Francesco Faggiano

Un pigmento, tanti fenotipi

Le diverse forme di livrea eumelanica

Il recettore di membrana, una sorta di interruttore, o meglio, regolatore di flusso, è una proteina che si può legare a determinate molecole stimolanti

testo FRANCESCOFAGGIANO, foto S. GRECO, A. BENAGIANO, E. DELPOZZO, M. GIOFFREDA, S. ANGELINIED. ZANICHELLI

Introduzione Sappiamo che negli uccelli, la livrea del “tipo selvatico”, ancestrale o nerobruno che dir si voglia, è caratterizzata dalla presenza contemporanea di eumelanina e di feomelanina. Questi due pigmenti prodotti dal melanocita, che è la cellula capace di produrre le melanine, derivano almeno per la prima parte del processo di sintesi dalle stesse molecole, per poi caratterizzarsi e differenziarsi in eumelanina e melanina fulva detta feo. La produzione di eumelanina o di feomelanina dipende dell’attivazione o meno di un recettore di membrana del melanocita che indica allo stesso quale melanina produrre. Il recettore di membrana, una sorta di interruttore, o meglio, regolatore di flusso, è una proteina che si può legare a determinate molecole stimolanti, ognuna delle quali induce il melanocita a produrre una data melanina… L’alternata stimolazione e inibizione del melanocita, indotta dalle molecole a cui si lega il recettore di membrana MC1R, determina lo strutturarsi della livrea di una data specie. Come detto nel precedente articolo sul feomelanismo, quando il recettore non può essere sollecitato dal suo stimolo

Agapornis personatus Malva (blu doppio fattore scurente), foto: S. Greco Particolare del dorso di un Nero cobalto mosaico rosso,foto: A. Benagiano

principale (la melanocortina, che è un ormone tiroideo) il melanocita produce spontaneamente solo o quasi feomelanina. Tale stimolazione è indotta anche fisiologicamente da un gene attivatore della sintesi feomelanica, che nel “tipo selvatico” si attiva in modo intermittente e dà origine a livree nerobrune, ovvero composte da feo ed eumelanina. Vedremo nei paragrafi successivi come questo meccanismo di pigmentazione ad intermittenza, che permette di comporre livree molto variegate, possa essere modificato per mutazione, ma anche per selezione. La letteratura ufficiale in materia di geni responsabili della pigmentazione feomelanica negli uccelli è veramente carente e l’intuizione che esista, come per i mammiferi, il gene Agouti anche nei volatili, responsabile dell’alternata sintesi e dislocazione della feo a scapito della eumelanina viene dalle seguenti considerazioni: 1)Anche negli uccelli a livrea selvatica è generalmente possibile riscontrare

localizzazioni, stratificate nella singola piuma o a zone somatiche, delle diverse tipologie di pigmento melanico come nei mammiferi. 2)Le stesse mutazioni a carico dei pigmenti melanici sono presenti negli uccelli così come nei mammiferi. 3)Da studi scientifici accertati, molti caratteri fenotipici presenti nei mammiferi sono dati dagli stessi geni negli uccelli. In virtù di queste osservazioni ritengo personalmente possibile sostenere che il gene Agouti dei mammiferi sia lo stesso che regola il deposito feomelanico negli uccelli, pur non avendo io l’autorità per denominare esattamente questo gene; sarebbe auspicabile una ricerca biomolecolare atta ad identificarlo nei volatili. Per questo, nella trattazione seguente cercherò di non dare per scontato che il gene regolatore della sintesi feomelanica negli uccelli sia effettivamente il gene Agouti, pur avendo elementi probatori in merito. L’eumelanismo di sostituzione: l’inattivazione del gene Agouti La livrea nerobruna, o comunque lo strutturarsi di un piumaggio differentemente colorato da eumelanina e feomelanina, è data dall’attivazione e disattivazione di una serie di geni che convergono nell’attività coordinata di un gene (nei mammiferi indicato come Agouti, termine per noi ornicoltori perfettamente sostituibile con la classica definizione “nerobruno”) regolatore della sintesi delle feo e del recettore MC1R che, stimolato dalla tiroide, attiva la sintesi delle eumelanine. Quando non

funziona il gene regolatore della sintesi feomelanica abbiamo i fenotipi

eumelanici propriamente detti. In questi casi gli uccelli appaiono di colore grigio e nero perchè pigmentati solo da eumelanina in quantità pressoché paragonabili al tipo base solo qualitativamente modificato ovvero, aumentando il tempo di produzione delle eumelanine, queste hanno più tempo anche per

