диких (предков домашних) никаких цветных характеристик не было и нет в генах.

Виктор, всё правильно,...но это по началу, а цвета начали проявляться за счёт ослабления организма от близкородственного спаривания, но я не академик, просто ищу обратный выход, у меня есть друг, держит одних лохматых белых, за пару десятилетий он добился чистейших белых( а были всякие чумазые) так вот как тока у него проскакивает белый с мазаным пёрышком, я сразу прошу его себе,у меня уже таких 3 шт,Мне интересно на каком колене пойдут натур пёрки, а они пойдут, я уверен.

[Виктор Чебоксары]

Для понимания перевода текста по ссылке выше:

CNV - copy number variation (изменение номера копии, а точнее - изменение числа копий)

[Виктор Чебоксары]

но это по началу, а цвета начали проявляться за счёт ослабления организма от близкородственного спаривания

Леонид, не от близкородственного скрещивания пошли другие цвета, а от одомашнивания, т. е. у дикого голубя в процессе одомашнивания изменился уровень кортикостероедных гормонов (кортизола).
https://pikabu.ru/story/poisk_genov_odomashnivaniya_6726654

[leon]

Леонид, не от близкородственного скрещивания пошли другие цвета, а от одомашнивания, т. е. у дикого голубя в процессе одомашнивания изменился уровень кортикостероедных гормонов (кортизола).
https://pikabu.ru/story/poisk_genov_odomashnivaniya_6726654

Ну я же по простому, а так никто толком не знает(ВЕРСИИ) :), там много что могло повлиять,....имунка прослабла ,коровувирус зацепили ,и бог весть ещё чего:)

[leon]

Вооот, одомашнили чернобурку, а рыжие из ревности стали бешеными:)

[Виктор Чебоксары]

Ну я же по простому, а так никто толком не знает(ВЕРСИИ) :), там много что могло повлиять

Нет там никакой версии, и в дикой природе встречаются разные по характеру животные, но в естественной среде такие не выживают и по тому в дикой природе мало чего меняется в плане мутаций, т. е. появления иной окраски.

[Флегонтыч]

Всех с Новым годом. Здоровья вам добра и всех благ.

[Виктор Чебоксары]

Всех с Новым годом. Здоровья вам добра и всех благ.

Флегонтыч, может я ошибаюсь, резиденция Деда Мороза вроде в Великом Устюге или Вы по совместительству его заменяете. Теперь понятно, почему ваша персона редко заглядывает на форум, с таким скакуном не шибко то разгонишься

[Флегонтыч]

Флегонтыч, может я ошибаюсь, резиденция Деда Мороза вроде в Великом Устюге или Вы по совместительству его заменяете. Теперь понятно, почему ваша персона редко заглядывает на форум, с таким скакуном не шибко то разгонишься

Виктор, ваш сарказм не уместен, не надо моей персоне уделять столько внимание. Будьте здоровы, теориезируйте дальше, все что можете, выражайте себя через это, только, не навязывайте свое мнение как единственно правильное, помните, что правда всегда, где-то по средине.

[valzyg]

Виктор Чебоксары ,
Виктор так практика и подтвердилась.
А на практике биохимия не нужна!!! Нужно понимать масть сизая масть разная... Одна это мраморный, А вторая это чистая масть.... Без факторов распределения...
И соответственно при паровке той или той с мраморным или шейкой результаты будут разные при получении мраморных или шеек!!!
А в вашем случае очень уместно выражение " Заставь дурака Богу молиться он и лоб расшибет! "

[Виктор Чебоксары]

ваш сарказм

Флегонтыч, стареем..., вроде безобидно пошутил, а такая реакция. Просто хотелось отметить упадок активности на форуме.

правда всегда, где-то по средине

Ха..., опять лазейку оставляете. Соглашусь, что правда где-то, между точками зрения науки и навязанными стереотипами, но на линейном графике, правда находится аккурат возле научной точки зрения и совсем далеко от навязанных до мозга и костей стереотипов, впитанных с подачи причисленных к касте авторитетов того времени.

