Разгадана тайна короткого клюва Дарвина: Мутация в гене ROR2 связана с длиной клюва у домашних голубей
Чарльз Дарвин был одержим домашними голубями, считая, что их клювы хранят секреты селекции. Свободные от ограничений естественного отбора, более 350 пород домашних голубей (Columba livia) демонстрируют клювы всех форм и размеров. Самые поразительные — настолько короткие, что иногда мешают родителям кормить птенцов. Сотни лет скрещивания подсказали ранним голубеводам, что длина клюва, вероятно, регулируется всего несколькими наследственными факторами. Однако современным генетикам до сих пор не удавалось решить загадку Дарвина и определить молекулярный механизм, контролирующий короткий клюв.
В новом исследовании биологи из Университета Юты обнаружили, что мутация в гене ROR2 связана с уменьшением размера клюва у многих пород домашних голубей. Удивительно, но мутации в ROR2 также лежат в основе человеческого заболевания — синдрома Робинова.
"Некоторые из самых ярких характеристик синдрома Робинова — черты лица, включая широкий выступающий лоб, короткий широкий нос и рот, — напоминают фенотип короткого клюва у голубей", — сказала Елена Боер, ведущий автор статьи. "Это имеет смысл с точки зрения развития, поскольку мы знаем, что сигнальный путь ROR2 играет важную роль в краниофациальном развитии позвоночных".
Статья опубликована в журнале Current Biology 21 сентября 2021 года.
Картирование генов и черепов
Исследователи скрестили двух голубей с коротким и средним клювом. Среднеклювый самец был Racing Homer (почтовый голубь), а короткоклювая самка — породы Old German Owl ("старая немецкая сова").
"Селекционеры отбирали этот клюв чисто из эстетических соображений, до такой степени, что это стало вредным — такое никогда не появилось бы в природе. Поэтому домашние голуби — огромное преимущество для поиска генов, ответственных за разницу в размерах", — сказал Майкл Шапиро, старший автор статьи. "Один из главных аргументов Дарвина заключался в том, что естественный и искусственный отбор — разновидности одного процесса. Размеры клювов голубей сыграли ключевую роль в понимании того, как это работает".
Родители произвели первое поколение F1 с клювами промежуточной длины. Когда биологи скрестили птиц F1 друг с другом, у получившегося поколения F2 клювы варьировались от больших до маленьких. Чтобы количественно оценить вариацию, Боер измерила размер и форму клюва у 145 особей F2 с помощью микро-КТ-сканирования.
"Анализы показали, что вариация клюва в популяции F2 была обусловлена фактическими различиями в длине клюва, а не вариацией общего размера черепа или тела".
Затем исследователи сравнили геномы голубей. Сначала с помощью метода количественного картирования локусов признаков (QTL) они идентифицировали варианты последовательности ДНК, а затем проверили, появляются ли эти мутации в хромосомах внуков F2.
"У внуков с маленькими клювами был тот же участок хромосомы, что и у их бабушки с маленьким клювом, что сказало нам: этот участок хромосомы имеет отношение к маленьким клювам", — сказал Шапиро. "И он был на половой хромосоме, что и предполагали классические генетические эксперименты, так что мы воодушевились".
Команда затем сравнила полные последовательности геномов многих разных пород: 56 голубей из 31 короткоклювой породы и 121 голубя из 58 средне- или длинноклювых пород. Анализ показал, что у всех особей с маленькими клювами была одинаковая последовательность ДНК в области генома, содержащей ген ROR2.
"Тот факт, что мы получили один и тот же сильный сигнал двумя независимыми методами, был действительно захватывающим и предоставил дополнительный уровень доказательств вовлеченности локуса ROR2", — сказала Боер.
Авторы предполагают, что мутация короткого клюва заставляет белок ROR2 сворачиваться по-новому, но команда планирует провести функциональные эксперименты, чтобы выяснить, как именно мутация влияет на краниофациальное развитие.
Энтузиасты голубей
Многие образцы крови, которые исследовательская группа использовала для секвенирования генома, были предоставлены членами Клуба голубей Юты и Национальной ассоциации голубей.
"Каждая статья, которую наша лаборатория опубликовала за последние 10 лет, так или иначе опиралась на их образцы", — сказал Шапиро. "Мы не смогли бы этого сделать без сообщества голубеводов".