Sir Ascot Isovillakoirat - Standard Poodles

Villakoiran värigeenit

Dr. John B. Armstrong,
Biologian laitos, Ottawan Yliopisto, Ottawa, Ontario
Käännös: Minna Allinen

Turkin värin ja värimerkkien määräytyminen nisäkkäillä on monimutkaista. Tiedot perustuvat pääasiassa hiirillä, mutta osittain myös kotieläimillä, kuten koiralla tehtyihin jalostustutkimuksiin. Pigmenttien synteesiin liittyvät biosynteettiset reitit, melanosyyttien eli pigmenttejä muodostavien solujen, karvafollikkelien ja karvan kehitykseen liittyvät geenit näyttävät olevan hyvin samankaltaisia useimmilla eläinlajeilla. Ennen nykyaikaisten DNA:n sekvensointimenetelmien kehittymistä geneetikot käyttivät hyväkseen tätä samankaltaisuutta laajentaessaan päätelmiään muihin rotuihin tai jopa eri lajeihin. Koska geenejä on hyvin paljon (hiirellä yli 85 kappaletta), mutaatiot eri geeneissä saavat usein aikaan ilmiasultaan eli fenotyypiltään lähes identtisiä yksilöitä. Koska nykyään osa näistä geeneistä on eristetty ja sekvensoitu, on mahdollista ratkaista joitakin vanhoja kiistakysymyksiä (epäilemättä samanaikaisesti luoda myös uusia).

Hermostopiena (neural crest)

Nisäkkäillä pigmentaatio johtuu pääasiassa melaniinin läsnäolosta, joka syntetoidaan melanosyyteiksi kutsutuissa soluissa. Melanosyytit muodostuvat hermostopienaksi kutsutusta solupopulaatiosta, joka sijaitsee varhaisen alkion selkäpuolen keskiakselilla. Hermostopienan solut ovat osa useita kudoksia ja elimiä, ja niille ”kerrotaan” yksilön kehityksen aikana, mikä niiden kohtalo on. Jos ne solut, joiden normaalisti kuuluisi kehittyä melanosyyteiksi saavat vääränlaisen signaalin, tai ne ymmärtävät signaalin väärin jonkin mutaation vuoksi, ne saattavat tehdä jotakin muuta (tai eivät toimi ollenkaan). Tuloksena olisi eläin, jolla ei ihollaan tai karvassaan olisi pigmenttiä lainkaan. Kuitenkin, mutaatiot jotka vaikuttavat näihin signaalireitteihin vaikuttavat usein melanosyyttien ohella muuhunkin saaden aikaan monia erilaisia vaurioita. Tietääkseni villakoirilla ei tällaisia mutaatioita tunneta.

On myös geenejä, jotka vaikuttavat melanosyyttejä muodostavien solujen siirtymiseen eli migraatioon. Ne voivat saada aikaan pigmentoitumattomia (valkoisia) alueita. Kaksi tällaista usealta eri rodulta löydettyä geeniä ovat spotting(S) [laikukas] ja merle(M) [siniharmaa]. S-alleeleja ovat:


· S (täydellinen pigmentaatio; dominantti ominaisuus)
·  si Irlantilainen laikutus
·  sp ”piebald”[kirjava]  laikutus
·  sw erittäin valkoinen ”piebald” laikutus

Koirilla, jotka ovat homotsygoottisia si –alleelin suhteen, on turkissaan epäsäännöllisiä valkoisia laikkuja. Näiden laikkujen määrä ja koko vaihtelevat huomattavasti. Tämä on luultavasti se alleeli, joka saa aikaan virheellisen laikukkaan värityksen.
 

GusPiebald-alleeli saa aikaan suhteellisen hyvin tunnistettavan kuvion, joka on  vaaleiden ja tummien alueiden sekoitus. Ennen suhteellisen yleinen mustavalkoinen villakoira on todennäköisesti genotyypiltään spsp. Joillakin lajeilla on ajateltu, että sw-alleeli olisi syynä kokovalkoiseen turkinväriin, mutta tämä ei koske villakoiraa. Merle-geenin mutanttialleelit ovat myös hyvin harvinaisia tai niitä ei esiinny villakoirilla lainkaan.

