Генетично модифікованими рослинами і тваринами сьогодні нікого вже не здивуєш - ні в лабораторії, ні в полі, ні на ринку. Залишилося тільки почати виводити їх у себе вдома - і деякі біохакери вже продають набори для генетичного редагування і обіцяють навчити йому всіх бажаючих. Якщо і ви вирішите потренуватися на кішках, ми склали керівництво для початківців генних інженерів - про те, як зібрати кішку з забарвленням своєї мрії.
Колір шкіри і волосся у кішок (так само, як у людей та інших ссавців) залежить від типу меланіну, який виробляють спеціальні клітини шкіри, меланоцити - а потім за своїми довгими відростками транспортують в інші клітини і волосяні фолікули, фарбуючи їх.
За все розмаїття забарвлень, якими відомі кішки, відповідають два типи пігменту:
- феомеланін - він буває від червоного до жовтого кольору;
- еумеланін - від коричневого до чорного.
А ось за те, який саме з пігментів будуть виробляти меланоцити і як вони будуть розподілені по котячому тілу, відповідає вже безліч генів, які можуть діяти паралельно, посилювати роботу один одного або, навпаки, конкурувати. Давайте розберемося в основних патернах в забарвленні кішок і з'ясуємо, які варіанти генів знадобиться внести в котячий геном, щоб їх створити.
Агуті
Вам знадобиться: хромосома А3 з домінантним геном.
Агуті - це забарвлення, при якому колір розподілений по кішці рівномірно, але кожне окреме волосся пофарбоване нерівномірно. Волосини розділені на кілька зон, які можуть бути не пофарбовані (без меланіну), пофарбовані з різним заходом інтенсивності більш темним еумеланином або світлим феомеланином. Таке забарвлення зустрічається, наприклад, у абіссинських котів.
Щоб отримати кішку такого забарвлення, вам потрібно взяти хромосому А3 з домінантним варіантом гена (це такий варіант, який пригнічує всі інші варіанти і працює, навіть якщо він в клітці тільки один). Тоді в пігментній клітці почне синтезуватися сигнальний білок Agouti. Одночасно в пігментній клітці синтезується й інший білок - альфа-меланоцитстимулюючий гормон гіпофізу (а-МСГ). Обидва ці білки здатні зв'язуватися з рецептором меланокортину-1, і в залежності від того, з ким утворює комплекс рецептор, в клітці запускається певний сигнальний каскад. Так виходить той чи інший вид пігменту.
Коли на рецепторі «сидить» Agouti, клітина виробляє рудий феомеланін. При цьому молекула Agouti блокує рецептор так, що більше ніхто з ним зв'язатися не може. Але зв'язок Agouti з рецептором з часом руйнується, і в якийсь момент на рецептор повинна сісти нова молекула, якою може бути або черговий Agouti - або а-МСГ. У першому випадку клітина продовжить виробляти феомеланін, а в другому - переключиться на еумеланін. Тому меланоцит буде виробляти то рудий, то темний пігмент, і волосся вийде смугастим. Але оскільки смужки на кожному волоссі виникають незалежно, вони не будуть синхронізуватися - тому шерсть кішки вийде не смугастою, а переливчастою.
Якщо ж ви вбудуєте в обидві хромосоми рецесивний варіант (тобто такий, який проявляється, тільки якщо його в клітці дві копії), сигнальний білок працювати не буде. Відповідно, на рецепторі меланокортину-1 буде безроздільно панувати а-МСГ і ви отримаєте одноколірну темну кішку.
Однак з цього правила є виняток. На статевих хромосомах кішок є ген, який теж відповідає за виробництво феомеланіну, тобто за рудий забарвлення. Якщо хоча б на одній хромосомі він знаходиться в домінантній формі, то білок Orange витісняє весь еумеланін з волосся, замінюючи його феомеланином - і кішка, яка могла б бути темною агуті, буде рудою агуті.
