Использование современной геномики для превращения чешуи аллигатора в птичьи перья

Хотя аллигаторы и птицы на первый взгляд не похожи, рептилии — ближайшие живые родственники птиц. Все они произошли от архозавров, "господствующих рептилий", доминировавших на Земле 250 миллионов лет назад. Архозавры дали начало эпохе динозавров, а их единственными живыми потомками стали птицы и рептилии.

В последнее время обнаружено множество переходных окаменелостей динозавров с полным или частичным оперением. Учёные предполагают, что эти примитивные "протоперья" могли эволюционировать для терморегуляции, привлечения партнёров, улучшения способности убегать от хищников, а впоследствии — для планирования и полёта. Однако механизм, по которому внешняя кожа и подлежащие ткани определяют формирование пера или чешуи, оставался загадкой.

Международная команда под руководством профессора Ченг-Мин Чуонга в новом исследовании, опубликованном в Molecular Biology and Evolution, идентифицировала множество новых генов, участвующих в развитии чешуи и пера.

Учёные провели полный анализ транскриптома РНК и генома ДНК развивающихся цыплят и аллигаторов, чтобы выявить различия в экспрессии генов и ключевые гены формирования чешуи или пера. Затем эти уникальные гены куриного пера были активированы или подавлены в яйцах аллигатора, что позволило "перепрограммировать" развивающуюся кожу и превратить чешуи в перья.

Ключевые выводы:

• Анализ выявил пять морфо-регуляторных модулей, необходимых для формирования современного пера. Их интегративная комбинация привела к успешной архитектуре пера, позволившей птицам занять небо как свою экологическую нишу.
• Разные молекулы по-разному влияют на конверсию. Например, ген Sox2 запускает образование перьевых зачатков и полностью подавляет формирование чешуи, а Grem1 индуцирует ветвление, подобное бородкам пера.
• Другие молекулы, такие как ретиноевая кислота или Sox18, обладают большей способностью индуцировать превращение чешуи в перьевые придатки кожи, демонстрирующие все пять критериев пера.
• Эти "главные регуляторы", возможно, были первыми генами, адаптировавшимися в ходе эволюции архозавров.
• Принудительная экспрессия генов sprouty и beta-catenin (которые, как выяснилось, помогают превращать куриные чешуйки в перья) вызвала образование удлинённых чешуй в эмбриональной коже аллигатора.

Исследование значительно расширяет список генов и молекул, способных индуцировать перьевые структуры, и создаёт мощную модель на аллигаторах для дальнейшего изучения эволюции полёта.