2. Пигментообразование

Окраску шерсти и кожи определяет пигмент меланин, синтезируемый в пигментных клетках – меланоцитах. Меланоциты образуются из неврального листа зародыша под контролем рецептора Endothelin B (см. раздел «Оверо»), отвечающего за дифференциацию клеток. За развитие и миграцию меланоцитов отвечает ген КIT (см. разделы Тобиано, Сабино, чалость, чепрачность).

Красящее вещество меланин образуется в виде гранул (меланосом) на эндоплазматическом ретикулуме. Количество синтезируемого пигмента, его вид и способ отложения в волосе контролируются целым рядом генов (соответвственно MATP, МС1R, ASIP и др.).

Меланин имеет две основные формы: черно-коричневый эумеланин и красно-желтый феомеланин. Обе формы синтезируются из заменимой кислоты тирозина (рис. 1). Исходный фермент тирозиназа присутствует в меланоцитах всегда. В небольших количествах оба пигмента синтезируются в зрелых меланоцитах постоянно. Решающим для формирования окраски является соотношение этих пигментов.

При наличии высокой концентрации активизированной формы тирозиназы производится большое количество эумеланина, который «перекрывает» феомеланин. Если активной тирозиназы синтезируется мало, преобладает желтый пигмент, что обуславливает красно-коричневую окраску волоса. Более точно процесс пигментообразования пока не изучен.

Рисунок 1. Синтез пигмента

Эумеланин представляет собой нерастворимый полимер индола и хинона, связанный с протеином, исключительно устойчивый к воздействию химических веществ. Темные волосы являются более устойчивыми к физическим воздействиям, нежели светлые. Эумеланин может быть синтезирован любыми меланоцитами, а меланосомы, его содержащие, могут существенно отличаться друг от друга по насыщенности окраски, форме и размеру.

Феомеланин, напротив, растворим в щелочах, и синтезируется только в меланоцитах корней волос и кожи. Меланосомы, содержащие феомеланин, однообразны по форме, размеру и окраске.

Наряду с типом образующегося пигмента на цвет волоса оказывают влияние структура волоса, морфология пигментных гранул (меланосом), форма меланоцитов, миграция и созревание пигментных клеток, гормоны, окружающие клетки, факторы внешней среды. Зависимость окраски волоса от большого количества факторов в некоторых случаях затрудняет определение масти лошади.

Альбинизм

До сих пор ни у одной протестированной лошади не была обнаружена мутация в локусе тирозиназы, связанная с проявлением альбинизма, кроме того, нет ни одной масти, сходной по проявлению с мутациями в данном локусе, обнаруженными у других млекопитающих. Истинных альбиносов (полностью депигментированных животных с красной радужной оболочкой глаз) среди лошадей обнаружено не было. Генотип белых лошадей с розовой кожей и светлыми глазами объясняется действием описанных выше локусов. Случаи красноглазости, несмотря на упоминания в старой иппологической литературе, у лошадей достоверно зафиксированы не были. Таким образом, считается, что альбинизм у лошадей не встречается.

3. Генетические основы формирования мастей

Мастью называют окраску лошади, включающий в себя цвет кожи, глаз и волосяного покрова: защитного волоса (гривы, хвоста и щеток на ногах) и покровного волоса. Существует несколько классификаций мастей: основные и производные; простые (одноцветные) и комбинированные (составные); с зональностью окраски и рисунком – пятнами и полосами различной формы и размера. В пределах каждой масти существуют разные варианты – отмастины.

Масть определяется действием ряда генов, количество которых значительно больше, чем предполагалось раньше, что определяет почти бесчисленное многообразие вариантов окраски мастей лошади. Окраска волоса является количественным признаком, поскольку границы между крайними вариантами отдельных мастей очень условны – размыты.

Отметины – врожденные пятна и полосы различного размера и формы на голове, корпусе и конечностях животного, отличные от основной окраски животного. Отметины на покрытых шерстью участках бывают белыми, белыми с примесью основной окраски, темными, тельного (розового) цвета (на кожном покрове). Генетические основы появления отметин до настоящего момента изучены недостаточно подробно. В настоящее время преобладает мнение, что их наследование в большинстве своем полигенно, т.е. определяются несколькими генами. В ряде случаев, однако, очень сложно отделить отметины от пятен, образование которых обусловлено одним из генов, к примеру, пежин небольшого размера.

