Genetik bilmece çözüldü: Köpeklerde kürk rengi desenlerinin kalıtımı

Bern Üniversitesi Genetik Enstitüsü’nden bilim adamlarının da dahil olduğu uluslararası bir araştırma ekibi, köpeklerde kürk rengi desenlerinin kalıtımı gizemini çözdü. Araştırmacılar, köpeklerde ve kurtlarda çok hafif bir tüyden sorumlu olan bir genetik varyantın, modern kurdun artık soyu tükenmiş bir akrabasında iki milyon yıldan fazla bir süre önce ortaya çıktığını keşfettiler.

Köpeklerde birkaç tüy rengi deseninin kalıtımı, onlarca yıldır tartışmalı bir şekilde tartışılıyor. Bern Üniversitesi Genetik Enstitüsü’nden Tosso Leeb’in de aralarında bulunduğu araştırmacılar, sonunda bulmacayı çözebildiler. Sadece tüy rengi modellerinin genetik olarak nasıl kontrol edildiğini açıklamakla kalmadılar, aynı zamanda araştırmacılar beyaz kutup kurtlarındaki ve birçok modern köpekteki açık tüy renginin, uzun zaman önce soyu tükenmiş bir türden kaynaklanan genetik bir varyanttan kaynaklandığını da keşfettiler. Çalışma, Nature Ecology and Evolution adlı bilimsel dergide yayınlandı .

Tüm kürk renkleri için iki pigment ve bir “anahtar”

Kurtlar ve köpekler, eumelanin adı verilen siyah olan ve sarı olan pheomelanin olmak üzere iki farklı pigment türünesahip olabilirler. Bu iki pigmentin vücutta doğru zamanda ve doğru yerde hassas bir şekilde üretimi, çok farklı renk desenlerinin ortaya çıkmasına neden olur. Çalışmadan önce, köpeklerde dört farklı desen tanımlanmış ve bu desenlere neden olan çeşitli genetik varyantlar teorize edilmişti. Bununla birlikte, binlerce köpekte bu varyantların genetik testleri çelişkili sonuçlar verdi, bu da kürk rengi desenlerinin kalıtımı hakkındaki mevcut bilgilerin eksik olduğunu ve tamamen doğru olmadığını gösteriyor.

Kürk renginin oluşumu sırasında, sözde agouti sinyal proteini, vücudun sarı feomelanin üretimi için ana anahtarını temsil eder. Aguti sinyal proteini mevcutsa, pigment üreten hücreler sarı feomelanin sentezleyecektir. Agouti sinyal proteini yoksa siyah eumelanin oluşacaktır. Tosso Leeb, “Nedensel genetik varyantların, protein üretim hızını modüle eden ve daha yüksek veya daha düşük miktarlarda aguti sinyal proteinine yol açan düzenleyici varyantlar olması gerektiğini erken fark ettik” diye açıklıyor.

Dört farklı kürk renk deseni yerine beş farklı kürk desen rengi

Agouti sinyal proteini geninin, promotörler olarak adlandırılan, genetik bilgiyi okumak için birkaç başlatma bölgesi vardır. Köpekler, bir yandan, göbekte aguti sinyal proteininin üretiminden sorumlu olan bir ventral promotöre sahiptir. Öte yandan, köpeklerin, saç büyümesinin belirli aşamalarında aguti sinyal proteini üretimine aracılık eden ve bantlı saç oluşumunu sağlayan, saç döngüsüne özgü ek bir destekleyicisi vardır.

Araştırmacılar ilk kez bu iki destekleyiciyi yüzlerce köpekte ayrıntılı olarak tanımladılar. Ventral promotörün iki çeşidini keşfettiler. Varyantlardan biri, normal miktarlarda aguti sinyal proteini üretimini taşır. Diğer varyant daha yüksek aktiviteye sahiptir ve artan miktarda aguti sinyal proteini üretimine neden olur. Araştırmacılar, saç döngüsüne özgü destekleyicinin üç farklı çeşidini belirlediler. Araştırmacılar, bireysel destekleyicilerdeki bu varyantlardan başlayarak, köpeklerde farklı tüy rengi desenlerine neden olan toplam beş farklı kombinasyon belirlediler. Leeb, “Önceden köpeklerde kabul edilen dört farklı kalıp yerine beş tane olduğu için ders kitaplarının yeniden yazılması gerekiyor” diyor.

Kurtların evrimi hakkında beklenmedik bilgiler

Dünyanın farklı bölgelerindeki kurtlardan elde edilen birçok genom kamuya açık hale geldiğinden, araştırmacılar, tanımlanan genetik varyantların kurtlarda da var olup olmadığını araştırdı. Bu analizler, yaklaşık 40.000 yıl önce başlayan modern köpeklerin evcilleştirilmesinden önce, aşırı aktif karın ve tüy döngüsüne özgü destekleyicilerin varyantlarının kurtlarda zaten mevcut olduğunu gösterdi. Büyük olasılıkla, bu genetik varyantlar, daha açık renkli kurtların geçmiş buzul çağlarında kar açısından zengin ortamlara adapte olmasını kolaylaştırdı. Bugün, tamamen beyaz kutup kurtları ve Himalaya’daki açık renkli kurtlar hala bu genetik varyantları taşıyor.

Gen dizilerinin canidae familyasının diğer türleri ile daha fazla karşılaştırılması çok şaşırtıcı sonuçlar verdi. Araştırmacılar, açık renkli köpeklerde ve kurtlarda kıl döngüsüne özgü destekleyicinin aşırı aktif varyantının, altın çakal veya çakal gibi çok uzak akraba türlerle Avrupa boz kurdundan daha fazla benzerlik paylaştığını gösterebildiler.

Leeb, “Bu beklenmedik bulgunun tek makul açıklaması, bu varyantın iki milyon yıldan fazla bir süre önce, şimdi soyu tükenmiş bir kurt akrabasında eski bir kökenidir” diyor. Gen segmenti, iki milyon yıldan daha uzun bir süre önce, artık soyu tükenmiş olan bu kurt akrabası ile melezleşme olaylarıyla kurtlara dahil edilmiş olmalıdır. Böylece, bu soyu tükenmiş türden küçük bir DNA parçası bugün hala sarı köpeklerde ve beyaz kutup kurtlarında bulunur. Leeb, “Bu, modern insanların şimdi soyu tükenmiş Neandertallerden genomlarında küçük bir DNA parçası taşıdığına dair muhteşem bulguyu hatırlatıyor” diye ekliyor.

Çalışma, evcil hayvanlarda kürk renginin genetiğine odaklanan uzun süredir devam eden araştırmalarıyla Bern Üniversitesi’nde Prof. Danika Bannasch tarafından yapılan bir izinle mümkün oldu. California Davis Üniversitesi’nde veteriner genetiği profesörü olan Bannasch, ilgili promotör varyantlarını binlerce diğer işlevsel olarak nötr genetik varyanttan filtreledi. Evrimsel analizler, HudsonAlpha Enstitüsü ve Stanford Üniversitesi’nden Christopher Kaelin ve Gregory Barsh tarafından yapıldı.

Çalışma, İsviçre Ulusal Bilim Vakfı SNSF, Maxine Adler Bağışlanmış Sandalye Fonları, Jane ve Aatos Erkko Vakfı ve Finlandiya Akademisi’nden alınan hibelerle finansal olarak desteklendi.

Kaynaklar:

https://www.sciencedaily.com/releases/2021/08/210812145103.htm