Nero onice bianco, foto: E. del Pozzo Nero eumo giallo, foto: E. del Pozzo

ossidarsi, cioè concentrarsi. Normalmente in questi soggetti non è percepibile nemmeno eu-bruna. Un esempio evidente di eumelanismo basato sull’inibizione della feo e sulla sua sostituzione è la mutazione “grigio” presente in diversi estrildidi. Sappiamo, grazie ai test di complementazione genetica eseguiti con la pratica dell’ibridazione, che il Diamante codalunga grigio, il Passero del Giappone nerogrigio e il Diamante mandarino guancianera, pur esprimendo fenotipi non esattamente assimilabili (per diversa distribuzione e saturazione del deposito dell’eumelanina e della feo nel tipo base ogni specie), sono comunque interessati dalla stessa mutazione del gene Agouti che regola la produzione delle feo. Tale conoscenza è acquisita avendo ottenuto in ornicoltura ibridi mutati “grigio” tra le tre specie, tra cui l’ibrido riportato in foto dell’amico Matteo Gioffreda che per primo ha presentato l’ibrido “grigio” tra DM guancianera e il Passero del Giappone Nerogrigio. In

ibrido mutato grigio di Diamante Mandarino guancia nera x Passerro del Giappone grigio, foto: M. Gioffreda

un soggetto omozigote, per questa mutazione (autosomica recessiva) viene a mancare l’attivazione della sintesi feomelanica e l’organismo produce e deposita eumelanina per lo stesso tempo e soprattutto nella stessa saturazione (quantità) con cui

avrebbe depositato la feo, rispettando tutti i blocchi e permessi a lei riservati. Questo passaggio è molto importante

per comprendere come si strutturino determinati fenotipi ed è palese ad esempio nella guancia del Diamante mandarino che, in presenza di questa mutazione, pigmenta di eu nera la zona con la stessa quantità di pigmento con cui l’avrebbe fatto anche in assenza della mutazione attraverso un meccanismo di sostituzione esatta, indotto dal blocco delle feo. Anche se deduttivamente meno immediato come fenotipo, ritroviamo lo stesso meccanismo sostitutivo nel canarino onice, dove dalle osservazioni al microscopio da me fatte alcuni anni fa si evidenziava l’assenza di feo, ma soprattutto la localizzazione di grossi granuli eumelanici (elemento osservato anche in altre specie) in aree di non pertinenza, come ad esempio nella porzione esterna del vessillo, che a livello macroscopico si struttura come “effetto fuliggine”, ovvero come eumelanina scura diffusa e non addensata, presente nell’interstria del dorso e dei fianchi. È importante evidenziare

come attraverso l’azione di un mutante riusciamo a comprendere che esistono anche geni autonomi che regolano non il tipo, cioè la qualità del pigmento, ma la quantità di pigmento da depositare in una data area del piumaggio e che questi agiscono di solito indipendentemente da quale tipo di melanina il soggetto sia capace di produrre…

Pur esulando dal discorso dell’eumelanismo, potremmo portare come esempio esplicativo di gene regolatore della quantità di melanina depositata la mutazione “pettoarancio” del Diamante mandarino, che interessa un gene regolatore della quantità del pigmento feomelanico e che, mutando, ne diventa un suo amplificatore. Quando a monte di questa regolazione quantitativa abbiamo una mutazione qualitativa che determina la sostituzione della feo con le eu, il gene “amplificatore” comunque mantiene invariata la propria attività di estensione del deposito di pigmento, anche se riferita al nuovo tipo di pigmento dando origine a suggestivi fenotipi. Questo a conferma dell’indipendenza dei due caratteri considerati in termini di qualità e quantità interconnessi tra loro nella realizzazione del fenotipo.

