Дорогие читатели!
Сегодня для Вашего прочтения предлагается статья о генетике окраса попугаев. Надеюсь информация будет полезна и интересна для Вас.
Ярко-желтые, зеленые и красные перья попугаев зависят от уникальных пигментов, называемых «psittacofulvin». Открытие гена, лежащего в основе окраски, показывает, что это эволюционное новшество было достигнуто путем кооптирования существующего гена в перьевое развитие.
Попугаи - одна из самых красочных групп птиц. Их яркие первичные оттенки сыграли важную роль в человеческом обществе, начиная с культуры пуэбло в Северной Америке, отражая красные перья импортных алых Ара макао до австралийских аборигенов, включая местных попугаев. Подавляющее большинство ярко-желтых и красных птиц окрашивают перья с помощью каротиноидных пигментов, которые в конечном итоге получаются из рациона.
Однако, как известно уже более века, у попугаев происходит по-другому.
Несмотря на всасывающие и циркулирующие в крови каротиноиды, попугаи не откладывают их в перья, а вместо этого используют уникальную группу желто-красных пигментов под названием «psittacofulvin» (желтые попугаи).
Эти пигменты, вероятно, сыграли большую роль в эволюционном успехе попугаев.
Первые химические структуры пигмента «psittacofulvin» были определены только в начале этого века.
В исследованиях указано, что красные пигменты в алых Ара макао представляют собой длинноцепочечные конъюгированные альдегиды.
Впоследствии было определено, что эти же пигменты отвечают за красные, оранжевые и розовые перья у многих других видов попугаев. Однако генетические механизмы производства «psittacofulvin» пигментов остаются неизвестными.
Теперь, используя мутацию в неволе волнистых попугайчиков (Melopsittacus undulatus) и других определили ген, ответственный за выработку желтого пигмента, что позволяет сделать важные выводы о биохимии и эволюции этого пигмента и дает интересные сравнения с каротиноидной окраской.
Волнистые попугайчики обоих полов имеют желтые перья, содержащие желтые пигменты «psittacofulvin», и зеленые перья с сочетанием желтых пигментов «psittacofulvin» и синей окраски, создаваемой микроструктурами пера.
Волнистным попугайчикам с синей мутацией не хватает желтых пигментов «psittacofulvin», поэтому желтые перья дикого типа белые у синих птиц-мутантов, а зеленые у диких - синие.
Синяя мутация наследуется как автосомальный рецессивный ген.
Ученые утверждали, что если мутация возникла недавно, то должна быть ограничена рекомбинацией окружающего хромосома.
Таким образом, они провели исследование в рамках всей ассоциации геномов, взяв образцы генетических изменений на дискретных участках генома, а не используя секвенирование всего генома целиком.
Стратегия сработала, и единственный пик ассоциации между голубым фенотипом и генотипической вариацией был обнаружен на хромосоме, охватывающей 400 мегабаз. Этот интервал содержит 11 аннотированных генов в геноме волнистых попугаев, 9 из которых экспрессируются в развивающихся перьях, где, как полагают, происходит образование пигмента «psittacofulvin».
Анализ вариации кодирования в одном из этих генов, выявил потенциальное однократное изменение аминокислот, которое прекрасно ассоциируется с синей мутацией.
В функциональных экспериментах авторы подтвердили роль пигмента в желтой окраске и важность точечной мутации.
Удивительно, но ранее данные о химической природе желтых пигментов «psittacofulvin» были ограничены. Исследователи сообщают, что три желтых пигмента «psittacofulvin», вероятно, являются полиненасыщенными, конъюгированными жирными кислотами, содержащими 16, 16 и 18 атомов углерода.
Он входит в семейство поликетидных синтетических генов, наиболее известных в бактериях, грибах и растениях. Синтезы поликетида вырабатывают конъюгированные жирные кислоты и другие продукты путем добавления двух углеродных единиц в циклическом порядке, подобно синтезам жирных кислот, ферментов, работающих сверхурочно для производства насыщенных (несопряженных) жирных кислот в условиях кризиса ожирения у человека.
Таким образом, идентификация позволяет получить весьма правдоподобную схему синтеза желтого пигмента «psittacofulvin» с использованием двух углеродных строительных блоков, полученных из вездесущих метаболитов.
Кроме того, красные полиенальные пигменты могут быть легко получены из желтых пигментов «psittacofulvin» жирных кислот путем восстановления конечной карбоксильной группы до альдегида, используя пока еще не идентифицированный фермент редуктазы.
Это свидетельствует о том, что желтые пигменты и, следовательно, желто-зеленая окраска являются первоначальной эволюционной инновацией в попугаях, а полученные красные пигменты развивались позже.
Интересно, что это отражает ситуацию с окраской каротиноидов у птиц, где красные каротиноиды обычно получают метаболически из желтых каротиноидов.
Остается открытым вопрос о том, как возникла у попугаев способность к синтезу желтых пигментов.
Вот и сюрприз: гомологи пигмента присутствуют в геномах других птиц, таких как цыплята, а когда гомолог цыплят экспрессируется - получаются желтые пигменты.
Таким образом, ключом к этой эволюционной инновации в попугаях является не получение новой функции фермента, а кооптирование ранее существовавшей функции фермента в развитие перьев. Это также происходит параллельно с ситуацией с каротиноидами, когда приобретение красного каротиноидного окраса у птиц, вероятно, связано с кооптированием гена, изначальная функция которого заключалась в сетчатке.
Более широкий вопрос заключается в том, почему каротиноидная окраска оперения появилась более чем в 50 раз в ходе эволюции птиц, тогда как окраска на основе пигмента «psittacofulvin», вероятно, возникла только один раз, особенно учитывая, что разнообразие цветов, получаемых этими двумя наборами пигментов, удивительно сходно.
Мне кажется, что существуют различия в генетических ограничениях на эволюцию этих механизмов между линиями, но для эффективного решения этой проблемы потребуется гораздо больше информации о генетике, физиологии и биохимии как пигмента «psittacofulvin», так и каротиноидной пигментации.
Другая интригующая возможность заключается в том, что различия в функции окрашивания могут привести к различному использованию пигментов.
Желто-красная окраска на основе каротиноидов часто действует при половом выборе, при этом ярко-красные самцы более привлекательны для самок или превосходят других самцов.
Проведенные исследования представляют собой лишь первый шаг в разработке цветных полиморфизмов генов, играющих важную роль в эволюции окраски птиц. Помимо волнистных попугаев, несколько других видов, особенно Неразлучники (Agapornis), имеют многоцветных мутантов. Наиболее интересно, что существуют мутанты, влияющие на структурную окраску, генетическая основа которых неизвестна ни у одной птицы, и которые можно рассматривать как «конечную границу» в генетике окраски оперения.
Спасибо, что дочитали статью до конца. Ставьте лайк, если информация была познавательна и интересна. Буду признателен, если Вы поделитесь в социальных сетях с Вашими друзьями и не забывайте подписаться на канал, чтобы не пропустить много новых интересных публикаций.