Для определения генотипа лошади по многим локусам разработаны генетические тесты, облегчающие определение фактической масти. В таблице 1 дана номенклатура локусов и генов, а также их локализация.

Таблица 1. Номенклатура и положение уже обнаруженных генов, определяющих масть лошади

Локус

Ген

Хромосома

Extension (E)

Melanocortin 1-Rezeptor-Gen (MC1R)

№ 3

Agouti (A)

Agouti Signalprotein-Gen (ASIP)

№ 22

Albino (C)

У лошади: мембран-ассоциированный протеин (MATP)

№ 21

Tobiano (TO),

Вероятно: C-KIT-протоонкоген (c-KIT)

№ 3

Roan (RN)

вероятно: C-KIT-протоонкоген(c-KIT)

№ 3

Sabino (Sb)

вероятно: C-KIT-протоонкоген(c-KIT)

№ 3

Dominant White (W)

вероятно: C-KIT-протоонкоген(c-KIT)

№ 3

Splashed White (Sp)

вероятно: C-KIT-протоонкоген(c-KIT)

№ 3

Overo (OV)

Рецептор эндотелин B (EDNRB)

№ 17

Leopard (LP)

?

Вероятно № 1

Grey (G)

?

Вероятно №25

3.1. Гены основных мастей

Исходными для формирования всех мастей лошади являются три базовые масти, возникающие вследствие способности меланоцитов производить пигмент определенного типа и распределения этого пигмента на теле животного. Основные масти лошади (вороная, гнедая и рыжая) определяются взаимодействием двух локусов: E (“Extension”) и A (“Agouti”).

3.1.1. Ген Melanocortin-I-receptor (MC1R): локус Extension

Нормальная аллель данного гена, расположенного в локусе Extension, обуславливает развитие черного пигмента эумеланина. В данном локусе до сих пор обнаружено только две мутации. При утрате функции MC1R синтез меланина нарушается, и наряду с черным эумеланином синтезируется только красно-желтый вариант пигмента – феомеланин (рис. 2).

Рисунок 2. Влияние мутации в локусе MC1R на синтез пигмента

Такая мутация рецессивна и обозначается знаком “е”. Гомозиготные по рецессивному аллелю животные имеют рыжую окраску, а у гетерозигот и доминантных гомозигот черный пигмент синтезируется нормально. Вторая мутация, обнаруженная в локусе, вероятно, не обладает особым действием (проявлением).

Нередко обсуждается существование специального аллеля «доминантного вороного», эпистатичного по отношению ко всем остальным мастям.

Но несмотря на масштабные исследования такой аллель обнаружен не был. Не доказано и существование специального аллеля или отдельного гена, обуславливающего отличие «вороных в загаре» от «нормальных вороных» лошадей. Влияние статуса гетерозиготности (ЕЕ или Ее) на фенотип было изучено на обширном материале, однако доказано не было, равно как не обнаружена связь количества доминантных аллелей с проявлением «загара». Тем не менее, среди темно-гнедых лошадей животных с генотипом ЕЕ достоверно больше, чем гетерозигот Ее.

3.1.2. Ген Agouti Signaling protein (ASIP): локус Agouti

Активация рецептора, который делает возможным синтез пигмента, контролируется α-меланоцитостимулирующим гормоном (α-MSH). Продукт гена ASIP действует как антагонист α-MSH. У лошади в этих двух локусах выявлены следующие функциональные мутации:

Доминантная («дикая») аллель гена ASIP отвечает за синтез белка, который блокирует MC1–рецептор, связывающий меланоцитостимулирующий гормон, что приводит к синтезу феомеланина. Поскольку действие «нормального» протеина в значительной степени зависит от места его производства, на некоторых участках тела, ногах и в защитном волосе образуется черный вариант пигмента. Фенотипически это проявляется в виде гнедой масти.

При нарушении функции ASIP синтезируется протеин, не блокирующий MC1–рецептор, что приводит к синтезу черного меланина по всему телу. Эта мутация также рецессивна (“а”), при этом рецессивные гомозиготы имеют равномерную вороную (черную) окраску (рис. 3).