 Gus on 12 vuotiaskaksivärinen (mustavalkoinen)  keskikokoinen villakoira

Melaniinin synteesi (C-geeni)

Melanosyytit muodostavat kahta eri melaniinityyppiä, tummaa eumelaniinia (musta tai ruskea) ja vaaleaa feomelaniinia (keltainen, vaaleanruskea tai punertava). Melaniinia havaitaan karvassa heti pigmentin granuloituessa (suom. huom. granulaatio = jyvämäisen rakenteen muodostuminen). Jyvästen määrään, muotoon, järjestykseen ja sijaintiin tai niiden sisältämään melaniinityyppiin vaikuttavat useat eri geenit.

Vaikka melaniinin päätyyppejä on kaksi erilaista, molemmat ovat riippuvaisia tyrosinaasientsyymistä. Lähes kaikki geneetikot ovat yhtä mieltä siitä, että kyseisen entsyymin puute saa aikaan todellisen albiinon, jolta puuttuvat kaikki melaniinipohjaiset pigmentit. Albiinot (cc) ovat homotsygoottisia resessiivisen mutanttialleelin suhteen. CC tai Cc koirien väri määräytyy muiden niiden kantamien geenien perusteella. Albiinoilla ei ole pigmenttiä kuonossaan, silmissä, karvassa tai ihossa, ja ne ovat hyvin harvinaisia.

Monilla nisäkkäillä on kolmas alleeli, chinchilla (cch). Hiirillä tämän alleelin vaikutuksesta syntyvä tyrosinaasi toimii puutteellisesti, eikä se kykene syntetoimaan normaalia määrää melaniinia. Jostakin syystä syntetoitava melaniini on pääasiassa tummaa eumelaniinia. Turkin värin vaalenemisen aste on eriasteista eri lajeilla. Silmät ja kuono säilyvät yleensä tummina.

Koirilla useimmat asiantuntijat luokittelevat chinchilla-tyyppisen mutaation C-sarjan alleeliksi, mutta en ole nähnyt ainoatakaan tutkimusta, joka todistaisi, että se vaikuttaa suoraan tyrosinaasin aktiivisuuteen. Chinchillalla ei sanota olevan huomattavaa vaikutusta eumelaniiniin, mutta se vaalentaa värin kermanväriseksi niillä koirilla, jotka olisivat muutoin keltaisenruskeita, aprikoosinvärisiä tai keltaisia (kullanvärisiä). Jos tämä pitää paikkansa, alleelilla ei olisi vaikutusta mustaan tai ruskeaan villakoiraan, mutta chinchilla-aprikoosi (cchcchee) olisi kermanvärinen.

Kaksi melaniinia (ja B-geeni)

Tyrosinaasi muuttaa tyrosiinin yhdisteeksi, jota kutsutaan dopakinoniksi. Dopakinoksi on pheomelaniinin välituote. Geenejä, jotka säätelevät viimeisiä synteesin vaiheita, ei ole vielä tarkkaan selvitetty, mutta pheomelaniinin katsotaan olevan ”oletuspigmentti”, ja muiden tarvittavien entsyymien ja säätelytekijöiden puuttuessa villakoiran väri on aprikoosi. Joissakin tapauksissa pigmentin muokkaus saattaa johtaa hieman tummempaan muunnokseen (punaiset).

Eumelaniinit muodostuvat dopakinonin sukulaisyhdisteestä, jota kutsutaan dopakromiksi. Lisäksi tunnetaan kaksi avustavaa entsyymiä, jotka näyttävät olevan läheistä sukua tyrosinaasille, TRP1 ja TRP2 (tyrosinase-related proteins). Kaikilla tähän mennessä tutkituilla nisäkkäillä (ehkä ihmistä lukuun ottamatta) TRP1 on brown-geenin (B) tuottama. TRP2 liitetään hiirellä havaittuun nk. slaty(savenharmaa)-mutaatioon, mutta vastaavaa ei ole havaittu villakoirilla. Nämä kolme entsyymiä toimivat järjestyksessä tyrosinaasi-TRP1-TRP2, ja kaikki kolme tarvitaan, jotta lopputuloksena saadaan mustaa eumelaniinia. Homotsygoottiset TRP1-mutantit (bb) ovat ruskeita. Todella ruskeassa ei saa olla lainkaan mustaa pigmenttiä, ei edes silmissä. BB ja Bb ovat mustia, jos mitkään muut geenit eivät anna toisenlaisia ohjeita.

