По словам исследователей, результаты, опубликованные в журнале Cell 5 октября, обещают добавить важное измерение в эволюционные исследования попугаев.«Волнистые попугайчики — отличная система для изучения окраски попугаев, потому что искусственный отбор за последние 150 лет привел к появлению большого количества простых менделевских генетических признаков, влияющих на окраску», — говорит первый автор Томас Кук, аспирант Стэнфордского университета. «Мы определили неизвестный ген у волнистых попугаев, который высоко экспрессируется в растущих перьях и способен синтезировать желтые пигменты волнистых попугаев».
Ученые изучали окраску волнистых попугаев более века. Они знали, что попугаи производят пситтакофульвины, тип пигмента от красного до желтого, который не встречается ни у одного другого типа позвоночных.
Они также знали, что неспособность производить желтые пигменты у некоторых попугаев превращает птиц из желто-зеленого в синий. Но было неясно, какие гены и биохимические пути были задействованы.Чтобы выяснить это в новом исследовании, команда во главе с Карлосом Бустаманте из Стэнфорда впервые использовала ассоциативное картирование по всему геному, чтобы идентифицировать область, содержащую мутацию синего цвета. Этот регион содержал несколько генов, поэтому пока неясно, какой из них отвечает.
Чтобы сузить круг вопросов, исследователи секвенировали ДНК 234 волнистых попугаев, 105 из которых были синими. Они также секвенировали 15 музейных образцов из Австралии.
Эти исследования указали на единственный мутировавший ген (MuPKS), кодирующий малоизвестный фермент поликетидсинтазы у синих птиц.В другом ключевом эксперименте исследователи сравнили экспрессию генов зеленых и желтых перьев с синими волнистыми попугайчиками.
Эти исследования показали, что MuPKS был высоко экспрессирован у птиц обоих окрасов, но что была единственная аминокислотная замена в консервативном остатке у голубых волнистых попугаев.Затем исследователи клонировали ген MuPKS и вставили его в дрожжи, чтобы выяснить, начнут ли дрожжи производить желтые пигменты. И они это сделали.Исследователи говорят, что было неожиданностью обнаружить, что мутация в MuPKS вызывает такое заметное изменение цвета.
Это потому, что похожие гены есть почти у всех птиц. Разница в том, что птицы, не относящиеся к семейству попугаев, такие как куры и вороны, не экспрессируют фермент в своих перьях.
В результате они не желтые. Это открытие предполагает, что ключевым эволюционным изменением, которое привело к яркой окраске попугаев, была структура экспрессии генов.
«Предположительно, этот ген выполняет некоторую функцию у непопугаев помимо пигментации, но мы не знаем, что это может быть», — сказал Кук.Еще одним сюрпризом для исследователей стало то, что фермент наиболее сильно экспрессировался в той части пера, которая умирает после того, как перо полностью сформировалось.
Это предполагает, что эти клетки должны производить цвет и переносить его в соседние клетки, прежде чем они умрут.Цвет играет важную роль в том, как птицы взаимодействуют друг с другом, в том числе в том, как они выбирают себе пару.
Исследователи говорят, что по мере того, как они узнают больше о том, как контролируются эти ферменты, результаты могут быть применены ко многим попугаям по всему миру, от малиновых розелл Австралии до роющих попугаев Аргентины.«Было бы интересно посмотреть, какие изменения на уровне ДНК лежат в основе различий окраски внутри и между разными видами попугаев», — сказал Кук.
Исследователей поддержали Национальные институты здоровья.