Рисунок 3. Синтез пигмента при блокировании рецептора MC1R посредством ASIP

Единственная обнаруженная до сих в этом локусе функциональная мутация (делеция 11 нуклеотидов) позволяет объяснить лишь различия между вороными и гнедыми лошадьми. По аналогии с хорошо изученной генетикой окраски мышей в этом локусе и у лошади предполагается наличие и других мутаций, которые обуславливают ступенчатое изменение интенсивности окраски: караковая, темно-гнедая, гнедая и т.п. Областью таких мутаций является предположительно промотор гена, ответственный за всю регуляцию проявления гена.

В обоих указанных локусах тип взаимодействия аллелей – полное доминирование. Локус Agouti действует эпистатично по отношению к Extension-локусу. Однако, поскольку проявляться он может лишь в отношении черного пигмента, несмотря на наличие четырех комбинаций этих двух локусов, возникают лишь три фенотипа: рыжий (ААее, Ааее, ааее), гнедой (ААЕЕ, ААЕе, АаЕЕ, АаЕе) и вороной (ааЕЕ, ааЕе). Вероятность получения потомства разных мастей при спаривании родителей основных мастей разных генотипов приведена в таблице 2.

Таблица 2. Распределение мастей у потомства при спаривании лошадей основных мастей

Жеребец x Кобыла

Масти родителей

Вероятность получения генотипов потомства

Масти потомства

AAEE x AAEE

Гнедой x Гнедая

100% AA EE

Гнедая

AAEe x AAEe

Гнедой x Гнедая

25% AA EE

50% AA Ee

25% AA ee

Гнедая

Гнедая

Рыжая

AAee x AAee

Рыжий x Рыжая

100% AA ee

Рыжая

AaEE x AaEE

Гнедой x Гнедая

25% AA EE

50% Aa EE

25% aa EE

Гнедая

Гнедая

Вороная

AaEe x AaEe

Гнедой x Гнедая

6,3% AA EE

12,5% Aa EE

6,3% aa EE

12,5% AA Ee

25% Aa Ee

12,5% aa Ee

6,3% AA ee

12,5% Aa ee

6,3% aa ee

Гнедая

Гнедая

Вороная

Гнедая

Гнедая

Вороная

Рыжая

Рыжая

Рыжая

Aaee x Aaee

Рыжий x Рыжая

25% AA ee

50% Aa ee

25% aa ee

Рыжая

Рыжая

Рыжая

aaEE x aaEE

Вороной x Вороная

100% aa EE

Вороная

AaEe x aaEe

Гнедой x Вороная

25% aa EE

50% aa Ee

25% aa ee

Вороная

Вороная

Рыжая

Aaee x aaee

Рыжий x Рыжая

100% aa ee

Рыжая

3.2. Гены-осветлители

Основные масти могут быть осветлены действием четырех разных генов-осветлителей, обуславливающих ослабление действия одного или обоих видов пигмента. Уже обнаружена причина возникновения осветления Кремелло (изабеллового): это мутация в локусе МАТР, взаимодействующая с нормальным аллелем по принципу промежуточного доминирования.

Для других локусов осветления окраски кодирующие гены и соответственно мутации еще не обнаружены: Dilution (Dun)-локус (локус саврасости), Silver-Dapple (локус игреневости) и локус Champagne. Однако, ученые уже приблизились к обнаружению генов-кандидатов, ответственных за эти изменения окраски.

Предполагается, что, как и у мышей и человека, геном серебристого осветления (игреневости) является ген PMEL17, в котором мутация пока не обнаружена, а за проявление саврасости (DUN) отвечает ген MYO5A. Во всех этих локусах предположительно наблюдается полное доминирование, при этом осветление вызывает именно доминантный аллель.

3.2.1. Ген Membrane associated transport protein (MATP): локус Albino

Долгое время считалось, что осветление Кремелло, приводящее к образованию изабелловой масти, вызывается действием локуса Albino, у других животных отвечающим за проявление альбинизма. Ген, находящийся в этом локусе, отвечает за синтез тирозиназы, управляющей активизацией процесса синтеза пигмента.