Syntyykö koskaan sekoituksia? (E-geeni)

Syntetoidun eumelaniinin (joko musta tai ruskea) ja feomelaniinin suhdetta säätelee tietty proteiini, MC1-R, joka sijaitsee melanosyyttien solukalvoilla. Tämän proteiini tehtävänä on vastaanottaa signaali muista soluista tai kudoksista esimerkiksi melanosyyttejä stimuloivan hormonin (MSH) välittämänä ja siirtää signaali edelleen solun sisällä sijaitseville säätelytekijöille. Näiden tekijöiden luonnetta ei ole vielä täysin selvitetty, mutta lopputuloksena MSH aiheuttama ärsyke saa aikaan tyrosinaasituotteiden suunnanmuutoksen dopakinoni-pheomelaniinisynteesireitiltä dopakromi-eumelaniinisynteesireitille. Monilla eläimillä tavallisinta on näiden kahden pigmentin sekoitus, jolloin karvat sisältävät kumpaakin pigmenttiä joko raitoina ja/tai erivärisinä karvoina. Tätä kuitenkin tavataan vain harvoin villakoirilla.

Geeni, jonka tuote MC1-R on, tunnetaan yleisemmin extension(E)-geeninä. Tämä geeni on juuri eristetty ja sekvensoitu. Mutaatio (e), joka homotsygoottisena (ee) saa aikaan täydellisen toiminnan katoamisen tunnetaan sekä villakoirilla että muilla koiraroduilla. Koska viallinen MC1-R –proteiini ei välitä MSH:n signaalia, melanosyytit syntetoivat ainoastaan vaaleaa feomelaniinia. Geneettiset testit e-alleelin suhteen ovat osoittaneet, että aprikoosinväriset, kermanväriset ja valkoiset villakoirat ovat kaikki homotsygoottisia tämän alleelin suhteen.


Aprikoosi

Kaksi aprikoosia isovillakoiraa. Vasemmalla Peaches (7 kuukautta); Oikealla Lance (3 vuotta)

Toista ääripäätä edustavat mutantit, jotka tuottavat muuntunutta MC1-R –proteiinia, joka saa melanosyytit luulemaan, että ne vastaanottavat signaalia, vaikka se puuttuukin. Tällöin syntetoidaan ainoastaan eumelaniinia, ja modifikaatiotekijöiden puuttuessa tuloksena on musta koira (tavallisesti merkitään Ed). Tämä muutos on dominantti ja sen vuoksi sitä kutsutaan ”dominoivaksi mustaksi”. Dominoiva musta tunnetaan hiirillä ja ketuilla, mutta ei tiedetä, kantaako mikään pelkästään musta koiralaji tätä muutosta (on olemassa muitakin tapoja saada tulokseksi pelkkä musta). Kuitenkin on olemassa monia lajeja, jotka tuottavat kumpaakin pigmenttiä, ja ne selvästi kantavat ”normaalia” alleelia joka sallii melanosyyttien reagoida toisista soluista tuleviin signaaleihin.

Kiistelty Agouti (A) geeni

Toinen eristetty geeni on agouti (A).  Tämän geenin tuotteena syntyy toinen signaalinvälitysproteiini. Sitä kutsutaan Agouti-proteiiniksi (AP), ja sen tarkoituksena on tehdä tehottomaksi MSH:n MC1-R-reseptoriin kohdistuva vaikutus. Tavallisesti tätä proteiinia syntyy ainoastaan karvafollikkelissa.

Erityisesti hiirellä tunnetaan lukuisia agouti-geenin alleeleja. Geenin toiminta on tarkkaan säädeltyä. Jos mutaation seurauksena koko AP:n synteesikyky menetetään, inhiboivan vaikutuksen menettäminen saattaa saada aikaan sen, että melanosyytit tuottavat vain eumelaniinia, vaikka MC1-R reseptori olisikin toimiva. Tämä mutaatio saa aikaan ”resessiivisen mustan” (aa) hiirillä, ketuilla, hevosilla ja mahdollisesti monilla muillakin nisäkkäillä, joista on olemassa täysin musta värimuoto. Geneetikot ovat perinteisesti väittäneet, että  kesy koira kantaisi dominoivaa mustaa alleelia lokuksessa A. Tämä tekisi koirasta poikkeuksen kaikkien muiden nisäkkäiden joukossa, minkä vuoksi oletus ei liene todennäköinen.