Але якщо в її клітинах одночасно виявляться рецесивний варіант і домінантний варіант, то одноколірно рижої кішки не вийде. Рецесивні варіанти незрозумілим чином взаємодіють з домінантним, в результаті чого темні ділянки волосся перетворюються на руді, а руді з якоїсь причини стають безбарвними, і волосся росте в рижі-білу смужку. А це означає, що однотонно-руду кішку виростити неможливо: кішки з домінантним і рецесивним все одно вийдуть зі смугастим волоссям.
Темне забарвлення
Вам знадобиться: пара хромосом D4 з геном для темної однотонної кішки
Обережно:домінантний ген може зробити темну кішку рижів.
Однотонний окрас кішки передбачає, що кожен її волосся рівномірно пофарбований еумеланином або феомеланином.
За виробництво еумеланіну в клітинах відповідає білок TIRP1, який кодується геном. Залежно від того, які варіанти гена працюють в меланоциті, виходять різні відтінки темного пігменту. У разі домінантного варіанту, який пригнічує решту, кішка пофарбується в чорний колір.
У випадку, коли варіант гена слабший - шкура набуває шоколадного кольору; а в разі ще слабшого - колір кориці.
Пам'ятайте: однотонна кішка вийде, тільки якщо ген знаходиться в рецесивній (неробочій) формі - і на волосині не утворюються смужки. Ген відповідає лише за підсумковий відтінок темного забарвлення. Крім того, щоб кішка точно вийшла темною, на статевих хромосомах повинні бути тільки рецесивні форми гена, інакше весь еумеланін волосся заміниться на феомеланін - і кішка стане рижою агуті.
Білий окрас
Вам знадобиться: пара хромосом D1 з геном.
Обережно:кішка може вийти глухою.
Білий окрас - це повна відсутність пігменту у волоссі. У кішок суцільний білий окрас може виходити кількома способами. Наприклад, якщо фермент для синтезу пігменту не працює по всьому тілу (це альбінізм, про нього ми розповімо далі) або якщо мутація пригнічує пігментацію клітин.
Щоб волосся виріс білим, потрібно заборонити меланоцитам виробляти пігмент - або зовсім їх зруйнувати. Це можна зробити за допомогою гена: він кодує білок, через який клітини-попередники меланоцитів приймають сигнали про те, щоб виживати, ділитися і перетворюватися на справжні меланоцити. Тому, якщо ви в обидві хромосоми вбудуєте W-варіант гена, який не містить ніяких мутацій, то у вас вийде звичайна кольорова кішка без білих волосин. А от якщо хоча б в одній хромосомі з пари виявиться варіант WD, меланоцити загинуть і шерсть вийде білою.
Очі у кішки при цьому стануть блакитними. Блакитний колір райдужки є базовим для всіх кішок, просто у темно пофарбованих райдужка покрита ще й темним меланином - чому очі виходять, наприклад, каріми. Якщо ж меланоцити не виживають, то меланін не надходить ні в шерсть, ні на райдужку.
У гена є і проміжний WS-варіант. Якщо вбудувати в обидві хромосоми його, кішка пофарбується в білий. А ось якщо в одну з хромосом ви помістите WS, а в іншу - звичайний W, кішка вийде з білими плямами. WS уповільнює або зовсім зупиняє міграцію попередників меланоцитів до волосяних фолікул, в результаті чого частина пігментних клітин просто не доходить до того місця, яке вони повинні пофарбувати, і в цьому місці на кішці утворюється біла пляма.
Такі плями не завжди нешкідливі - варіанти WS і WD також викликають у кішок вроджену нейросенсорну глухоту. Справа в тому, що попередники меланоцитів дають початок і деяким типам клітин нервової системи. Мутації в гені, скорочуючи популяцію цих попередників, заважають їм увійти до складу органів слуху. Тому, якщо у вас вийшла повністю біла або з окремими плямами кішка, у якої хоча б одне око блакитне, дуже можливо, що чути вона не буде.
Черепахове забарвлення
Вам знадобиться: ген на Х-хромосомі і варіант WS гена.
Обережно: якщо ви розфарбували кота в черепаховий, він буде безплідним.
