Nupo, syntyjään sarveton, osa 2: Nupouden periytyminen on vielä osaksi mysteeri

Toisin kuin usein luullaan, nupouden ja sarvellisuuden periytyminen ei ole aivan yksioikoista. Varsinaista nupouden aiheuttamaa yhtä geeniä ei ole onnistuttu löytämään. Silti nupous pystytään testaamaan varsin luotettavasti DNA-testin avulla, koska nupouteen vaikuttava laajempi perimän alue ja sen vaihtelumuodot tunnetaan.

 

Nupouden periytymistä ja sarvien muodostumisen mekanismia on yritetty selvittää jo vuosisadan ajan. Nupouteen vaikuttavan alueen tiedetään olevan kromosomissa 1. Tältä, viralliselta nimeltään POLLED-alueelta (polled on englantia ja tarkoittaa nupoa) tunnetaan neljä eri muotoa, jotka vaikuttavat nupouden syntymiseen eri roduilla: Celtic, Friesian, Mongolian ja Guarani. Todennäköisesti eri muotoja on enemmänkin, mutta niitä ei ole vielä löydetty.

Nupous dominoi sarvellisuutta

Nupouteen vaikuttavat neljä eri muotoa periytyvät dominoivasti eli vallitsevasti. Jos eläin perii vähintään toiselta vanhemmaltaan nupoutta aiheuttavan muodon, se on ilmiasultaan nupo. Jos eläin perii nupouden vain toiselta vanhemmistaan, eläintä kutsutaan heterotsygootti nupoksi (lyhenne POC). Jos eläin perii nupouden molemmilta vanhemmiltaan, kutsutaan eläintä homotsygootti nupoksi (POS). Sarvellisen eläimen (POF) pitää siis periä sarvellisuutta aiheuttava muoto molemmilta vanhemmilta, jotta sillä on sarvet.

Se, miksi eläimestä tulee nupo, voi olla hyvin monimutkainen, usean geenin ja säätelytekijän kokonaisuus. Lopputulos onneksi tunnistetaan DNA-testillä, josta syystä nupouden voi testata.

Nupouden geeniä ei ole vielä löydetty

Vaikka POLLED-alueelta löydetyt eri muodot pystyvät varsin luotettavasti kertomaan, onko eläin sarvellinen vain nupo, ei tältä alueelta ole löydetty varsinaista geeniä tarkalleen. POLLED-alueella ei ole myöskään tunnettuja geenien toimintaan liittyviä säätelytekijöitä, jotka selittäisivät, miksi juuri tämä alue on tutkimusten mukaan yhteydessä nupouteen. Kuitenkin POLLED-alue aivan selvästi liittyy nupouden periytymiseen. Se on todistettu muun muassa geenieditoinnin avulla, siirtämällä nupouden aiheuttava muoto sarvellisen muodon tilalle ja tuottamalla nupo eläin.

Vaikka nupouden aiheuttavaa geeniä ei ole löydetty, on tutkimuksissa havaittu, että nupojen eläinten DNA:n emäsjärjestyksessä on varsin suuria eroja verrattuna sarvellisten eläinten DNA:han POLLED-alueella. Esimerkiksi Celtic-muodossa DNA:ssa on pidempi kohta DNA:ta tuplaantuneena sarvellisten eläinten DNA:han verrattuna. Lisäksi DNA:sta on kadonnut pieni pala, joka on sarvellisilla eläimillä.