Mantelli ipermelanici e melanotici: l’aumento di funzione del recettore mc1r Tecnicamente è corretto definire una livrea o un mantello pigmentato da sola melanina nera (che, ricordiamo, quando poco concentrata si vede grigia…) come “eumelanico”, in virtù della qualità specifica della melanina che lo colora. Gli eumelanici però possono essere dati da differenti mutazioni, che interessano lo stesso gene o addirittura geni distinti che intervengono in modi e momenti differenti del processo di melanizzazione del soggetto. Questo perchè nel processo di pigmentazione melanica del tipo classico (leggi selvatico o ancestrale) sappiamo che partecipano fondamentalmente due coprotagonisti (il gene attivatore della sintesi feomelanica e il recettore MC1R), le cui funzioni sono indipendenti ma interconnesse tra loro. Al malfunzionamento dell’uno corrisponde, conseguentemente, una modifica dell’azione dell’altro e della colorazione per attivazione o disattivazione “anomala” del sistema. Esistono, come ho riportato nel paragrafo precedente, forme eumelaniche date da mutazione del gene che attiva la sintesi della feo che determinano la mancata attivazione della sintesi della feomelanina e la sua fisiologica sostituzione con eumelanina. Sono eumelanismi fisiologici che seguono fedelmente la pigmentazione del selvatico in relazione a disposizione e saturazione (quantità) del pigmento, depositando però solo eumelanina. In genere questi eumelanismi, come abbiamo detto prima, non danno inscurimento della livrea ma solo un viraggio del colore, con tonalità grigie della livrea, preservando eventuali aree di depigmentazione o curiosamente saturando con la stessa intensità aree di pertinenza feomelaniche, come la guancia del Diamante mandarino. Ci sono poi forme di eumelanismo a carico del recettore di membrana MC1R, il quale può perdere la capacità di leggere il messaggio del

Diamante Mandarino grigio guancianera e grigio guancianera faccianera, S. Angelini Diamante Mandarino grigio charcoal, S. Angelini

gene Agouti e rimanere sensibile al solo ormone tiroideo. In questo caso la livrea dei soggetti vira verso tonalità grigie date dall’esclusiva qualità eumelanica delle melanine depositate e subisce un inscurimento perchè il recettore capta tutta la stimolazione tiroidea e produce più eumelanina. È questo il caso in cui il recettore MC1R può andare incontro a una mutazione che ne aumenta direttamente o indirettamente la funzione, ovvero la capacità melanizzante. L’aumento indiretto di funzione del recettore MC1R è dato dalla defaillance del gene Agouti e il recettore MC1R, pur preservando la propria normale attività, la polarizza solo verso la sintesi eumelanica, determinando una livrea più scura per la tipologia della melanina ma sovrapponibile al disegno classico; è questo presumibilmente il caso del canarino di colore indicato come “monomelanico”. In altri casi abbiamo un aumento diretto di funzione del recettore, ovvero questo funziona più del normale, tanto da determinare livree negli uccelli o mantelli nei mammiferi anche molto più scuri e/o ipermelanici rispetto al tipo classico. Si faccia riferimento a tal proposito al canarino “cobalto”. Questo fenotipo definibile “scuro” è dato da un aumento del pigmento eumelanico depositato, che va ad interessare anche aree di non pertinenza sul tipo base come il ventre del canarino… In altre parole, mentre l’eumelanismo dato da disfunzione del gene Agouti determina una sostituzione equivalente tra feomelanina ed eumelanina descritta nell’onice, le mutazioni del recettore MC1R determinano generalmente un’amplificazione del deposito eumelanico, spesso lasciando invariata anche l’azione di Agouti, come presumibilmente nel cobalto. Un caso di riferimento emblematico lo abbiamo nel D.M., specie in cui ritroviamo sia un eumelanismo di sostituzione quale il “guancianera” che un eumelanismo per aumento di funzione come nel Faccianera, ma soprattutto nell’ “eumo” e nella nuova varietà definita “charcoal”, in cui è evidente una super attività del recettore MC1R. Sono queste le ultime mutazioni definibili, a ragion veduta, come “ipermelanizzanti”, pur essendo espressione della sintesi eumelanica e quindi tecnicamente degli eumelanismi, che lasciano però invariato il meccanismo di sintesi della feo, almeno nel Faccianera, perchè la guancia rimane fulva. Altri esempi di questo tipo di mutazione li troviamo nel Becco d’argento “ventrescuro”, dove le aree normalmente ipomelanizzate come il ventre vengono ad essere saturate totalmente di melanina nera. È questa una mutazione autosomica recessiva che attualmente non trova riscontro in altre specie di piccoli granivori. Tornando al canarino di colore, come accennato, abbiamo il tipo cobalto (autosomico, probabilmente semidominante) descrivibile come un eumelanismo derivato da un probabile aumento dell’eumelanina, però dato da un indiretto aumento di funzione del recettore MC1R, che produce un inscurimento lieve della livrea e un interessamento delle eumelanina in aree di non pertinenza quali l’interstria e il ventre fino alla cloaca. Va evidenziato come nel caso del canarino cobalto venga a mancare l’effetto fuliggine proprio dell’onice, perchè la mutazione non è collegata ad un’alterazione strutturale dei melanosomi. Notiamo da quanto detto che queste mutazioni che hanno funzione di “espansore del nero”, ovvero ipermelanizzanti, sono autonome rispetto alla sintesi della feomelanina, andando o meno a superare il blocco quantitativo previsto nel tipo base nella definizione del disegno, senza però interferire con le aree pigmentate dalla feo se non in termini qualitativi. Volendo azzardare un’ipotesi sui canarini all-black, in base a quanto detto finora possiamo supporre si sia selezio-

