A espécie humana sempre foi fascinada pela variação de cor exibida pelos animais. Atualmente, investigações genéticas têm permitido que os pesquisadores caracterizem os mecanismos moleculares envolvidos na produção de pigmentos que afetam fenótipos de cor bem como na percepção de tal variação de cor entre diferentes espécies. Essa tese apresenta três investigações sobre esses assuntos. Na primeira, foi estudada a base molecular para a evolução da cor de plumagem em Ramphastidae. Essa família de aves inclui tucanos, araçaris e saripocas, possuindo uma ampla variação em plumagem. Foi encontrada seleção positiva no gene do receptor da melanocortina-1 (MC1R) no ramo que leva ao gênero Ramphastos, sugerindo que a plumagem mais escura nessas espécies foi favorecida pela seleção natural. Interessantemente, três de cinco substituições de aminoácido encontradas nesse gênero foram associadas ao melanismo em outras espécies de aves. No segundo estudo, uma análise do gene MC1R foi geia em perus domésticos (Meleagris gallopavo) brancos e pigmentados. Esse gene é um dos pelo menos cinco locos genéticos conhecidos que determinam a cor da plumagem nessa espécie, e três alelos funcionais já foram caracterizados (B, b+, b1). Os resultados mostraram que as aves brancas têm alguma diversidade genética em nível de DNA, mas quase todos os alelos foram b+, com um único alelo b1 encontrado, sugerindo que essas aves têm um valor limitado para o cruzamento e desenvolvimento de novas variedades coloridas. Entre as aves coloridas, os resultados mostraram que a classificação fenotípica da plumagem feita pelos criadores brasileiros não é preditiva para os alelos que podem ser encontrados no gene MC1R. Finalmente, no terceiro estudo a base molecular da visão colorida em uacari (Cacajao calvus) foi explorada. Essa é uma espécie de primata do Novo Mundo que exibe uma distintiva face avermelhada intensa, um sistema social complexo, e uma dieta especializada. O loco da opsina ligado ao cromossomo X foi caracterizado, e os resultados revelaram a ocorrência de extensivo polimorfismo molecular e o maior número de alelos funcionais (seis) já encontrados em uma espécie de primata. Esse achado provavelmente deriva de seleção para visão tricromática, talvez mediada por seleção sexual. Em conjunto, esses resultados mostram a importância de estudos moleculares que permitam uma melhor compreensão da evolução e manutenção da variação biológica associada à produção e percepção de cores em diferentes grupos de vertebrados. / Humans have been always fascinated by body color variation in animals. Current genetic investigations have allowed researchers to characterize the molecular mechanisms involved in the production of pigments affecting color phenotypes, as well as in the perception of such color variation among different species. This thesis presents three investigations concerning these subjects. In the first, the molecular basis for the evolution of plumage coloration in Ramphastidae was studied. This bird family includes toucans and toucanets, showing wide plumage variation. Positive selection in the melanocortin-1 receptor (MC1R) gene was found in the branch leading to the genus Ramphastos, suggesting that the darker plumage in these species was favored by natural selection. Interestingly, three out of five aminoacid substitutions found in this genus have been associated to melanism in other bird species. In the second study, an analysis of the MC1R gene was performed in white and pigmented domestic turkeys (Meleagris gallopavo). This gene is one of the at least five genetic loci known to determine plumage color in this species, and three functional alleles have been identified (B, b+, b1). The results showed that white birds have some genetic diversity at the DNA level, but almost all alleles were b+, with a single b1 allele found, suggesting that these birds have a limited value for breeding new color varieties. Among colored birds, the results showed that the plumage phenotypic classification used by Brazilian breeders is not predictive of the alleles that can be found in the MC1R gene. Finally, in the third study, the basis of color vision in uakari (Cacajao calvus) was explored. This is a species of New World primate exhibiting a distinctive intense red face, a complex social system, and a specialized diet. The X-lined Opsin locus was characterized, and the results revealed the occurrence of extensive molecular polymorphism and the largest number of functional alleles (six) ever found for a primate. This finding possibly derives from selection for trichromatic vision, perhaps mediated by sexual selection. Taken together, these results show the importance of molecular studies allowing a better understanding of the evolution and maintenance of biological variation associated to color production and perception in different vertebrate groups.