[Виктор Чебоксары]

А на практике биохимия не нужна!!!

Кому как. Можно ходить к докторам и тупо следовать рекомендациям, а имея представления о "бихимических" процессах, задаёшься вопросом, нужно ли тебе это:

Нужно понимать масть сизая масть разная...

Валера, ты опять занимаешься смешиванием котлет и мух. Естественно она разная, но всегда состоит из гена базового цвета и генов модификаторов, т. е. в зависимости от модификаторов масть будет визуально разной. Всё может наследоваться не зависимо друг от друга и далее может передаваться по наследству не зависимо друг от друга в неизменном виде, т. е. от того что смешиваем разные масти не происходит изменения (смешивания) генов, ген остаётся всегда неизменным, его может изменить только мутация.

соответственно при паровке той или той с мраморным или шейкой результаты будут разные при получении мраморных или шеек!!!

И что Ты этим хотел мне доказать?
Валера, не забывай о независимом наследовании. Те кто унаследуют фактор мраморности (St), будут мраморными и далее могут передать по наследству этот фактор, а те кто не унаследует этот фактор, сами будут не мраморными и далее от них мраморных потомков не будет. Но те и другие (мраморные и не мраморные) будут иметь базовый цвет в неизменном виде.

чистая масть.... Без факторов распределения...

Если ты про сизых, то без распределения они будут иметь сизое перо, а с распределением - однозначно чёрное, а оттенки чёрного будут зависеть не от базового цвета, а от наличия других модификаторов. Короче не путай в один конгломерат мух и котлеты, котлеты отдельно и мухи отдельно.

[valzyg]

Кому как. Можно ходить к докторам и тупо следовать рекомендациям, а имея представления о "бихимических" процессах, задаёшься вопросом, нужно ли тебе это:

.

А не надо задаваться вопросами, а следовать рекомендациям!!!!
Биохимия это такая наука которую можно понять, если будешь учиться учебном заведении... Там идет междисциплинарная связь.. . Ты изучаешь не одну биохимию, а другие химии, физику, анатомию, гистологии, физиологию, патфизиологию, фармакологии, клиническую диагностику, терапию, генетику, разведение и т. Д. - кирпичи к кирпичику...
Вот тогда есть понимание. А когда одну какую-то дисциплину - то это ни к чему не приведет..

[Владимирович]

Всем. добрый день !!! И еще не понятно , что нам гоняющим в небо голубей, дает это биохимия, зачем она нам..зачем идеально правильное понятие о масти для любителей полета и игры голубей в небе ???? Жизнь доказывает, что для люителей ЛИ птицы, масть стоит на предпоследнем месте...так зачем это все , чем оно нам может помочь ?
Для любителей декора, вполне понятно, там желательно перышко к перышку, чтоб красота была при наблюдении птицы на земле или в клетке. но нам то зачем ???

[Виктор Чебоксары]

не понятно , что нам гоняющим в небо голубей, дает это биохимия, зачем она нам..зачем идеально правильное понятие о масти для любителей полета и игры голубей в небе ????

нам то зачем ???

Владимирович, вы как всегда, вечно чем-то или кем-то не довольны.
Не нравится тема масти, поставьте вопрос перед Флегонтычем и он удалит эту тему. В чём проблема то?

[Виктор Чебоксары]

Там идет междисциплинарная связь.. . Ты изучаешь не одну биохимию, а другие химии, физику, анатомию, гистологии, физиологию, патфизиологию, фармакологии, клиническую диагностику, терапию, генетику, разведение и т. Д.

Ну заумничал, впрямь ни дать - ни взять, академик. Смотри не лопни, радетель обновления конституции

А не надо задаваться вопросами, а следовать рекомендациям!!!!

Валера, с тобой всё ясно.