Как попугаи получают зелёный цвет из жёлтого и синего
Многие ярко окрашенные птицы получают пигменты из пищи, но это не относится к попугаям. Исследователи, изучавшие волнистых попугайчиков (Melopsittacus undulatus), выяснили, как эти птицы производят характерные жёлтые, синие и зелёные перья. Результаты опубликованы в журнале Cell 5 октября.
Генетическая основа окраски
- Волнистые попугаи — удобная модель для изучения окраски, так как за 150 лет искусственного отбора у них появилось множество простых менделевских признаков, влияющих на цвет.
- Попугаи производят пситтакофульвины — пигменты от красного до жёлтого цвета, не встречающиеся у других позвоночных.
- У синих попугайчиков нарушена выработка жёлтого пигмента, что меняет их окрас с жёлто-зелёного на синий, но гены и биохимические пути были неизвестны.
Идентификация ключевого гена
- Поиск локуса: С помощью полногеномного ассоциативного картирования учёные под руководством Карлоса Бустаманте из Стэнфорда выявили регион генома, связанный с мутацией синего цвета.
- Секвенирование: Анализ ДНК 234 попугайчиков (105 синих) и 15 музейных образцов из Австралии указал на единственный мутировавший ген — MuPKS, кодирующий малоизученный фермент поликетидсинтазу.
- Экспрессия гена: Сравнение экспрессии генов в перьях зелёно-жёлтых и синих птиц показало, что MuPKS высоко экспрессируется у обоих вариантов, но у синих присутствует замена одной аминокислоты в консервативном остатке.
- Функциональный тест: Клонированный ген MuPKS вставили в дрожжи, и они начали производить жёлтые пигменты.
Эволюционные открытия и механизм
- Сюрприз 1: Мутация в MuPKS вызывает заметное изменение цвета, хотя похожие гены есть почти у всех птиц. Ключевое эволюционное изменение, приведшее к ярким цветам попугаев, — это паттерн экспрессии гена. У не-попугаев (например, кур и ворон) этот фермент в перьях не экспрессируется.
- Сюрприз 2: Фермент наиболее активен в части пера, которая отмирает после его полного формирования. Это означает, что клетки должны произвести пигмент и отложить его в соседние клетки до своей гибели.
Значение и перспективы
Окраска играет важную роль во взаимодействии птиц, включая выбор партнёра. Понимание того, как контролируются эти ферменты, может быть применено к изучению окраски многих видов попугаев по всему миру. «Было бы интересно увидеть, какие изменения на уровне ДНК лежат в основе различий в окраске внутри и между разными видами попугаев», — отметил первый автор исследования Томас Кук.