A espécie humana sempre foi fascinada pela variação de cor exibida pelos animais. Atualmente, investigações genéticas têm permitido que os pesquisadores caracterizem os mecanismos moleculares envolvidos na produção de pigmentos que afetam fenótipos de cor bem como na percepção de tal variação de cor entre diferentes espécies. Essa tese apresenta três investigações sobre esses assuntos. Na primeira, foi estudada a base molecular para a evolução da cor de plumagem em Ramphastidae. Essa família de aves inclui tucanos, araçaris e saripocas, possuindo uma ampla variação em plumagem. Foi encontrada seleção positiva no gene do receptor da melanocortina-1 (MC1R) no ramo que leva ao gênero Ramphastos, sugerindo que a plumagem mais escura nessas espécies foi favorecida pela seleção natural. Interessantemente, três de cinco substituições de aminoácido encontradas nesse gênero foram associadas ao melanismo em outras espécies de aves. No segundo estudo, uma análise do gene MC1R foi geia em perus domésticos (Meleagris gallopavo) brancos e pigmentados. Esse gene é um dos pelo menos cinco locos genéticos conhecidos que determinam a cor da plumagem nessa espécie, e três alelos funcionais já foram caracterizados (B, b+, b1). Os resultados mostraram que as aves brancas têm alguma diversidade genética em nível de DNA, mas quase todos os alelos foram b+, com um único alelo b1 encontrado, sugerindo que essas aves têm um valor limitado para o cruzamento e desenvolvimento de novas variedades coloridas. Entre as aves coloridas, os resultados mostraram que a classificação fenotípica da plumagem feita pelos criadores brasileiros não é preditiva para os alelos que podem ser encontrados no gene MC1R. Finalmente, no terceiro estudo a base molecular da visão colorida em uacari (Cacajao calvus) foi explorada. Essa é uma espécie de primata do Novo Mundo que exibe uma distintiva face avermelhada intensa, um sistema social complexo, e uma dieta especializada. O loco da opsina ligado ao cromossomo X foi caracterizado, e os resultados revelaram a ocorrência de extensivo polimorfismo molecular e o maior número de alelos funcionais (seis) já encontrados em uma espécie de primata. Esse achado provavelmente deriva de seleção para visão tricromática, talvez mediada por seleção sexual. Em conjunto, esses resultados mostram a importância de estudos moleculares que permitam uma melhor compreensão da evolução e manutenção da variação biológica associada à produção e percepção de cores em diferentes grupos de vertebrados. / Humans have been always fascinated by body color variation in animals. Current genetic investigations have allowed researchers to characterize the molecular mechanisms involved in the production of pigments affecting color phenotypes, as well as in the perception of such color variation among different species. This thesis presents three investigations concerning these subjects. In the first, the molecular basis for the evolution of plumage coloration in Ramphastidae was studied. This bird family includes toucans and toucanets, showing wide plumage variation. Positive selection in the melanocortin-1 receptor (MC1R) gene was found in the branch leading to the genus Ramphastos, suggesting that the darker plumage in these species was favored by natural selection. Interestingly, three out of five aminoacid substitutions found in this genus have been associated to melanism in other bird species. In the second study, an analysis of the MC1R gene was performed in white and pigmented domestic turkeys (Meleagris gallopavo). This gene is one of the at least five genetic loci known to determine plumage color in this species, and three functional alleles have been identified (B, b+, b1). The results showed that white birds have some genetic diversity at the DNA level, but almost all alleles were b+, with a single b1 allele found, suggesting that these birds have a limited value for breeding new color varieties. Among colored birds, the results showed that the plumage phenotypic classification used by Brazilian breeders is not predictive of the alleles that can be found in the MC1R gene. Finally, in the third study, the basis of color vision in uakari (Cacajao calvus) was explored. This is a species of New World primate exhibiting a distinctive intense red face, a complex social system, and a specialized diet. The X-lined Opsin locus was characterized, and the results revealed the occurrence of extensive molecular polymorphism and the largest number of functional alleles (six) ever found for a primate. This finding possibly derives from selection for trichromatic vision, perhaps mediated by sexual selection. Taken together, these results show the importance of molecular studies allowing a better understanding of the evolution and maintenance of biological variation associated to color production and perception in different vertebrate groups.