Nero cobalto bianco, foto: E. del Pozzo

nato un aumento di attività del recettore MC1R, che in un animale di per sé già quasi incapace di depositare feomelanina, come sono attualmente i neri, porta all’enfatizzazione del deposito delle eumelanine…

Eumelanismo limitato: l’inibizione del deposito feomelanico senza sostituzione Nel diamante di Gould esiste una mutazione che impedisce il deposito della feomelanina; in questi soggetti l’unico pigmento presente oltre ai lipocromi è l’eumelanina, depositata in quantità “normali” rispetto al tipo classico. È curioso notare come in questo caso non si inneschino i fenomeni di sostituzione del pigmento mancante, pur evidenziando comunque una similitudine tra la guancia feomelanica del diamante mandarino e il petto del diamante di Gould che in presenza di questa mutazione rimane bianco. Anche nel canarino abbiamo un mutante denominato “eumo” che evidenzia “eumelanismo limitato”, dato da una inibizione totale della feo, accompagnata però da una sostenuta riduzione dell’eumelanina, in particolare della frazione bruna. Pur essendo un eumelanismo, va però evidenziata la probabile estraneità dei due geni, evidentemente non allelici. Tale affermazione la facciamo comunque con cautela, non potendo verificarla attraverso il test di complementazione, ma considerando che, nel canarino, il fondo è talmente schiarito (privato delle eu) che appare giallastro e non verde, come invece è per il Diamante di Gould, dove la riduzione eumelanica è così contenuta che il dorso rimane verde, migliorando solo la tonalità dello stesso per l’assenza di feo. Inoltre, nel canarino si evidenzia un occhio rossastro evidente, cosa non presente nel Gould. In questi casi il risultato delle modificazioni genetiche si concretizza all’opposto degli eumelanismi finora descritti, ovvero in una perdita di attività melanizzante, che non viene né sostituita né compensata. Per onor di cronaca voglio riportare che negli ultimi anni è comparso un nuovo fenotipo nel Diamante mandarino, indicato come “ guancebianche”, dove le aree interessate da feomelanina nel tipo classico non vengono interessate dal meccanismo di sostituzione dell’eumelanina e rimangono acianiche, come il petto del Diamante di Gould; questo sembrerebbe “normale”, se non fosse che la nuova variante ad un certo punto è parsa essere allelica al guancianera, che è indiscutibilmente un eumelanismo di sostituzione.... Partendo da questa costatazione e basandosi sulla conoscenza dei vari fattori mutanti, alcuni tecnici italiani hanno giustamente addotto l’ipotesi, che pare oggi essere già stata verificata, che tale nuovo fenotipo sia in realtà un’interazione tra il guancianera, il pettonero e il pettobianco.

