Когда дело доходит до ярких красок, птицы явно выделяются в мире природы. Многие ярко окрашенные птицы получают пигменты из пищи, которую они едят, но это не относится к попугаям. Теперь исследователи, сообщающие об исследовании знакомых попугаев из зоомагазина, также известных как волнистые попугайчики, получили новые данные, объясняющие, как птицы производят свои характерные желтые, синие и зеленые перья.
Выводы, опубликованные в журнале Cell 5 октября, обещают добавить важное измерение в эволюционные исследования попугаев, говорят исследователи.
«Волнистые попугайчики - отличная система для изучения окраски попугаев, потому что искусственный отбор за последние 150 лет привел к большому количеству простых менделевских генетических признаков, влияющих на окрас», - говорит первый автор Томас Кук, аспирант Стэнфордского университета. Университет.«Мы идентифицировали у волнистых попугайчиков неизвестный ген, который сильно выражен в растущих перьях и способен синтезировать желтые пигменты волнистых попугайчиков».
Ученые изучают окраску волнистых попугайчиков уже более века. Они знали, что попугаи производят пситтакофульвины, тип пигмента от красного до желтого, который не встречается ни у одного другого вида позвоночных. Они также знали, что неспособность производить желтые пигменты у некоторых попугаев превращает птиц из желтых и зеленых в синие. Но было неясно, какие гены и биохимические пути были задействованы.
Чтобы выяснить это в новом исследовании, команда под руководством Карлоса Бустаманте из Стэнфорда впервые использовала ассоциативное картирование всего генома, чтобы идентифицировать область, содержащую мутацию синего цвета. В этом регионе было несколько генов, поэтому пока неясно, какой из них отвечает за это.
Чтобы еще больше сузить круг, исследователи секвенировали ДНК 234 волнистых попугайчиков, 105 из которых были голубыми. Они также секвенировали 15 музейных образцов из Австралии. Эти исследования указали на единственный мутировавший ген (MuPKS), кодирующий малоизвестный фермент поликетидсинтазу у голубых птиц.
В другом ключевом эксперименте исследователи сравнили экспрессию генов в перьях зеленых и желтых волнистых попугайчиков с синими. Эти исследования показали, что MuPKS был сильно экспрессирован у птиц обеих цветовых разновидностей, но у голубых волнистых попугайчиков была обнаружена единственная аминокислотная замена в консервативном остатке..
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 для них 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 выделяют фермент в своих перьях. В результате они не желтеют. Это открытие предполагает, что ключевым эволюционным изменением, которое привело к яркой окраске попугаев, был характер экспрессии генов.
«Предположительно, этот ген имеет какую-то функцию у не-попугаев помимо пигментации, но мы не знаем, что это может быть», - сказал Кук.
Еще одним сюрпризом для исследователей стало то, что фермент был наиболее сильно экспрессирован в той части пера, которая отмирает после того, как перо полностью сформируется. Это предполагает, что эти клетки должны производить цвет и откладывать 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 в Австралии до роющих попугаев в Аргентине.
«Было бы интересно посмотреть, какие изменения на уровне ДНК лежат в основе различий в окраске внутри разных видов попугаев и между ними», - сказал Кук.
Исследователи были поддержаны Национальным институтом здравоохранения.