A espécie humana sempre foi fascinada pela variação de cor exibida pelos animais. Atualmente, investigações genéticas têm permitido que os pesquisadores caracterizem os mecanismos moleculares envolvidos na produção de pigmentos que afetam fenótipos de cor bem como na percepção de tal variação de cor entre diferentes espécies. Essa tese apresenta três investigações sobre esses assuntos. Na primeira, foi estudada a base molecular para a evolução da cor de plumagem em Ramphastidae. Essa família de aves inclui tucanos, araçaris e saripocas, possuindo uma ampla variação em plumagem. Foi encontrada seleção positiva no gene do receptor da melanocortina-1 (MC1R) no ramo que leva ao gênero Ramphastos, sugerindo que a plumagem mais escura nessas espécies foi favorecida pela seleção natural. Interessantemente, três de cinco substituições de aminoácido encontradas nesse gênero foram associadas ao melanismo em outras espécies de aves. No segundo estudo, uma análise do gene MC1R foi geia em perus domésticos (Meleagris gallopavo) brancos e pigmentados. Esse gene é um dos pelo menos cinco locos genéticos conhecidos que determinam a cor da plumagem nessa espécie, e três alelos funcionais já foram caracterizados (B, b+, b1). Os resultados mostraram que as aves brancas têm alguma diversidade genética em nível de DNA, mas quase todos os alelos foram b+, com um único alelo b1 encontrado, sugerindo que essas aves têm um valor limitado para o cruzamento e desenvolvimento de novas variedades coloridas. Entre as aves coloridas, os resultados mostraram que a classificação fenotípica da plumagem feita pelos criadores brasileiros não é preditiva para os alelos que podem ser encontrados no gene MC1R. Finalmente, no terceiro estudo a base molecular da visão colorida em uacari (Cacajao calvus) foi explorada. Essa é uma espécie de primata do Novo Mundo que exibe uma distintiva face avermelhada intensa, um sistema social complexo, e uma dieta especializada. O loco da opsina ligado ao cromossomo X foi caracterizado, e os resultados revelaram a ocorrência de extensivo polimorfismo molecular e o maior número de alelos funcionais (seis) já encontrados em uma espécie de primata. Esse achado provavelmente deriva de seleção para visão tricromática, talvez mediada por seleção sexual. Em conjunto, esses resultados mostram a importância de estudos moleculares que permitam uma melhor compreensão da evolução e manutenção da variação biológica associada à produção e percepção de cores em diferentes grupos de vertebrados. / Humans have been always fascinated by body color variation in animals. Current genetic investigations have allowed researchers to characterize the molecular mechanisms involved in the production of pigments affecting color phenotypes, as well as in the perception of such color variation among different species. This thesis presents three investigations concerning these subjects. In the first, the molecular basis for the evolution of plumage coloration in Ramphastidae was studied. This bird family includes toucans and toucanets, showing wide plumage variation. Positive selection in the melanocortin-1 receptor (MC1R) gene was found in the branch leading to the genus Ramphastos, suggesting that the darker plumage in these species was favored by natural selection. Interestingly, three out of five aminoacid substitutions found in this genus have been associated to melanism in other bird species. In the second study, an analysis of the MC1R gene was performed in white and pigmented domestic turkeys (Meleagris gallopavo). This gene is one of the at least five genetic loci known to determine plumage color in this species, and three functional alleles have been identified (B, b+, b1). The results showed that white birds have some genetic diversity at the DNA level, but almost all alleles were b+, with a single b1 allele found, suggesting that these birds have a limited value for breeding new color varieties. Among colored birds, the results showed that the plumage phenotypic classification used by Brazilian breeders is not predictive of the alleles that can be found in the MC1R gene. Finally, in the third study, the basis of color vision in uakari (Cacajao calvus) was explored. This is a species of New World primate exhibiting a distinctive intense red face, a complex social system, and a specialized diet. The X-lined Opsin locus was characterized, and the results revealed the occurrence of extensive molecular polymorphism and the largest number of functional alleles (six) ever found for a primate. This finding possibly derives from selection for trichromatic vision, perhaps mediated by sexual selection. Taken together, these results show the importance of molecular studies allowing a better understanding of the evolution and maintenance of biological variation associated to color production and perception in different vertebrate groups.

