Перетворити луску на пір’я дуже просто: потрібно всього налаштувати декілька генів

Пір’я, хутро та луска, які прикрашають різних представників тваринного світу, можуть виглядати зовсім по-різному, але всі вони зроблені з однакових основних матеріалів. І, як виявилося, потрібна лише відносно проста генетична настройка, щоб створити одне замість іншого.

Націлившись на ген звукового їжака (Shh) , генетики Мішель Мілінкович і Рорі Купер з Женевського університету в Швейцарії змінили ембріон курей, щоб замість луски на їхніх зазвичай лускатих ногах було пір’я.

І зміна постійна. Після вилуплення незвичайні пір’яні ноги курчати залишаться такими на все життя.

«Ми демонструємо, що специфічний для стадії тимчасовий агонізм сигналізації звукового шляху їжака (Shh) у курки викликає повний і постійний перехід від сітчастої луски до пір’я на черевній поверхні стопи та пальців», – пишуть дослідники .

«Отримані ектопічні пір’я в розвитку можна порівняти з пір’ям, що прикрашають тіло, з пір’ям пухового типу, які переходять у регенеративні, двосторонньо симетричні контурні пір’я у дорослих курей».

Раніше лабораторія Мілінковича продемонструвала, що різні ороговілі придатки шкіри (волосся, пір’я тощо) мають те саме еволюційне походження від предків-рептилій сотні мільйонів років тому, які пізніше перетворилися на неймовірну різноманітність тварин, що живуть у світі сьогодні. .

І в усіх цих тварин розвиток цих структур починається як структури, відомі як плакоди в шкірі, які потовщуються, а потім починають рости в луску, колючки або будь-який інший придаток, який зазвичай має ця тварина.

Shh відіграє ключову роль у розвитку цих придатків шкіри. Сигнальний шлях відіграє важливу роль у багатьох ембріональних пирогах, опосередковуючи розвиток форм і структур тіла, формування візерунка, диференціювання та зростання.

Наприклад, Shh є важливим фактором у формі та диверсифікації пір’я, позиціонуванні махового пера у птахів і розвитку волосяних фолікулів у мишей.

Ми знаємо, що деякі кури, такі як брами, соболі та шовковисті, мають оперені ноги, але генетичний механізм, який викликає це, був невідомий. Тож Купер і Мілінкович вирішили дослідити, націлившись на Шш у ембріональних курчат.

Об’єктом дослідження були курчата-бройлери від пташиного заводу Ross, які мають дуже неоперені, лускаті ноги. Дослідники ввели у вени ембріонів курей, які ще знаходяться в яйці, речовину, яка сприяє передачі сигналів Шш, щоб ініціювати ріст пір’я на ділянках, зазвичай покритих лускатою шкірою.

«Ми використали класичну техніку «підсвічування яєць», у якій потужний факел освітлює кровоносні судини всередині яєчної шкаралупи», — пояснює Купер .

«Це дозволило нам точно обробити курячі ембріони молекулою, яка спеціально активує шлях Шш, введеною безпосередньо в кров».

Це спрацювало. Коли курчата вилупилися, їхні зазвичай лисі ноги були вкриті пушковим пір’ям, схожим на ті, що вкривали їхнє тіло. І, як курчата виросли, так і пір’я.

Вони втратили свій дитинча пух і виросли дорослі пір’я не тільки на тілі, але й на ногах. Одна обробка яйця — це все, що потрібно, щоб викликати цю зміну луски на пір’я.

Деякі яйця обробляли контрольним розчином, який не містив активної молекули, яка стимулювала передачу сигналів Shh в експериментальній групі.

У курчат, що вилупилися з цих яєць, були нормальні ноги; Секвенування РНК, яке порівнювало дві групи, показало, що зміни, викликані Shh в експериментальній групі, були постійними.

Дослідники кажуть, що це має наслідки для нашого розуміння того, як тварини еволюціонували та диверсифікувалися. Природні варіації сигналізації Тсс, ймовірно, є еволюційним рушієм різноманітності придатків шкіри, і цього різноманіття було не особливо важко досягти.

«Наші результати вказують на те, що еволюційний стрибок – від луски до пір’я – не потребує великих змін у складі чи експресії геному», – каже Мілінкович .

«Натомість тимчасова зміна в експресії одного гена, Shh, може спричинити каскад подій розвитку, що призведе до утворення пір’я замість луски».