”Normaali” (villityyppi) alleelina pidetään yleisesti agoutia (a+), vaikka jotkut ajattelevatkin sudenharmaan (ag) olevan sopivampi koiran kohdalla. Ennen kuin geeni on sekvensoitu useammalta eläinlajilta, emme voi tietää, kuinka samankaltaisia tai erilaisia nämä alleelit tosiasiassa ovat.

Muita alleeleja ovat sable (as), missä yhdessä karvassa on sekä mustaa että keltaista, sekä black-and-tan (at), missä värit sijaitsevat eri alueilla. Molemmat alleelit ovat harvinaisia villakoirilla ja niitä pidetään virheenä Pohjois-Amerikassa sekä useissa muissa maissa. Jälkimmäisestä on esitetty esimerkki, Rosa Englerin ”Pudel” sivulla 42.

Haalistunut

Dilute (D) –geenin oletetaan vaikuttavan pigmentaation näkyvään intensiteettiin, mutta ei niin, että se vähentäisi läsnäolevan melaniinin määrää. Kirjallisuudessa on esitelty kaksi alleelia: D, joka on dominoiva ja jonka tuloksena syntyvä väri on täydellinen ja d, joka saa homotsygoottisena (dd) esiintyessään aikaan pigmenttijyvästen kasautumista. Tämä johtaa vähentyneeseen valon absorptioon.

Muutoin mustassa eläimessä d-alleelin oletetaan aiheuttavan ”Maltatan”-sinisen (savenharmaa) turkin värin ja mahdollisesti cafe-au-lait –sävyn muutoin ruskeassa eläimessä. Tämän geenin ja harmaannuttavien ja hopeoivien alleelien (katso alla) vaikutukset sekoitetaan usein. Maltansinisten sanotaan syntyneen sinisinä. Tämä lienee ainakin isovillakoirilla huomattavasti harvinaisempaa kuin hopean sininen väritys.


Harmaa

Vasen: Paavo, musta villakoira Suomesta.  Keskellä Sadie, vanhempi villakoira, jolla on tyypillistä ikään liittyvää harmaantumista. Huomaa harmaat karvat korvilla. Oikealla: Cassie, viisivuotias harmaa.

Useimmat asiantuntijat ovat sitä mieltä, että dominoiva alleeli G aiheuttaa harmaantumisen, ei-harmaantuva olisi siten gg. On myös esitetty, että se olisi geeni, joka aiheuttaa hopean värin, ja tällöin se olisi osittain dominoiva. Kuitenkin Willsin (1989) mukaan hopeinen väri on mustan miedompi muoto (ddG-; hän ei maininnut olisiko ddGG ja ddGg genotyypeillä sama ilmiasu). Searle (1968) sanoo yksinkertaisesti että ”selvästi tämä dominoiva geeni saa aikaan etenevää turkin värin harmaantumista läpi koko elämän ja näyttää esiintyvän villakoirilla.

Omien isovillakoirien sukutauluja koskevien tutkimusteni tulokset ovat yhtäpitäviä sen tulkinnan kanssa, että harmaa ja hopea ovat erillisiä geenejä. Väärinkäsitysten välttämiseksi hopean geeni olkoon V. Tämän geenin dominanssi on epätäydellistä. Toisin sanoen, jos villakoira jonka genotyyppi on VV olisi musta, Vv olisi tumman siniharmaa ja vv hopeanvärinen. Hopeisten koirien väri kirkastuu ensimmäisen vuotensa aikana. Tähän liittyy asteittainen pigmentin menetys noin 90% pohjavillasta (karvoista tulee läpikuultavia tai valkoisia, niiden paksuuden mukaan), mutta huomattavassa osa peitinkarvan väristä ainakin osittain säilyy.