In cattle, base color is attributed to activity at the melanocortin-1 receptor (MC1R), historically termed the extension locus, with alleles coding for black (ED), red (e), and wild-type (E+). These alleles, in most mammals, are presumed to follow the dominance model ED > E+ > e, although exceptions are often seen. In Bos indicus x Bos taurus F2 cattle, EDE+ heterozygotes observed were discordant with the dominance series for the MC1R alleles and displayed various degrees of reddening on an otherwise predicted black background. The objective of this study was to identify loci modifying black coat color in these individuals. The hypothesis was that degree of reddening was a quantitative trait controlled by multiple genes of small effect. Reddening was classified utilizing photographs for 5 subjective scoring systems and analyzed by general linear model procedures of SAS with fixed effects of sex, sire, family nested within sire, season of photo, and spotted status. Residuals from these models were utilized for interval analyses to identify quantitative trait loci (QTL). Analyses of 19 bovine autosomal chromosomes, identified chromosome-wise suggestive (P < 0.05) and significant (P < 0.01) QTL on bovine chromosomes (BTA) 4, 5, 15, 18, 21, 27, and 29. Unexpectedly, there was evidence of a major gene (F = 67.88) affecting reddening at 71 Mb of BTA 6 (based on build Btau4.0 of the bovine genome sequence) that accounted for 61.1% of the variation in reddening. This QTL coincided closely with a cluster of tyrosine kinase receptor genes (PDGFRA, KIT and KDR). Fitting SNP haplotypes for a 1 Mb region containing all 3 genes and centered on KIT accounted for all the variation attributed to this QTL. These data suggested that one of these 3 genes, or a gene in high linkage disequilibrium with them, was responsible for the majority of variation in degree of reddening. Two recombinants within this region identified PDGFRA as the strongest candidate gene. Functional analyses will be required to verify the role of PDGFRA and its interaction with MC1R to modify black coat color of Bos indicus influenced cattle.

No description available.

No description available.

In this work, MC1R, ASIP and TBX3 gene were tested on a sample of 118 Hucul horse mares included in Genetic Resources of Animals in the Czech Republic. We want to determine the genetic structure of mares and to analyse phenotypic data compared to the genotype and to identify possible differences between it. Genetic analysis showed a solid state for all alleles (HW for ASIP P = 0.9360, for MC1R P = 0.1661 and for TBX3 P = 0.4444). The frequency of the allele was as follows: E (0.6780), A (0.5254), and (0.4746), d2 (0.4323), d1 (0.3542), e (0.3220) D (0.2135). The most common genotype was AaEed1d2 and AaEEd1d2. There were very few or no genotypes based on recessive homozygotes in the genes of basic coat colours in the population, we didn´t identify any individual with genotype AaEed1d1. We have publicised genotype dependence within the TBX3 gene with primitive markings, confirming the previous work of other. Alele D was always associated with the occurrence of primitive markings, but primitive markings occur even without allele D in coincidence with the d1 allele. The d2d2 genotype is associated with a phenotype without primitive markings, or with phenotype where we can´t say if the horse has primitive markings or not.

