Beginselen van de biologie
De meesten van ons zijn wel bekend met het hondenras labrador retriever, zoals de chocolate lab die in figuur 8 te zien is. Maar hebt u er ooit over nagedacht wat deze hond bruin maakt? Het verschil tussen de bruine en zwarte vachtkleur bij honden wordt veroorzaakt door een mutatie in het TYRP1-gen. Het TYRP1-gen geeft instructies voor het maken van een enzym dat tyrosinase-gerelateerd proteïne 1 wordt genoemd. Dit enzym is nodig voor de productie van een pigment dat eumelanine wordt genoemd. Eumelanine is een donker gekleurd pigment. Het TYRP1 gen bevindt zich bij de hond op chromosoom 11 (Parker, 2001).
Een groep wetenschappers die geïnteresseerd waren in het bepalen van de oorzaak van het verschil tussen een zwarte en een bruine vacht, heeft het DNA binnen de eiwitcoderende regio van het TYRP1 gen gesequeneerd (Schmutz, 2002). Zij identificeerden drie variaties in het DNA waaruit het TYRP1 gen bestaat tussen bruine honden en zwarte honden. Deze variaties in de DNA-sequentie zijn voorbeelden van verschillende allelen van het TYRP1-gen.
Tabel 1: Variaties in het TYRP1-allel die leiden tot de bruine kleur bij honden. Gegevens uit Schmutz, 2002.
| Locatie | Zwarte DNA-sequentie | Bruine DNA-sequentie | Effect op eiwit |
| exon 2 | TGT | CGT | verandert een cysteïne aminozuur in een serine |
| exon 5 | CAG | TAG | introduceert een voortijdig stop codon dat resulteert in 330 aminozuren in plaats van 512 aminozuren in het eiwit |
| exon 5 | CCT | – (verwijderd) | verwijdering van een proline-aminozuur |
Voorspeld wordt dat al deze variaties in de DNA-sequentie een verandering in de aminozuursequentie van het TYRP1-eiwit zullen veroorzaken. Deze veranderingen zijn van invloed op de productie van eumelaninepigment, dat zwart van kleur is. Wanneer eumelanine niet correct wordt geproduceerd, ziet de hond er bruin uit in plaats van zwart.
Zoals andere diploïde organismen hebben honden allemaal twee kopieën van het TYRP1-gen (één van hun mannelijke ouder, één van hun vrouwelijke ouder). Honden die homozygoot zijn voor het zwarte allel (honden die twee kopieën van het zwarte allel hebben) zullen uiteraard zwart van kleur zijn. Honden die homozygoot zijn voor het bruine allel zijn uiteraard bruin van kleur. Honden die heterozygoot zijn (honden die één zwart allel en één bruin allel hebben) zien er zwart uit. De zwarte en bruine kleuren gaan niet in elkaar over: het zwarte allel bedekt het bruine allel. Dit betekent dat het zwarte allel dominant is over het bruine allel. Onthoud dat dominante allelen recessieve allelen bedekken. Als er één dominant allel aanwezig is, zal de hond zwart lijken. Het bruine allel is recessief voor het zwarte allel. Er moeten twee exemplaren van het recessieve bruine allel aanwezig zijn, wil de hond er bruin uitzien.
Bedenk dat genotypen kunnen worden afgekort met één letter en dat de letter die wordt gekozen meestal de eerste letter is van de dominante eigenschap. In dit geval wordt de letter “B” gebruikt om het dominante zwarte allel weer te geven, terwijl “b” staat voor een recessief bruin allel.
De reden dat het zwarte allel in deze specifieke situatie dominant is over het bruine allel, is dat het zwarte allel functioneel TYRP1-eiwit produceert, terwijl het bruine allel dat niet doet. De aanwezigheid van één functioneel allel produceert genoeg TYRP1-eiwit waardoor de cellen eumelanine kunnen produceren en zwart lijken.
Denk eraan: dominant betekent niet “beter” of “normaler”. De zwarte kleur geeft honden geen speciale voordelen ten opzichte van de bruine kleur. Het is gewoon een verschil.
Laten we de vererving van zwart en bruin eens visualiseren aan de hand van een stamboom. De stamboom in Figuur 4 toont een nest pups. Het gearceerde symbool toont een bruine pup, terwijl de open symbolen zwarte individuen zijn.