Diamante codalunga hecki, grigio in primo piano e ancestrale a confronto, D. Zanichelli Tale combinazione svilupperebbe questo fenotipo perchè il pettonero, essendo un modificatore del disegno, viene già interpretato a fatica dal gene guancianera, sviluppando maschi con guancia molto retroposta a vantaggio del triangolo facciale bianco che si amplifica. A questa difficoltà espressiva del guancianera sulla base pettonero si somma l’azione inibitoria del pettobianco, che sappiamo essere inibitore dei disegni eumelanici impedendo il deposito di pigmento nero, unico possibile in un guancianera omozigote.

Il fattore scurante Tutte le mutazioni finora indicate in questo scritto sono a carico dei colori chimici costituenti la livrea dei volatili; nello specifico, tutte le mutazioni che deviano un fenotipo verso la condizione eumelanica, sia questa selettiva che aumentativa, interessano il deposito delle melanine. Eppure negli psittaciformi è diffusamente presente un carattere mutante che porta ad uno scurimento anche importante della livrea, ma dato da una mutazione della struttura del piumaggio detto fattore scurente. È una mutazione a carico della struttura delle barbule, che accorciandosi concentrano le melanine così che complessivamente, a parità di pigmento, la luce assorbita sia maggiore di quella rifratta che fuoriesce dalla barbula, dando un “aspetto scuro” al soggetto (ricordiamo che il colore nero è dato dall’assorbimento totale della luce da parte della materia). Tale mutazione è per giunta a dominanza incompleta, per cui abbiamo la possibilità di vedere un effetto intermedio negli eterozigoti e un effetto completo del fenomeno di inscurimento negli omozigoti. Si è vociferato molto sull’eventuale presenza del fattore scurente su altri uccelli, ma fino ad oggi nulla è ufficialmente accertato. È importante però sapere che mantelli praticamente neri come quelli di un personatus malva non sono dati da un eumelanismo che aggiunge pigmento, ma dalla concentrazione della melanina che viene addensata in uno spazio ridotto, così che la probabilità che la luce colpisca la melanina e venga assorbita aumenti, fino a essere quasi certa. Nel caso specifico, poi, il colore nero è messo a nudo

dall’assenza delle psittacofulvine, determinata dalla presenza contemporanea della mutazione blu. Infine, nel DM ritroviamo un fenotipo detto “eumax” che evidenzia un inscurimento del colore dato probabilmente da un’aumentata capacità di melanizzazione che però, probabilmente, interviene ad un livello superiore, o meglio precedente all’attività sia del gene Agouti che del recettore MC1R, ma che comunque non manifesta alterazioni strutturali delle barbule e che è attualmente correlato ad uno degli alleli del gene “agata”, aliasdorsochiaro.

Conclusioni Cercando di fare un’analisi comparativa e di incasellare in modo strutturale i fenotipi identificabili come eumelanici in base alla colorazione dei soggetti, mi sono ritrovato a dover determinare, di contro, situazioni anche completamente differenti tra loro. Questo ha messo in evidenza come la sola qualità del pigmento presente nella livrea dei nostri uccelli non possa essere l’unico elemento da considerare nell’analisi interpretativa di un fenotipo, dovendoci spingere a contemplare contemporaneamente anche parametri come quantità e distribuzione dello stesso. È chiaro che nessuno pensava di raggruppare in un insieme uniforme e scontato un Canarino “eumo”, un DM “guancianera” o un D. codalunga “grigio” ed un D. di Gould pettobianco, ma scoprire una così complessa rete di interazioni geniche alla base dei mantelli eumelanici è stato comunque molto interessante, dandoci inoltre la possibilità di orientarci e motivare in modo sensato le nostre scelte selettive, che devono essere basate in primissul rispetto dell’identità della specie e poi sulla conoscenza tecnica. Ringrazio per la collaborazione Emanuele Piccinini e Stefano Angelini, grandi esperti di DM, l’amico Michele De Filippo giudice esperto di Canarini melanici, il grande Daniele Zanichelli per le foto dei codalunga e il Presidente dell’ordine Andrea Benagiano, piacevole fonte di spunti e precisazioni, che ha contribuito fattivamente alla stesura del testo.