A MC1R nonsense mutation, R306ter, has been shown to cause a completely yellow coat color in flat coated retriever. A c.916C>T change in the single exon MC1R gene leads to a change from arginine amino acid to a premature stop codon (R306ter). Using DNA sequencing, the polymorphism was found, and genotype and allele frequencies were determined for a selected set of 50 dogs. The frequency of the heterozygous genotype E / e and the undesirable recessive allele e was higher in the selected group in the Czech Republic than we expected.

Les ultraviolets A (UVA) sont carcinogènes et produisent des espèces réactives de l'oxygène (ERO). Le récepteur à la mélanocortine de type 1 (MC1R) est un récepteur couplé aux protéines G (RCPG) qui est impliqué dans la mélanogénèse et dans l'inflammation cutanée. Certains variants du gène sont associés à un risque accru de mélanomes et de carcinomes cutanés. Le MC1R est exprimé surtout dans les mélanocytes mais son expression peut être induite par les UV in vitro dans les kératinocytes et in vivo dans la peau. Le récepteur MC1R est activé par l'α-MSH. L'objectif de ce travail de thèse a été d'étudier les effets du récepteur MC1R sur le stress oxydatif induit par les UVA dans des lignées kératinocytaires humaines HaCaT exprimant le récepteur MC1R ou son variant non fonctionnel Arg151Cys. Nous avons montré que la production d'ERO intracellulaire induite par les UVA est fortement inhibée dans les cellules HaCaT-MC1R et que cette inhibition est renforcée en présence d'α-MSH. L'inhibition du stress oxydatif induit par les UVA dans les cellules transfectées par le MC1R est en partie dépendante de la phosphorylation de la sous-unité activatrice, NoxA1 de la NADPH oxydase. Le traitement des cellules HaCaT-MC1R par un inhibiteur du récepteur au facteur de croissance épidermique (EGFR) restaure l'habilité de ces cellules à induire un stress oxydatif après irradiation UVA. Ces résultats montrent que l'activité constitutive du récepteur MC1R dans des kératinocytes pourrait inhiber le stress oxydatif induit par les UVA via des mécanismes dépendants de l'AMPc et de l'EGFR. / Ultraviolet A (UVA) radiations are responsible for deleterious effects, mainly due to reactive oxygen species (ROS) production. Alpha-melanocyte stimulating hormone (α-MSH) binds to Melanocortin-1 Receptor (MC1R) in melanocytes to stimulate pigmentation and modulate cutaneous inflammatory responses. MC1R may be induced in keratinocytes after UV exposure. To investigate the effect of MC1R signaling on UVA-induced ROS (UVA-ROS) production, we generated HaCaT cells that stably express human MC1R (HaCaT-MC1R) or the Arg151Cys (R151C) non- functional variant (HaCaT-R151C). We then assessed ROS production immediately after UVA exposure and found that: (1) UVA-ROS production was strongly reduced in HaCaT-MC1R but not in HaCaT-R151C cells compared to parental HaCaT cells; (2) this inhibitory effect was further amplified by α-MSH treatment of HaCaT-MC1R cells before UVA exposure; (3) after UVA irradiation, NoxA1 phosphorylation was increased i n HaCaT-MC1R compared to HaCaT and HaCaT-R151C cells. Inhibition of PKA in HaCaT-MC1R cells resulted in a marked increase of UVA-ROS production; (4) the ability of HaCaT-MC1R cells to produce UVA-ROS was restored by inhibiting epidermal growth factor receptor (EGFR) or extracellular signal-regulated kinases (ERK) activity before UVA exposure. Our findings suggest that constitutive activity of MC1R in keratinocytes may reduce UVA-induced oxidative stress via EGFR and cAMP-dependent mechanisms.