Om deze stamboom te interpreteren, laten we beginnen met informatie die we al weten:
- Bruin is recessief, wat betekent dat bruine individuen het genotype bb moeten hebben. In deze stamboom zijn de bruine individuen ingevuld.
- Zwart is dominant, wat betekent dat zwarte individuen ten minste één B-allel moeten hebben. Hun genotype kan zowel BB als Bb zijn. In deze stamboom zijn zwarte individuen niet ingevuld.
Figuur 5 toont dezelfde stamboom, maar met informatie over de genotypes van de individuen ingevuld.
- Het gearceerde individu, dat een bruine vrouwelijke puppy is, moet het genotype bb hebben. Als ze B-allelen had, zou ze zwart zijn, omdat het zwarte allel dominant is over het bruine allel.
- Om de bruine puppy het genotype bb te laten hebben, moet ze twee “b”-allelen hebben gekregen: één van elk van haar ouders. We weten dat haar ouders allebei zwart zijn (omdat ze onbeschaduwd zijn), wat betekent dat ze minstens één “B”-allel moeten hebben. Dit betekent dat beide ouders heterozygoot moeten zijn: Bb.
- De drie zwarte pups moeten ten minste één “B”-allel hebben om zwart van kleur te zijn. We kunnen echter niet zeggen of ze homozygoot dominant (BB) of heterozygoot (Bb) zijn, omdat beide genotypen een zwarte kleur zouden opleveren. Een manier om dit op een stamboom weer te geven is B-, wat betekent dat het tweede allel ofwel B of b kan zijn.
We kunnen de kruising tussen deze ouders ook weergeven als een Punnett vierkant (figuur 6). We zouden verwachten dat 1/4 van de nakomelingen het genotype bb heeft, en dat is wat we in de bovenstaande stamboom zien.
Human Connection
Een klein aantal mutaties in het TYRP1-gen is de oorzaak gebleken van oculocutaan albinisme type 3. Deze aandoening omvat een vorm van albinisme genaamd rufous oculocutaneous albinism, die voornamelijk is beschreven bij mensen met een donkere huidskleur uit zuidelijk Afrika. Getroffen personen hebben een roodbruine huid, gember- of rood haar, en hazelnootbruine of bruine irissen. Van twee TYRP1-mutaties is bekend dat ze deze vorm van albinisme bij mensen uit Afrika veroorzaken. Eén mutatie vervangt een eiwitbouwsteen (aminozuur) in tyrosine-gerelateerd eiwit 1 door een signaal dat de eiwitproductie voortijdig stopt. Deze mutatie, geschreven als Ser166Ter of S166X, beïnvloedt het aminozuur serine op eiwitpositie 166. De andere mutatie, geschreven als 368delA, verwijdert een enkele DNA-bouwsteen uit het TYRP1-gen. Andere wijzigingen in dit gen zijn gerapporteerd in een paar getroffen mensen van niet-Afrikaanse afkomst. De meeste TYRP1 mutaties leiden tot de productie van een abnormaal korte, niet-functionele versie van tyrosinase-gerelateerd eiwit 1. Omdat dit enzym een rol speelt in de normale pigmentatie, leidt het verlies ervan tot de veranderingen in huid-, haar- en oogkleur die kenmerkend zijn voor oculocutaan albinisme.
Foto credit: Muntuwandi; van Wikipedia.
Niet anders vermeld, tekst en afbeeldingen door Lisa Bartee, 2016.
Parker HG, Yuhua X, Mellersh CS, Khan S, Shibuya H, Johnson GS, Ostrander EA. Sept 2001. Meiotic linkage mapping of 52 genes on the canine map does not identify significant levels of microrearrangement. Mamm Genome. 12(9):713-8.
Schmutz SM, Berryere TG, Goldfinch AD. 2002. TYRP1 and MC1R genotypes and their effects on coat color in dogs. Mammalian Genome 13, 380-387.
OpenStax, Biology. OpenStax CNX. May 27, 2016 http://cnx.org/contents/[email protected]:FtsD6vMd@3/Mendels-Experiments
OpenStax, Biology. OpenStax CNX. 27 mei 2016 http://cnx.org/contents/[email protected]:sbdXt0s3@4/Laws-of-Inheritance