Образование перьев и чешуи обусловлено активностью одного-единственного гена. Контролируя его работу, ученые сумели вырастить кур с оперенными ногами и пальцами.
Перья и чешуя, ногти и когти, волосы и шерсть — родственные производные кожи. Все они сложены в основном из близких друг другу белков семейства кератинов. Именно из чешуи некогда произошли перья, и развиваются они сходными путями. Недавно это еще раз подтвердили швейцарские биологи, показавшие, как «перенастройка» всего лишь одного гена позволяет выращивать у птиц перья вместо обычных чешуек на ногах. Статья опубликована в журнале Science Advances.
Ученым известно, что формирование перьев, волос, чешуи и подобных структур у зародыша начинается с появления специальных утолщений — плакод. В свою очередь, образование плакод контролируется белками сигнального пути SHH (Sonic Hedgehog). Поэтому Мишель Милинкович (Michel Milinkovitch) и его коллеги из Женевского университета решили выяснить, как повлияет стимуляция SHH на рост перьев у куриных эмбрионов.
Эти эмбрионы просты в работе, а особенно удобны тем, что, просвечивая созревающее яйцо мощной лампой, можно видеть все детали процесса развития птицы. Такие наблюдения и проводили ученые, взяв яйца у бройлерной породы кур, для которой характерны большие задние лапы и пальцы, лишенные перьев и покрытые чешуей. В кровоток зародышей впрыскивали молекулы SAG, активирующие сигнальный путь SHH, и затем следили за результатом.
Оказалось, такое воздействие ведет к появлению перьев даже на тех участках тела, которые у этой породы в норме остаются «голыми». Чешуя превратилась в перья, причем изменения оказались постоянными, и даже у взрослых птиц лапки были покрыты ими. Генетический анализ показал, что у таких кур сигнальный путь SHH оставался активирован, в отличие от контрольной группы, которая не получала SAG и сохранила чешуйчатые лапки.
«Эти результаты показывают, что крупный эволюционный скачок от чешуи к перьям не потребовал больших изменений в геноме. Для этого оказалось достаточно изменений в экспрессии всего одного гена», — отметил профессор Милинкович. По-видимому, именно гибкая регуляция работы сигнального пути SHH позволила животным развить разнообразные производные кожи, будь то перья, шерсть или ногти.