Dentre os genes conhecidos por influenciarem a variação normal de pigmentação de olhos, pele e cabelos em humanos, o gene MC1R (receptor de melanocortina 1) é o mais bem caracterizado até o momento. A atuação do MC1R ocorre pela produção de uma proteína transmembrana nos melanócitos, responsável pela regulação da produção de melanina nos mesmos. Sabe-se que a atuação do MC1R determina a proporção entre eumelanina (coloração castanha/preta) e feomelanina (coloração amarela/vermelha) presente nos melanócitos. O presente trabalho tem como objetivo analisar os SNPs conhecidos do gene MC1R com o propósito de se avaliar a influência da diversidade deste gene em características como a presença de sardas e variação da pigmentação dos olhos, pele e cabelos em humanos. Foram analisados 29 SNPs conhecidos da região codificadora do gene MC1R em 131 indivíduos da região de Ribeirão Preto, SP. A extração do DNA foi feita pela técnica de salting-out. A região codificadora do gene MC1R (951pb) foi amplificada em uma única reação de PCR, a qual foi seqüenciada em um analisador genético ABI-PRISM 310 por eletroforese capilar, utilizando-se os mesmos primers empregados para a amplificação. Dos 29 SNPs avaliados, 22 deles mostraram variação nas amostras estudadas, sendo que metade deles demonstrou estar associados a características de pigmentação. Observou-se um conjunto de SNPs associados claramente à fenótipos relacionados à feomelanina (+1645 A, +1858 T e +2260 C), enquanto outros se relacionam à ocorrência de eumelanina (+1558 G, +2322 G, +2346 A). A reconstrução de haplótipos gerou 31 haplótipos, sendo que quatro deles estavam associados à pele escura e dois outros tinham freqüências significativamente baixas em pele clara. Um haplótipo se associou a olhos verdes, enquanto dois outros tiveram associação com olhos castanho escuros. Cores escuras de cabelo se relacionaram à seis haplótipos distintos enquanto cabelos ruivos estavam associados à dois e um outro associado à cabelos loiros. Por fim, a ocorrência de sardas foi significativamente relacionada à três haplótipos. O presente trabalho apresenta associações significativas entre SNPs individuais e pigmentação de olhos, cabelos e pele, sendo que nossos dados confirmam que tal gene também desempenha papel relevante na variação de pigmentação na população brasileira. / Among the known genes influencing eye, skin and hair normal pigmentation variation, the MC1R (melanocortin l-receptor) gene is the best characterized so far. The activity of MC1R occurs due the production of a transmembrane protein in melanocytes, responsible for regulating the production of melanin. It is known that the performance of MC1R determines the ratio of eumelanin (brown color I black) and pheomelanin (yellow I red) present in melanocytes. This study aims to analyze known SNPs of the MC1R gene in order to evaluate the influence of this gene diversity on features like freckles and pigmentation variation of eyes, skin and hair in humans. We analyzed 29 known SNPs in the coding region of MC1R gene in 296 individuals from the region of Ribeirao Preto, Brazil. DNA extraction was performed using the salting-out technique. The MC1R gene coding region (951pb) was amplified in a single PCR reaction, which was sequenced on a ABI PRISM-310 genetic analyzer by capillary electrophoresis, using the same primers used for amplification. Of the 29 SNPs evaluated, only 22 showed variation in the samples studied, half of them showing to be associated with pigmentation characteristics. We observed a set of SNPs clearly associated to pheomelanin (+1645 A, +1831 T,+1858 T e +2260 C), while others related to eumelanin occurrence (+1558 G, +2322 G, +2346 A).Haplotype reconstruction generated 31 haplotypes. Four of them were associated with dark skin and two had significantly low frequencies in fair skin. One haplotype was associated with green eyes, while two other had aSSOciation with dark brown eyes. Darker hair color was associated with six different haplotypes, whereas red hair was associated with two and blonde hair with one haplotype. Finally, the absence or presence of freckles was significantly related to three haplotypes. Our study shows significant associations between individual SNPs and eyes, hair and skin pigmentation. The results presented here confirm that this gene also plays a relevant role in the pigmentation variation in the Brazilian population.