Was steckt hinter den Variationen? Forscher haben neue Einblicke in die genetischen Grundlagen von Fellfarben und Mustern bei Hunden gewonnen. Dabei stießen sie auch auf eine geheimnisvolle Spur: Eine Genvariante, die für helles Fell sorgt, gelangte offenbar vor etwa zwei Millionen Jahren durch die Einkreuzung eines ausgestorbenen Vertreters der Caniden in den Stammbaum der Wölfe und Hunde.
Neben den verschiedenen Größen und Gestalten ist die Vielfalt bei den Hunderassen bekanntlich auch von farblichen Variationen geprägt. Sie reichen von sehr hellen über gelbliche und rötliche Töne bis zu dunklem Braun und Schwarz. Dazu kommen Muster und Schattierungen an verschiedenen Körperstellen, die viele Rassen auszeichnen. Es ist bereits bekannt, dass eine Reihe genetischer Faktoren dieser Vielfalt bei den Fellmerkmalen zugrundeliegt. Man geht davon aus, dass die Unterschiede in den Farbmustern durch Mutationen und Zucht während und nach der Domestizierung vom Wolf entstanden sind. Doch es gibt noch einige Unklarheiten dazu, wie sich die Fellmerkmale entwickelt haben und genetisch kontrolliert werden.
Grundsätzlich basiert die Fellfarbe bei Wölfen und Hunden auf zwei Arten von Pigmenten – dem schwarzen Eumelanin und dem hellen Phäomelanin, das für weißliche bis gelbliche und rötliche Töne sorgen kann. Die verschiedenen Fellmerkmale entstehen durch die Steuerung der Produktion dieser beiden Pigmente zur richtigen Zeit und an den richtigen Körperstellen. Das internationale Forscherteam hat sich nun der Untersuchung einer Erbanlage gewidmet, von der bereits eine Bedeutung im Rahmen dieses Systems bekannt war: Es handelt sich um ein Gen, das für die Herstellung des sogenannten Agouti-Signalproteins zuständig ist.
Genregulation führt zu Vielfalt
Dieses Protein fungiert als ein Signal für die Produktion des gelben Phäomelanins: Sobald das Agouti-Signalprotein vorhanden ist, produzieren die pigmentbildenden Zellen der Haut das gelbliche Phäomelanin. Wenn dagegen kein Agouti-Signalprotein vorhanden ist, wird das schwarze Eumelanin gebildet. „Uns war klar, dass es sich bei den ursächlichen Genvarianten für die verschiedenen Farben um sogenannte regulatorische Varianten handeln musste, die dafür sorgen, dass mehr oder weniger Agouti-Signalprotein gebildet wird“, erklärt Seniorautor Tosso Leeb von der Universität Bern. Das bedeutet: Der Blick der Forscher richtete sich auf die „Schalterbereiche“ des Agouti-Gens – die sogenannten Promotoren.
Wie die Forscher erklären, weist das Gen zwei Startbereiche für das Ablesen der Erbinformation auf, an die bestimmte Auslöser-Moleküle binden: Hunde besitzen einerseits einen sogenannten ventralen Promotor, der dafür sorgt, dass das Agouti-Signalprotein im Bauchbereich des Tieres gebildet wird. Zusätzlich haben sie auch einen Haarzyklus-spezifischen Schalterbereich, der dafür sorgt, dass das Signalprotein nur in bestimmten Phasen des Haarwachstums gebildet wird. Dadurch können etwa gebänderte Haare entstehen, die bestimmte farblichen Merkmale hervorrufen. Im Rahmen ihrer Studie haben die Forscher nun erstmals diese beiden genetischen Schalterbereiche bei Hunden genau charakterisiert.
So konnten sie zeigen, dass es zwei unterschiedliche ventrale Promoter gibt. Die eine Variante sorgt dabei für eine Produktion des Agouti-Signalproteins in normaler Menge. Die andere Variante ist überaktiv und bewirkt eine gesteigerte Produktion und somit für hellere Farbtöne. Beim Haarzyklus-spezifischen Promoter fanden die Forschenden sogar drei unterschiedliche Varianten mit verschiedener Aktivität. Ausgehend von diesen Genvarianten an den beiden einzelnen Promotoren konnten die Forscher fünf Kombinationen identifizieren, die mit verschiedene Farbmerkmalen bei Hunden verbunden sind.
Spur eines „Neandertaler-Wolfs“
Anschließend erweiterten sie ihre Untersuchungen auf die Genetik von Wölfen. Dabei zeigte sich, dass auch schon die Vorfahren der Hunde die beiden Varianten für überaktive ventrale und Haarzyklus-spezifische Promotoren besaßen. Vermutlich ermöglichten diese genetischen Merkmale den Wölfen helle Fellfarben als Anpassung an schneereiche Umgebungen während der vergangenen Kaltzeiten, so die Erklärung. Auch heute noch finden sich diese hellen Fellfarben bei Wölfen in den Polarbereichen und im Himalayagebirge. “Wir entdeckten, dass weiße Wölfe und hell gefärbte Hunde eine fast identische Konfiguration der regulatorischen Bereiche des Agouti-Gens haben”, sagt Co-Autor Christopher Kaelin von der Stanford University.
Die Wissenschaftler stießen zudem auf eine geheimnisvolle Spur: Vergleiche der Gensequenzen mit denen bei anderen Arten aus der Familie der Hundeartigen legen spezielle Wurzeln der überaktiven Variante des Haarzyklus-spezifischen Promotors nahe: „Es zeichnet sich ab, dass diese Variante bereits vor mindestens zwei Millionen Jahren in einem inzwischen ausgestorbenen Verwandten von Wölfen entstanden ist“, sagt Leeb. Somit gelangte der Genabschnitt für die helle Fellfarbe offenbar durch eine Kreuzung in den Stammbaum der heutigen Wölfe und Hunde. Ein kleines Stück der DNA dieser ausgestorbenen Tierart findet sich somit bis heute in den hell gefärbten Hunden und weißen Wölfen. „Das erinnert an die aufsehenerregende Meldung, dass moderne Menschen einen geringen Anteil von DNA der inzwischen ausgestorbenen Neandertaler in ihrem Erbgut tragen“, so Leeb.
Quelle: Universität Bern, University of California in Davis, Fachartikel: Nature Ecology and Evolution, doi: 10.1038/s41559-021-01524-x
Genetische Geschichte der Auerochsen entschlüsselt