Черепахове забарвлення - це суміш з помаранчевого і чорного забарвлення. Якщо на кішці зустрічаються ще й білі плями, її називають каліко. Але визначають ці забарвлення одні й ті самі гени.
У кішок, як і у людей, самки мають генотип ХХ, а самці - ХУ. Ген сидить тільки на X-хромосомі, тому у самок їх два, а у самця один. Його домінантний варіант забарвлює шерсть у рудий, а рецесивний - у чорний (у тому випадку, якщо не активний білок). А черепахове забарвлення можна отримати, якщо на хромосомах самки помістити різні варіанти.
На відміну від соматичних, статеві хромосоми одного типу не уживаються в клітці одночасно - і одну з Х-хромосом доводиться інактивувати, тобто згорнути. У кожній клітці кішки на ранній стадії розвитку випадковим чином вимикається одна з Х-хромосом, а разом з нею і один варіант. Потім попередники меланоцитів діляться і мігрують на поверхню шкіри. Отримуються клони клітин, які виробляють чорний або рудий пігмент - і в цих місцях виростають плями чорної або рижої вовни. А якщо ви додасте вашій кішці варіант WS гена, до рудих і чорних додадуться ще й білі.
А ось з котами варто бути обережним. У нормі самців черепахового забарвлення бути не повинно, тому що у них всього одна Х-хромосома - а значить, і варіант гена буде тільки один. Однак зрідка кіт все-таки може вийти черепаховим - і це означає, що у нього серйозні проблеми з хромосомами. Наприклад, у нього може бути додаткова Х-хромосома (синдром Клайнфельтера). Це означає, що ви можете зібрати двох- або триколірного кота - але він, швидше за все, буде безплідний.
Смужки
Вам знадобиться:ген (він же, скорочено) на хромосомі А1 і ген (він же, скорочено) на хромосомі B1.
Плями, смужки та інші малюнки на вовні кішок збирано називають теббі. Основних видів теббі чотири:
- теббі-макрель, «тигровий» - паралельні вертикальні смуги;
- класичний теббі, «мармуровий» - широкі спіральні смуги на боках, плямистий живіт, на хвості і лапах смуги у вигляді кілець і три смужки вздовж хребта;
- плямистий теббі, «леопардовий» - рівномірно розташовані дрібні плями по всьому тілу;
- тикований, або абіссинський теббі - малюнок тільки на морді, на решті тіла волосся-агуті.
Для того, щоб виростити кішку-теббі, вам знадобиться зібрати комплект з двох генів: (переважно відповідає за смужки) і (він пригнічує розвиток смужок). Завдання ускладнює те, що ці два гена взаємодіють один з одним. Наприклад, варіант впливає на роботу гена: абсолютно неважливо, які варіанти дісталися кішці, якщо в локусі стоїть - ніяких смужок на тілі не буде, вся шерсть буде однотонна або агуті.
Гени і починають працювати ще в ембріогенезі кішки, задовго до появи першого волосся. Ген (і відповідний йому білок Taqpep) відповідають за товщину смужок: залежно від варіанту гена виходять тонкі часті смужки, як у тигра, або товсті, злиті разом, як при мармуровому забарвленні. Ген може розбити ці смуги, так що вийде щось середнє між тигром і абіссинцем - або зовсім не дасть їм утворитися, як у чистокровних абіссинців. Можливо, він також бере участь і в освіті леопардових плям, але тут думки вчених розходяться - і як напевно отримати леопардову кішку, поки незрозуміло.
Разом гени і змушують клітини верхніх шарів шкіри виділяти два типи речовин - активатори близької дії та інгібітори дальньої дії. Активатор змушує ділитися сусідні клітини, а інгібітор забороняє ділитися клітинам, розташованим на деякій відстані. У результаті на шкірі виникають ділянки товстої і тонкої шкіри - там, де клітини часто або рідко ділилися. Цю розмітку у вигляді темних плям можна розгледіти ще на сьомому тижні розвитку плоду.