Кожные придатки позвоночных, представляющие собой удивительно разнообразную коллекцию микроорганизмов, включают чешую, шипы, перья и волосы.
Эти придатки имеют много различных естественных форм, но все они проходят одни и те же ранние стадии развития, пока находятся в эмбриональном состоянии.
Намеренно изменяя экспрессию ключевых генов, два исследователя из Женевского университета (UNIGE) нашли способ навсегда превратить чешуйки, которые обычно покрывают куриные ножки, в перья.
Оглавление
Перо или чешуя зависят от генов
Наземные позвоночные имеют множество ороговевших придатков, покрывающих их кожу, включая волосы, перья и чешую, согласно .
Несмотря на то, что существует множество различных форм, наблюдаемых как внутри вида, так и у разных видов, эмбриональное развитие кожных придатков обычно начинается относительно одинаково.
На самом деле, клетки, которые образуют локализованные утолщения на поверхности кожи и экспрессируют определенные гены, дают начало всем этим структурам.
Сигнальный путь – коммуникационный механизм, который позволяет передавать сигналы как внутри клеток, так и между ними, – контролируется одним из этих генов, известным как Sonic hedgehog (Shh).
Нервная трубка, почки конечностей и кожные придатки – это лишь некоторые из структур, которые развиваются в результате передачи сигналов Shh.
Также читайте:
Понимание развития кожных придатков
Физические и биологические механизмы, которые приводят к разнообразию кожных придатков у позвоночных, представляют интерес для группы Мишеля Милинковича, профессора кафедры генетики и эволюции факультета естественных наук UNIGE.
Его группа конкретно показала, что чешуя, волосы и перья являются гомологичными признаками, которые были переданы от общего предка среди рептилий.
Ученые используют перья куриных эмбрионов в качестве модельной системы для понимания эволюции кожных придатков.
В то время как существование оперенных ног и дорсальных поверхностей ступней у некоторых пород кур, таких как брама и саблепут, хорошо известно, генетическая основа этой характеристики до сих пор полностью не изучена.
Оперенные ступни произошли от чешуйчатых ступней
Цыплята произошли от существ с покрытыми чешуей пальцами и предплюсневой костью. Оперенные ноги, пернатые ступни, оперение голеней или птилоподия – это генетические состояния, которые приводят к тому, что некоторые из этих чешуек развиваются в перья.
Предыдущие исследования показали, что хромосомы 13 и 15 включают два ключевых локуса, которые регулируют оперение ног.
Переход к генной модификации
Команда Мишеля Милинковича изучила, как может быть задействован путь Shh, поскольку сигнальные пути, которые полностью ответственны за эту метаморфозу, еще не идентифицированы.
Оба исследователя отметили, что для того, чтобы вызвать развитие многих молодых перьев пухового типа в местах, которые обычно покрыты чешуей, необходима всего одна специфическая обработка.
Удивительно, но поскольку они регенерируют и впоследствии независимо заменяются взрослыми перьями, эти искусственно созданные перья эквивалентны тем, которые покрывают остальную часть тела.
Исследование секвенирования РНК показало, что путь Shh быстро и непрерывно активируется после введения активной молекулы эмбрионам по сравнению с эмбрионами, получавшими контрольный раствор, в котором отсутствовала активная молекула.
Это демонстрирует, что путь Shh активируется во время превращения чешуи в перья.
Полученные данные свидетельствуют о том, что изменение структуры генома или его экспрессии не является необходимым для эволюционного скачка, например, от чешуи к перьям.
Вместо этого образование перьев, в отличие от чешуи, может быть результатом кратковременного изменения экспрессии гена Shh.
Эта работа, которая изначально была направлена на то, чтобы понять, как эволюционируют чешуя и перья, имеет глубокие последствия для наших знаний об эволюционных процессах, которые приводят к появлению огромного разнообразия форм животных, встречающихся в природе.