Hopea

Vasen: Paul, noin vuoden ikäinen sininen. Keskellä: Indy, 18 kuukautta vanha hopea. Oikealla: Julie, kolmevuotias hopea. (Kaikki hopeanväriset villakoirat eivät ole yhtä vaaleita)

Ymmärtääksemme paremmin näiden värien eroja, Kelly Cassidy ja minä hankimme turkkinäytteitä 50 villakoiralta, joiden väri vaihteli mustasta kermanväriseen. Näytteet tutkittiin mikroskoopilla. Värit jaoteltiin seuraavasti: musta/tummanruskea, keskiruskea, vaaleanruskea tai valkoinen (joka sisälsi myös hienompirakenteisia läpikuultavia karvoja. Keskimääräiset karvanvärien prosenttiosuudet on esitetty alla olevassa taulukossa. 

Mustilla koirilla sekä pohjavilla että peitinkarva ovat enimmäkseen mustia.

Sinisen villakoiran peitinkarva on lähes yhtä tumma kuin mustan koiran, mutta pohjavilla on eri värien sekoitus. Kunkin värin määrä tässä värisekoituksessa vaihtelee eri ikäisillä koirilla. Keski-ikäisellä koiralla on eniten keskiruskeaa. Sinisten koirin kirkastuminen saattaa kestää useita vuosia ja ne saattavat jäädä tummemmiksi kuin hopeiset. Monet rekisteröidään mustina.

Harmaannuttava geeni saa aikaan valkoisten karvojen asteittaisen lisääntymisen sekä pohjavillassa että peitinkarvassa. Muutos mustasta valkoiseen on melko äkillinen kussakin yksittäisessä karvassa (eli vain harvat karvat edustavat jotakin välimuotoa mustan ja valkoisen väliltä).

Harmailla koirilla, joiden genotyyppiä ei tunneta, peitinkarva on samanlainen kuin iän vuoksi harmaantuvalla koiralla, paitsi että se on hieman valkoisempi. Niiden pohjavillassa on huomattava määrä kaikkia värejä, samalla lailla kuin sinisillä, valkoisen osuuden ollessa kuitenkin hieman suurempi. Epäilemme että nämä harmaat saattaisivat olla  sinisiä koiria, jotka harmaantuvat iän vuoksi (G-Vv).

Hopeisissa koirissa, niin kuin sinisissäkin, muutos mustasta valkoiseen karvaan on myös asteittainen, mutta muutos tapahtuu nuoremmalla iällä. Huomattava määrä ulkokarvasta on keski- tai vaaleanruskeaa, mutta sisäkarvassa ei ole juuri lainkaan mustaa.

Kermanväristen koirien sisäkarva on suurimmaksi osaksi valkoista, mutta ulkokarvasta noin 20% on vaaleanruskeaa. 

 

Musta tai tumma ruskea.

Keski-
ruskea

Vaalean ruskea

Valkoinen

Musta
(peitinkarva)


99.0


0.0


0.0


1.0

(pohjavilla)

70.0

23.2

2.8

3.9

Sininen
(peitinkarva)
91.3 2.0 0.5 6.4
(pohjavilla) 17.8 52.6 14.4 15
Ikäharmaa
(peitinkarva)
63.7 2.3 2.0 31.3
(pohjavilla) 67.3 4.3 4.3 23.7
Harmaa
(peitinkarva)
53.8 2.0 1.0 43.3
(pohjavilla) 50.5 18.3 12.5 19.0
Hopea
(peitinkarva)
43.5 30.4 6.2 20.1
(pohjavilla) 5.9 23.7 21.1 49.1
Kermanv.
(peitinkarva)
0.0 0.0 23.6 80.3
(pohjavilla 0.3 0.0 1.3 98.3

V-geeni vaikuttaa myös ruskeaan ja aprikoosiin seuraavan taulukon mukaisesti:

BBEEVV

musta

...Vv

sininen

...vv

hopea

bbEEVV

ruskea

...Vv

hopea-beige

...vv

champanja

BBeeVV

aprikoosi

...Vv

kerma

...vv

valkoinen

Kermanvärinen ja valkoinen

Jos olet pysynyt mukanani tähän asti, olet todennäköisesti huomannut, että on olemassa kaksi genotyyppimahdollisuutta, jotka molemmat aikaansaavat kermanvärin: eeVv ja cchcchee. Todisteet ensimmäiselle saadaan apricot-geeniä kantavien hopeisten ja aprikoosinväristen välillä tehtävästä risteytyksestä. Kyseisen risteytyksen tuloksena syntyy sinisiä ja kermanvärisiä jälkeläisiä. Lähemmin tarkasteltuna

Eevv
(hopea)
x
eeVV
(aprikoosi)
ß
½EeVv
(sininen)
½ eeVv  (kermanvärinen)

(Jos hopea ei ole e-alleelin kantaja, saadaan risteytyksen tuloksena vain sinisiä).