Однако, молекулярно-генетические исследования показали, что данное осветление вызывается мутацией другого гена – MATP (membrane-associated trasnporter protein – Мембран-связанный транспортный протеин), чьей функцией является контроль транспорта тирозиназы в меланосомы.

В гетерозиготном состоянии мутация в МАТР действует практически исключительно на феомеланин: в первую очередь лимитируется его синтез, контролируемый исходной тирозиназой. Если же «дефектны» оба аллеля, транспорт фермента в меланосомы практически прекращается, так что в них образуется в остаточных количествах пигмент, придающий волосам кремовую окраску.

Таким образом, в этом локусе наблюдается редкий в наследовании мастей тип наследования как – интердоминирование (промежуточное доминирование): у гетерозигот наблюдается вариант окраски, промежуточный между доминантными и рецессивными гомозиготами. Для упрощения систематизации мастей с учетом их генетической основы масть гетерозигот на фоне разных основных мастей предлагается называть:

– на базе вороной масти – вороно-изабелловая (пепельно-вороная) фенотипически практически не отличимая от вороной масти окраска лошади, имеющей пепельный или кофейный оттенок. Таких лошадей часто ошибочно описывают как вороных в загаре, несмотря на равномерную окраску каждого волоска.

– на базе гнедой масти – гнедо-изабелловая (в русском языке она носит название буланая). В отечественной литературе часто можно прочитать, что буланая масть может иметь или не иметь «ремень» вдоль хребта и «зеброидность» на ногах – это связано с тем, что в популяциях, где встречается ген-осветлитель Кремелло, одновременно присутствует и ген Саврасости (Dun), который и обуславливает наличие такого «дикого» рисунка.

– на базе рыжей масти – рыже-изабелловая (соловая).

Двойная доза мутации ccr приводит к проявлению собственно изабелловой масти (светло-кремовой окраски волоса).

Обнаружение гена, ответственного за осветление Cremello, в очередной раз опровергло теорию о том, что изабелловые лошади являются альбиносами. За появление альбиносов, как это бывает у кроликов и мышей, отвечает ген, расположенный в другом локусе, однако его проявление у лошадей до сих пор обнаружено не было. Поэтому часто использующиеся в англоязычной литературе термины Albino тип А в отношении лошадей изабелловой масти с гнедой «основой» (перлино) и Albino тип В для изабеллловых лошадей на базе рыжей масти (кремелло) должны быть выведены из употребления как не имеющие под собой генетической основы.

В таблице 3 приведены вероятности получения потомства разной масти при спаривании лошадей с разным генотипом по локусу Кремелло.

3.2.2. Саврасость: локус DUN (Dilution)

Для этого локуса кодирующий ген еще не обнаружен, неизвестны и исходные мутации. Предполагается, однако, что эфaект доминантного аллеля проявляется в нарушении отложения пигмента в дендритах клеток растущего волоса. В противоположность осветлению МАТР, продукт локуса саврасости воздействует на оба типа пигмента – черный и красно-желтый. Результатом такого действия является саврасость: зональное осветление корпуса при сохранении основной окраски конечностей, гривы и хвоста, наличии четко выраженного «ремня¹» по спине, нередко также зеброидности конечностей, темных пятен («крыльев») на лопатках.

Таблица 3. Распределение мастей у потомства при спаривании лошадей с аллелем Кремелло

Жеребец x Кобыла

масти

вероятность генотипов потомства

масть потомства

aaEECC x aaEECccr

Вороной x вороно-изабелловый (пепельно-вороной)

50% aa EE CC

50% aa EE Cccr

Вороной

Вороно– изабелловый (пепельно-вороной)

AAEECC x AAEECccr

Гнедой x Гнедо-изабелловый (буланый)

50% AA EE CC

50% AA EE Cccr

Гнедой

Гнедо-изабелловый (буланый)

– -eeCC –eeCccr

Рыжий x Рыже-изабелловый (соловый)

