Древесные певуны заимствуют гены окраски у эволюционных соседей

Новое исследование показало, что древесные певуны (также называемые американскими славками) — одни из самых красочных птиц Северной Америки — неоднократно передавали гены, связанные с окраской, другим видам, в том числе не близкородственным. Это помогает объяснить разнообразие их оперения и быструю эволюционную диверсификацию группы.

Исследование, опубликованное 11 декабря в журнале PLOS Biology, было проведено учёными из Университета Пенсильвании.

Механизм обмена генами окраски

Учёные собрали ДНК 400 птиц, представляющих 100 видов и 6 подвидов певунов. Они сфокусировались на трёх основных генах, связанных с каротиноидными пигментами, ответственными за ярко-жёлтую, красную и оранжевую окраску.

Сравнив общее эволюционное древо группы с деревьями, построенными для каждого из трёх генов, исследователи обнаружили несоответствия. Они указывают на обмен генами между видами в результате процесса интрогрессии.

"Когда гибридное потомство от скрещивания двух разных видов спаривается с особью одного из родительских видов, оно может передать гены от другого родителя. За несколько поколений генетический материал одного вида может быть включён в другой", — объяснил первый автор статьи Кевин Беннетт.

Интрогрессия гена BCO2

Ген бета-каротиноксигеназа 2 (BCO2) играет ключевую роль:

• Когда он включён, белок расщепляет жёлтые каротиноиды, что приводит к более белой или серой окраске.
• Когда он выключен, жёлтые каротиноиды накапливаются, создавая жёлтое оперение.

Исследователи обнаружили свидетельства интрогрессии версии гена BCO2:

• Из рода Leiothlypis — в несколько видов рода Setophaga, а также в несколько видов рода Cardellina.
• Из рода Vermivora — в род Geothlypis.

Первоначальные события интрогрессии от Leiothlypis, вероятно, произошли от 0,5 до 2 миллионов лет назад. Однако интрогрессия в вид краснолицей древесной славки, по-видимому, более свежая и, возможно, всё ещё продолжается.

Гены, влияющие на красную окраску

Изучая гены BDH1L и CYP2J19, которые совместно преобразуют жёлтые каротиноиды в красные, учёные также нашли доказательства интрогрессии:

• Гена BDH1L от красного вида Cardellina — в два красных вида рода Myioborus.
• Гена CYP2J19 — между двумя видами Myioborus.

"Мы нашли доказательства интрогрессии только в красной популяции одного вида Myioborus, у которого есть и красные, и жёлтые популяции. Это убедительно свидетельствует, что интрогрессия напрямую вызывает разницу в окраске", — отметил Беннетт.

Эволюционные последствия

В общей сложности исследователи выявили не менее девяти случаев интрогрессии с геном BCO2 и как минимум по одному случаю для других изученных генов.

Это говорит о том, что интрогрессия — ранее не задокументированная в таком масштабе у позвоночных — может быть более распространённым эволюционным механизмом. Заимствование генов у эволюционных соседей может быть более простым способом развития новых признаков по сравнению со случайными мутациями.

Распространение каротиноидных генов через интрогрессию также может объяснить, как эта группа певунов быстро диверсифицировалась на множество видов за относительно короткое эволюционное время.