Исследование нашло, что у голубей с перьями на их задних конечностях или ногах, ген развития задней конечности по имени Pitx1 менее активен, чем нормальный, в то время как ген развития передней конечности по имени Tbx5 активен в ногах, где это обычно не.Другими словами, «украшенные ноги воображения голубей – частично крылья», говорит биолог Майк Шапиро, ведущий автор исследования, опубликованного сегодня iLife журнала.У голубей мутанта с перьями на ногах, «задняя конечность явно распознаваемая как нога, но она взяла больше особенностей передней конечности», говорит он. «Это не полное преобразование ноги в крыло. Скорее компоненты ноги – больше подобное крылу, включая перья и большую кость ноги».
Шапиро и коллеги нашли, что Pitx1 и сами гены Tbx5 не отличаются в породах с и без муфт ноги. Вместо этого они узнали, что неген «регулирующие последовательности» ДНК около генов действует как выключатели, чтобы выключить деятельность гена задней конечности Pitx1 и поднять деятельность гена передней конечности Tbx5 в эмбрионах голубей с перьями на ногах.«Наши эксперименты показывают, что эти выключатели работают по-другому у птиц крылатыми ногами относительно тех нормальными, чешуйчатыми ногами», говорит Шапиро.Эти два гена были ранее известны у всех позвоночных животных, и они связаны с конечностью и другими дефектами у людей.
Новое исследование показало, как они «обеспечивают механизм, которым можно управлять измеренными и украшенными областями кожи», говорит Шапиро.Из голубей, динозавров и ранних пташек
У большинства птиц есть весы на ногах и пальцах ног и перьях в другом месте. У некоторых – как белые совы, беркуты и куропатки – есть перья на ногах. Только у цыплят и домашних голубей – с 146 и более чем 350 породами, соответственно – есть породы с, и без ноги сработался единственную разновидность.
«Существенное изменение, которое произошло в эволюции птиц от динозавров, было заменой весов перьями всюду по телу», говорит Шапиро. «Голуби дают нам необычный шанс понять генетические и механизмы развития, которые могли бы управлять этим изменением, потому что есть породы голубя с и без перьев на ногах».У некоторых динозавров были перья на ногах, которые, возможно, были распространены у едящих мясо тероподов, включая короля Тираннозавра и хищников.«Мы не знаем, были ли Pitx1 и Tbx5 определенно вовлечены в динозавров с ногами пера, но это дает нам генетический и механизм развития, который, возможно, сделал его», добавляет он. «У нас нет прямого способа знать, как то изменение произошло у динозавров. Однако мы видим большое нанесение удара анатомических общих черт между крылатыми ногами и ступнями динозавров и голубями крылатыми ногами и ступнями.
Таким образом, голуби могли бы дать нам некоторое понимание того, как кожа знает, чтобы развивать весы или перья».«На основе того, что мы нашли у голубей, изменение от весов до перьев может быть генетически очень простым», говорит он. «Это может дать нам некоторый ключ к разгадке не только, как голуби получают крылатые ноги, но и возможно о том, как древние птицы потеряли перья на ногах».Новое исследование финансировалось Национальным научным фондом, Берроуз Фонд Wellcome и Национальные Институты Здоровья.
Шапиро выполнил исследование с Университетом Юты постдокторский исследователь Эрик Домьян; человеческий докторант генетики Зев Кроненберг; аспиранты биологии Анна Викри, Ребекка Брудерс и Сидни Стрингем; студент бакалавриата Майкл Гуернси; и человеческие преподаватели генетики Габриэль Кардон и Марк Янделл. Другие соавторы были в Университете Джорджии.Гены, что помощь определяет крылья и ноги«Гены, мы нашли, что контроль украсил ноги, определяют переднюю конечность против идентичности задней конечности», Шапиро говорит и был уже известен другими функциями помимо их новооткрытой роли в развитии пера на ноге:«Tbx5 очень важен для надлежащего развития передней конечности у всех позвоночных животных – рыба [плавники], цыплята, мыши и даже люди», добавляет он. «Мутации в гене в людях вызывают Синдром Пристанища-Oram, который приводит к дефектам руки и порокам сердца в новорожденных».
