Ген Agouti может создавать узоры от полос до пятен у позвоночных

Учёные из Гарвардского университета приблизились к ответу на старые вопросы: как леопард получил свои пятна, а зебра — полосы?

Ответ может заключаться в гене под названием Agouti. Команда обнаружила, что этот ген управляет цветовыми узорами у оленьих мышей — самого распространённого млекопитающего в Северной Америке. Этот ген, присутствующий у всех позвоночных, может определять цветовой узор у самых разных видов, что до сих пор было плохо изучено как на молекулярном, так и на эволюционном уровне.

"Вопрос о том, как устанавливаются цветовые узоры у позвоночных, был чёрным ящиком", — говорит Мари Мансо, ведущий автор статьи в журнале Science. — Пользуясь простым узором оленьих мышей (тёмная спина и светлое брюхо), мы показали, что небольшие изменения в активности единственного гена пигментации у эмбрионов приводят к большим различиям в окраске взрослых особей".

Мансо и старший автор Хопи Хукстра обнаружили, что цветовые узоры у этих мышей зависят от установления эмбрионального "пре-узора" экспрессии гена Agouti. У изученных мышей это происходило в середине срока беременности — всего через 12 дней после зачатия, задолго до появления первых пигментов в коже.

Ранее было известно, что Agouti влияет на тип пигмента в шерсти, перьях и чешуе позвоночных: низкая экспрессия гена у взрослых особей приводит к выработке тёмных пигментов, а высокая активность — светлых. Однако исследователи выяснили, что тонкие изменения в эмбриональной активности гена также могут сильно влиять на распределение пигментов по всему телу.

"Во время эмбриогенеза Agouti экспрессируется в области брюха, где задерживает созревание клеток, которые в итоге будут производить пигмент", — объясняет Хукстра. — Это приводит к более светлой окраске брюха у взрослых особей — самому распространённому узору среди самых разных позвоночных, от рыб до антилоп".

Помимо цветовых узоров, это исследование показывает, как генетические и развивающие механизмы, лежащие в основе вариаций признаков, могут влиять на эволюцию природного разнообразия. Даже небольшие изменения в экспрессии гена Agouti могут создать совершенно новый цветовой узор. У оленьих мышей естественный отбор вызывает изменения в количестве и месте экспрессии Agouti, что, в свою очередь, приводит к новым узорам, маскирующим животных от хищников в разных средах обитания — от тёмных лесов до светлых песчаных пляжей.

"Трудно не предположить, что Agouti играет роль в создании более сложных узоров — от полос до пятен — у разнообразных позвоночных", — говорит Хукстра.

Теперь Мансо и Хукстра планируют продолжить изучение молекулярной основы более сложных узоров у таких животных, как полосатые мыши, бурундуки, тринадцатиполосные суслики, а в перспективе — даже леопардов и зебр.

"Участвуют ли те же механизмы формирования пре-узора, что мы видим у оленьих мышей, в образовании и эволюции более сложных узоров, например, продольных полос у бурундуков? Вот теперь это самый интересный вопрос", — говорит Мансо.