"Мы проследили за активностью генов на уровне одиночных клеток зародыша домашних кошек. Благодаря этому мы определили механизм, по которому образуются пятна и полоски на шкуре животных. Центральную роль в этом процессе играет ген Dkk 4, мутации в котором приводят к тому, что шкура кошки приобретает характерный "зональный" окрас", – пишут исследователи.
Британский математик Алан Тьюринг в середине прошлого столетия предположил, что полоски и пятна на шкуре животных возникают в эмбрионе в результате взаимодействий двух сигнальных молекул, которые с разной скоростью распространяются по всему эмбриону. Схожим образом формируются и другие структуры, например пальцы на руках и ногах человека.
Несмотря на видимую простоту этого процесса, генетики подтвердили гипотезу Тьюринга относительно недавно. К примеру, в 2012 году молекулярные биологи под руководством профессора Стэнфордского университета Грегори Барша выяснили, что мутации в гене Taqpep отвечают за то, какой тип узоров – полоски или пятна – появятся на шкуре леопардов и обычных домашних кошек.
Это открытие объяснило природу полосок и пятен, но не дало ответа на вопрос, какие генетические механизмы запускают процесс их формирования и не объяснило того, почему шкура многих диких кошек и их домашних сородичей окрашена равномерным образом или в мелкую крапинку. Чтобы понять это, молекулярные биологи попытались выяснить, как различается активность разных генов в отдельных клетках зародыша, участвующих в формировании кожи и волосяных луковиц. Ученые провели подобные наблюдения для кошек разных окрасов, после чего сопоставили собранные данные и попытались выделить те гены, чья работа заметным образом отличалась.
Как оказалось, будущая кожа в зародышах кошек состоит из двух разных типов наборов клеток, заметно отличавшихся по размерам, плотности и многим другим свойствам. Впоследствии эти группы клеток превращались в волосяные луковицы, эпидермис и другие компоненты кожи. Изучив различия в активности генов внутри них, ученые обнаружили, что процессом формирования этих скоплений управлял ген Dkk 4. После того, как ученые повреждали этот участок ДНК, котята теряли полосатый или пятнистый окрас, присущий шести их родителей. Они стали похожими на египетских мау, абиссинских и бирманских кошек, для которых характерен так называемый "зональный окрас". Так ученые называют узор в мелкую крапинку, возникающий из-за наличия чередующихся темных и светлых полос внутри волоса.
Барш и его коллеги надеются, что дальнейшие опыты помогут выяснить механизм влияния гена Dkk 4 на Taqpep и другие участки ДНК, которые определяют окрас кошек. Их изучение поможет биологам понять, как проходила эволюция предков домашних и диких кошачьих, а также выяснить, как эти участки генома заставляют одни и те же клетки вырабатывать пигменты разных цветов на протяжении всей жизни животного.