Enigma genético resuelto: herencia de los patrones de color del pelaje en perros

Un equipo internacional de investigadores, incluidos científicos del Instituto de Genética de la Universidad de Berna, ha desentrañado el enigma de la herencia de los patrones de color del pelaje en los perros. Los investigadores descubrieron que una variante genética responsable de un pelaje muy ligero en perros y lobos se originó hace más de dos millones de años en un pariente ahora extinto del lobo moderno.
La herencia de varios patrones de color del pelaje en los perros se ha debatido de manera controvertida durante décadas. Investigadores, incluido Tosso Leeb, del Instituto de Genética de la Universidad de Berna, finalmente han podido resolver el rompecabezas. No solo aclararon cómo se controlan genéticamente los patrones de color del pelaje, sino que los investigadores también descubrieron que el color claro del pelaje en los lobos árticos blancos y en muchos perros modernos se debe a una variante genética originada en una especie que se extinguió hace mucho tiempo. El estudio acaba de ser publicado en la revista científica Nature Ecology and Evolution.
Dos pigmentos y un "interruptor" para todos los colores de pelaje
Los lobos y los perros pueden producir dos tipos diferentes de pigmento, el negro, llamado eumelanina y el amarillo, feomelanina. Una producción regulada con precisión de estos dos pigmentos en el momento adecuado y en el lugar correcto del cuerpo da lugar a patrones de color de pelaje muy diferentes. Antes del estudio, se habían reconocido cuatro patrones diferentes en perros y se habían teorizado varias variantes genéticas que causan estos patrones. Sin embargo, las pruebas genéticas comerciales de estas variantes en muchos miles de perros arrojaron resultados contradictorios, lo que indica que el conocimiento existente sobre la herencia de los patrones de color del pelaje era incompleto y no del todo correcto.
Durante la formación del color del pelaje, la llamada proteína de señalización agutí representa el interruptor principal del cuerpo para la producción de feomelanina amarilla. Si la proteína de señalización agutí está presente, las células productoras de pigmento sintetizarán feomelanina amarilla. Si no hay presente proteína de señalización de agutí, se formará eumelanina negra. "Nos dimos cuenta desde el principio de que las variantes genéticas causales tienen que ser variantes reguladoras que modulan la tasa de producción de proteínas y conducen a cantidades mayores o menores de proteína señal agutí", explica Tosso Leeb.
Cinco en lugar de cuatro patrones de color de pelaje distintos
El gen de la proteína de señalización agutí tiene varios sitios de inicio para leer la información genética, que se denominan promotores. Los perros, por un lado, tienen un promotor ventral, que es responsable de la producción de la proteína de señalización agutí en el vientre. Por otro lado, los perros tienen un promotor adicional específico del ciclo del cabello que media en la producción de la proteína de señalización agutí durante etapas específicas del crecimiento del cabello y permite la formación de cabello en bandas.

Por primera vez, los investigadores caracterizaron en detalle a estos dos promotores, en cientos de perros. Descubrieron dos variantes del promotor ventral. Una de las variantes transmite la producción de cantidades normales de proteína de señalización agutí. La otra variante tiene mayor actividad y provoca la producción de una mayor cantidad de proteína de señalización agutí. Los investigadores incluso identificaron tres variantes diferentes del promotor específico del ciclo del cabello. Comenzando con estas variantes en los promotores individuales, los investigadores identificaron un total de cinco combinaciones diferentes, que causan diferentes patrones de color del pelaje en los perros. "Los libros de texto deben reescribirse, ya que hay cinco en lugar de los cuatro patrones diferentes aceptados anteriormente en los perros", dice Leeb.
Conocimientos inesperados sobre la evolución de los lobos
Dado que muchos genomas de lobos de diferentes regiones de la tierra se han hecho públicos, los investigadores investigaron más a fondo si las variantes genéticas identificadas también existen en los lobos. Estos análisis demostraron que las variantes de los promotores específicos del ciclo del cabello y ventral hiperactivos ya estaban presentes en los lobos antes de la domesticación de los perros modernos, que comenzó hace aproximadamente 40.000 años. Lo más probable es que estas variantes genéticas facilitaron la adaptación de los lobos con un color de pelaje más claro a entornos ricos en nieve durante las pasadas glaciaciones. Hoy en día, los lobos árticos completamente blancos y los lobos de color claro en el Himalaya todavía llevan estas variantes genéticas.
Otras comparaciones de las secuencias de genes con otras especies de la familia de los cánidos arrojaron resultados muy sorprendentes. Los investigadores pudieron demostrar que la variante hiperactiva del promotor específico del ciclo del cabello en perros y lobos de color claro compartía más similitudes con especies muy lejanas como el chacal dorado o el coyote que con el lobo gris europeo.
"La única explicación plausible para este hallazgo inesperado es un origen antiguo de esta variante, hace más de dos millones de años, en un pariente ahora extinto de los lobos", dice Leeb. El segmento de genes debe haber sido introducido hace más de dos millones de años en lobos por eventos de hibridación con este pariente ahora extinto de los lobos. Por lo tanto, un pequeño trozo de ADN de esta especie extinta todavía se encuentra hoy en perros amarillos y lobos árticos blancos. "Esto recuerda el descubrimiento espectacular de que los humanos modernos llevan una pequeña proporción de ADN en sus genomas de los neandertales ahora extintos", agrega Leeb.
El estudio fue posible gracias a un año sabático realizado por la profesora Danika Bannasch en la Universidad de Berna con su enfoque de investigación de larga data en la genética del color del pelaje en animales domésticos. Bannasch, profesor de genética veterinaria en la Universidad de California Davis, filtró las variantes promotoras relevantes de miles de otras variantes genéticas funcionalmente neutrales. Los análisis evolutivos fueron realizados por Christopher Kaelin y Gregory Barsh del Instituto HudsonAlpha y la Universidad de Stanford.
El estudio fue apoyado financieramente por subvenciones de la Fundación Nacional Suiza de Ciencias SNSF, fondos de la Cátedra Maxine Adler Endowed, la Fundación Jane y Aatos Erkko y la Academia de Finlandia.