«Pitx1, как было известно, в течение долгого времени был очень важен для развития задней конечности у позвоночных животных», включая людей, говорит Шапиро. «Если Pitx1 инактивирован, мыши получают серьезные дефекты задней конечности. Кости изменяют размер и форму. Они также получают серьезные дефекты мозга и челюсти.
Мутации в Pitx1 в людях могут привести к косолапости» и синдрому Liebenberg, который вызывает дефекты локтя и запястья, которые делают руки более подобными ноге.Шапиро и коллеги показали, что, чтобы получить перья на задних конечностях или ногах голубей, нормальный сигнал задней конечности от Pitx1 понижается, делая ногу меньше как задняя конечность, и сигнал передней конечности от Tbx5 повышается, делая ногу больше как крыло.«У голубей, когда Tbx5 выражен в ноге, нога берет некоторую переднюю конечность или wingike особенности, включая перья», говорит он. «В некоторых породах крылатыми ногами, малой берцовой костью или внешней костью голени становится намного больше» и больше как кость в крыле.Нахождение украшающих ногу генов
Шапиро и коллеги сделали селекционные эксперименты, в которых они скрестили загубленных голубей, названных померанским недовольным человеком с голубями с ногами масштаба, известными как Scandaroons. Тогда они пересекли потомков.«Во внуках некоторые птицы измерили ноги, у других были большие муфты, и другие были промежуточными с диапазоном весов и перьев», говорит он. «У них обычно были оба.
Это сказало нам, что очень немного генов были вовлечены в эту черту, как мы ожидали». (Если бы большинство птиц было промежуточным, который указал бы, что много генов были включены.)«Тогда мы искали ассоциации между последовательностями ДНК и объемом украшения на ногах во внуках», говорит Шапиро. «Мы нашли, что только у двух регионов в геноме были значительные связи с украшающей ногой».«Когда внуки унаследовали версии тех отрезков ДНК, которая прибыла от крылатого прародителя, тогда они имели больше и большие перья», добавляет он. «Когда они унаследовали отрезки ДНК от чешуйчатого прародителя, тогда у них были меньше и меньшие перья. Это сказало нам, что эти два места в геноме имели огромный эффект на перо против развития масштаба в ногах».
Затем, «мы сравнили все последовательности генома 15 пород с ногами пера с геномами 28 пород с ногами масштаба», говорит Шапиро. «Мы нашли, что те же самые два места в геноме отличались между породами с ногами пера и с ногами масштаба. Это также определило меньшие области генома, как являющегося местоположениями генов».Исследователи тогда проверили, как гены в тех регионах были выражены или активированы в эмбрионах голубя, позволив им определить Pitx1 и Tbx5 как гены, включающие развитие пера на ноге или прочь.Они подтвердили, что с другими экспериментами, смотрящими на то, как каждый ген был активирован в эмбрионах голубя от помесей старых голландских голубей капуцина с ногами масштаба и феи, глотают голубей с тяжелыми перьями на ногах.
Исследование показало, что преобразование весов в перья в голубях не включает местные изменения весов, чтобы заставить их стать перьями, а скорее «оптовым изменением в идентичности конечности», говорит Шапиро. «Эти гены – основные регуляторы, которые управляют развитием передних конечностей против задних конечностей».Исследование не определило точное местоположение регулирующих изменений в ДНК у голубей с ногами пера, но «мы знаем приблизительно, где они», говорит Шапиро.
Шапиро говорит что, в то время как Tbx5 и гены Pitx1 определяют, украшена ли нога голубя или измерена, «они не составляют все изменение. Муфты – различные размеры, таким образом, другие гены, вероятно, играют роль в том, сколько времени и насколько плотный перья».
Шапиро и коллеги также исследовали цыплят с ногами пера и нашли, что ген передней конечности, Tbx5 был включен в их ногах так же, как это находится в ногах голубей. В отличие от голубей, однако, ген задней конечности Pitx1, казалось, не играл роль в цыплятах с перьями на ногах – по крайней мере, в зачаточном состоянии, которое было изучено.