Kuitenkin, kermanvärisiä jälkeläisiä syntyy myös kahden mustan välisessä risteytyksessä. Usein määrä on lähellä ¼, joka on resessiivisen ominaisuuden odotettu osuus fenotyypeistä. Lisäksi risteytyksessä syntyy ainoastaan mustia ja kermanvärisiä. Nämä eivät voi olla hopeoituneita aprikooseja, koska vähintään toisen vanhemmista pitäisi olla musta, ja lisäksi risteytyksestä odotettaisiin sekä sinisiä että aprikoosinvärisiä jälkeläisiä mustien ja kermanväristen lisäksi.

R ufu s (R)
Punaiset villakoirat ovat harvinaisia ja niitä esiintyy yleensä aprikoosinvärisissä linjoissa. Punainen väri on ilmeisesti erillisen geenin aiheuttama. Willis, viitaten Robinsoniin, puhuu rufus-geeneistä, jotka on kuvattu tähän mennessä vai heikosti, mutta ne saattavat aiheuttaa aprikoosin tai ruskean turkin tummenemisen. Koska villakoirien sukutaulujen perusteella voidaan päätellä, että tällaisia geenejä on ainoastaan yksi, ehdotan että sitä kutsutaan F:ksi (rufus; R =roan,). Tämä resessiivinen alleeli, f, saa aikaan punaisen aprikoosinvärisessä (esimerkiksi eeff) ja saattaa myös vaikuttaa mustaan, mutta oletettavasti ei mustaan.

Entä Tulevaisuus?
Turkin värin kehittyminen on monimutkainen tapahtuma. Vaikka yhteyttä terveydellisiin ongelmiin kuten ylipainoisuuteen ja kuurouteen ei olisikaan, tutkimus jatkuu jo siksi, että se avulla opitaan ymmärtämään kehitykseen liittyviä säätelyprosesseja ja valaistaan genetiikan perusteita.

E-geenin tärkeys on selvinnyt viimeaikaisten molekyylitason tutkimusten avulla ja myös A-geenin toiminta on selviämässä. Niiden tehtävänä näyttää olevan eri melaniinityyppien välisen tasapainon säilyttäminen, jotta tuloksena olisi koiraeläimille ja muille nisäkkäille ominainen suojaväri.

E-geenin tuote, MC1-R proteiini on epätavallinen (mutta ei luultavasti ainutlaatuinen), koska sillä on sekä positiivinen (MSH) että negatiivinen (AP) säätelytekijä. Agouti-proteiinia pidettiin aikaisemmin ainutlaatuisena, mutta sen jälkeen kun geeni sekvensoitiin, geneetikot ovat alkaneet käyttää sitä eräänlaisena geneettisenä kalastuskoukkuna tunnistaakseen samanlaisia ihmisen geenejä. Sitä mukaa kun yhä enemmän geenejä tunnistetaan, ei lajilla ole väliä, vaan kaikki lajit hyötyvät yhtäläisesti näistä geneettisistä kalareissuista.

Valokuvat:

Cassie and Sadie (gray): Diane Whitehouse; Gus (Parti): Elizabeth Glew; Indy (silver): Jo Kendall; Julie (silver): Cheryl Leibowitz; Lance (apricot): Sharon Ciardullo; Paavo (black): Pirkko Ranta-aho; Paul (blue): Janice Bennett; Peaches (apricot): Darrell Fritz;

Lähteet:

Jordan, A., and I.J. Jackson. Melanocortin receptors and antagonists regulate pigmentation and body weight. Bioessays 20: 603-606 (1998).
Searle, A.G. "Comparative Genetics of Coat Colour in Mammals", Logos, London, 1968.
Vage, D.I. et al. A non-epistatic interaction of agouti and extension in the fox, Vulpes vulpes. Nat. Genet. 15: 311-315 (1997).
Willis, M.B. "Genetics of the Dog", Whitherby, London, 1989.

© John Armstrong, 1997, 1999

Revised June 20, 1999