50% – – ee CC

50% – – ee Cccr

Рыжий

рыже-изабелловый (соловый)

aaEECccr x aaEECccr

Вороно– изабелловый x Вороно– изабелловый

25% aa EE CC

50% aa EE Cccr

25% aa EE ccrccr

вороной

вороно– изабелловый

Изабелловый

AAEECccr x AAEECccr

Гнедо-изабелловый (Буланый) x Гнедо-изабелловый (Буланый)

25% AA EE CC

50% AA EE Cccr

25% AA EE ccrccr

Гнедой

Гнедо-изабелловый (Буланый )

Изабелловый

–eeCccr x –eeCccr

Рыже-изабелловый (Соловый) x рыже-изабелловый (Соловый)

25% – – ee CC

50% – – ee Cccr

25% – – ee ccrccr

рыжий

рыже-изабелловый (Соловый)

Изабелловый

aaEECC x aaEEccrccr

Вороной x Изабелловый (вороная основа)

100 % aa EE Cccr

Вороно– изабелловый

AAEECC x AAEEccrccr

Гнедой x Изабелловый (гнедая основа)

100% AA EE Cccr

буланый

–eeCC x –eeccrccr

Рыжий x изабелловый (рыжая основа)

100% – – ee Cccr

соловый

aaEEccrccr x aaEEccrccr

Изабелловый (вороная основа) x Изабелловый (вороная основа)

100 % aa EE ccrccr

Изабелловый (вороная основа)

AAEEccrccr x AAEEccrccr

Изабелловый (гнедая основа) x Изабелловый (гнедая основа)

100% AA EE ccrccr

Изабелловый (гнедая основа)

– eeccrccr x –eeccrccr

Изабелловый (рыжая основа) x Изабелловый (рыжая основа)

100% – – ee ccrccr

Изабелловый (рыжая основа)

Тип взаимодействия аллелей в данном локусе – полное доминирование, поэтому на фоне основной окраски гетерозиготы фенотипически неотличимы от доминантных гомозигот. Зональность окраски – саврасость, определяемая данным геном, характерна для местных, примитивных пород и унаследована ими от диких предков. В таблице 4 приведена вероятность получения потомства определенной масти при спаривании родителей с геном саврасости.

3.2.3. Игреневость: локус Silver dapple

Очень редко встречающееся в России ослабление окраски, вызванное третьим геном-осветлителем, мутации в котором не обнаружены, затрагивает только черный пигмент эумеланин, и потому проявляться оно может лишь у животных вороной и гнедой масти. Можно ли фенотипически определить носителей данной мутации среди рыжих лошадей, пока неизвестно.

Таблица 4. Распределение мастей у потомства при спаривании лошадей с аллелем саврасости

жеребец x кобыла

Масти

вероятность генотипов потомства

масть потомства

aaEEDD x aaEEdd

Мышастая x вороная

100 % aa EE Dd

Мышастая

AAEEDD x AAEEdd

Гнедо-саврасая x Гнедая

100% AA EE Dd

Гнедо-саврасая

–eeDD x –eedd

Каурая x рыжая

100% – – ee Dd

Каурая

aaEEDD x aaEEdd

Мышастая x Мышастая

25% aa EE DD

50% aa EE Dd

25% aa EE ddr

мышастая

мышастая

вороная

AAEEDD x AAEEdd

Гнедо-саврасая x Гнедо-саврасая

25% AA EE DD

50% AA EE Dd

25% AA EE dd

Гнедо-саврасая

Гнедо-саврасая

Гнедая

–eeDD x –eedd

Каурая x каурая

25% – – ee DD

50% – – ee Dd

25% – – ee dd

Каурая

Каурая

рыжая

Типичным признаком этой масти является светлая (от белой до серебряно-серой) окраска гривы и хвоста и серо-коричневая окраска дистальных участков ног. Действие гена затрагивает и черные волосы, в шерстном покрове туловища они приобретают темно-серо-коричневый тон, не характерный ни для вороных, ни для гнедых лошадей. Поскольку у вороных лошадей концентрация черного пигмента в волосе выше, выдвигалось предположение, что действие гена серебристости у них заметнее, так что вороные лошади-носители данной мутации должны были быть светлее гнедых, но в настоящее время доказано, что предположение неверно. У игреневых лошадей наблюдается значительная вариабельность окраски, причина которой еще не выявлена.