Sarvellisten ja nupojen eläinten DNA:ssa on eroavaisuuksia. Sarvellisella eläimellä (a) esiintyy POLLED-alueella (c) yksi toistojakso ja pieni kymmenen emäsparin DNA-kohta (*). Heterotsygootti nupolla eläimellä (b) toinen toistojakso korvaa kyseisen DNA-kohdan. (Lähde: Young et al: Genomic and phenotypic analyses of six offspring of a genome-edited hornless bull. Nature Biotechnology volume 38/2020, p. 225-232)

 

Geenien monimutkaiset säätelyjärjestelmät

Mutta miten DNA-alue voi aiheuttaa nupouden, jos siinä ei ole geeniä tai geenien toimintaan vaikuttavia säätelytekijöitä? Tällä hetkellä tiedetään, että POLLED-alue on osa suurempaa ns. TAD-aluetta (topologically associating domain). Nykytietämyksen mukaan kromosomien DNA-juosteet muodostavat solun tumassa ryhmiä, joiden sisällä voi olla useita TAD-alueita. Niitä voisi ajatella toisiinsa kietoutuneina lankoina. Kunkin ryhmän sisällä on enemmän vuorovaikutusta kuin ryhmien välillä.

Kun DNA-juosteet ovat fyysisesti toistensa lähellä, ne voivat säädellä toisiaan monin tavoin. Jokin DNA-juosteen kohta voi vaikkapa tehostaa tai hillitä geenin toimintaa tai estää toiminnan kokonaan. POLLED on TAD-alueella, jossa on yli 20 eri geeniä ja geenien välistä pitkää RNA-aluetta, jotka voivat osallistua muun muassa geenien säätelyyn.

On siis mahdollista, että tältä suuremmalta TAD-alueelta löytyy vastaus nupouden periytymismekanismiin tavalla, jota ei vielä tunneta. Lisäksi tutkimuksissa on löydetty muistakin kromosomeista mahdollisia nupouteen vaikuttavia kandidaattigeenejä eli geenejä, joiden geneettinen vaihtelu voisi selittää nupouden. Hiljattain tehdyn laajan kirjallisuuskatsauksen mukaan kromosomin 1 ulkopuolella on ainakin kuusi eri kandidaattigeeniä, jotka jollain tavalla voivat olla osallisia sarvien muodostumiseen naudoilla. Tutkimus jatkuu edelleen!

TAD-alueiden muodostuminen. (Lähde: Wikimedia Commons)

 

Nupouden DNA-testi toimii

On siis selvää, että nupouden periytymisen mekanismi ei ole yksinkertainen, yhden emäksen muutos jossain geenissä, kuten esimerkiksi charolaisen perinnöllisen sairauden ataksian kohdalla on. Se, miksi eläimestä tulee nupo, voi olla hyvin monimutkainen, usean geenin ja säätelytekijän kokonaisuus, jonka lopputuloksen POLLED-alue pystyy onneksi osoittamaan.

Toisaalta tämän takia ei ole yllättävää, että nupouden DNA-testitulos voi olla joskus ristiriidassa sen kanssa, miltä eläin ulkoisesti näyttää. Tästä esimerkkinä on vaikkapa yksi liharotuinen eläin, joka kahden eri laboratorion testien mukaan oli sarvellinen, mutta silti eläin oli nupo ilmiasultaan.

Teksti: Anna-Maria Leino, erikoistutkija, Luke

Jutun voit lukea myös huhtikuun Nauta-lehdestä 2/2021!

 

Lähteet: Aldersey, J. E., Sonstegard, T. S., Williams, J. L., and C. D. K. Bottema. 2020. Understanding the effects of the bovine POLLED variants. Animal Genetics 51: 166-176.

Young, A. E., Mansour, T. A., McNabb, B. R., Owen, J. R., Trott, J. F., Brown, C. T., and A. L. Van Eenennaam. 2020. Genomic and phenotypic analyses of six offspring of a genome-edited hornless bull. Nature biotechnology 38: 225-232.

Wiedemar, N., Tetens, J., Jagannathan, V., Menoud, A., Neuenschwander, S., Bruggmann, R., Thaller, G., and C. Drögemüller. 2014. Independent Polled mutations leading to complex gene expression differences in cattle. PLOS ONE 9(3): e93435.

OMIA. 2021. Polled/Horns in Bos Taurus. Viitattu: 28.2.2021.