Вчені перетворили курячу луску на пір’я

Команда UNIGE показує, як конкретна модифікація експресії генів змушує пір’я замінити луску в курки. Луска, колючки, пір’я та волосся є прикладами шкірних придатків хребетних, які складають надзвичайно різноманітну групу мікроорганів. Незважаючи на природну різноманітність форм, ці придатки мають спільні ранні процеси розвитку на ембріональній стадії. Двоє дослідників з Женевського університету (UNIGE) виявили, як назавжди перетворити лусочки, які зазвичай покривають ноги курей, на пір’я, спеціально модифікувавши експресію певних генів. Ці результати, опубліковані в журналі Science Advances, відкривають нові перспективи для вивчення механізмів, які забезпечили радикальні еволюційні зміни форм між видами.

Шкіра наземних хребетних прикрашена різноманітними ороговілими придатками, такими як волосся, пір’я та луска. Незважаючи на різноманітність форм усередині та між видами, ембріональний розвиток придатків шкіри зазвичай починається дуже подібним чином. Дійсно, усі ці структури розвиваються з клітин, які виробляють локальне потовщення на поверхні шкіри та експресують певні гени. Один із цих генів, який називається Sonic hedgehog (Shh), контролює сигнальний шлях — систему зв’язку, яка дозволяє передавати повідомлення всередині та між клітинами. Сигнал Shh бере участь у розвитку різноманітних структур, включаючи нервову трубку, зачатки кінцівок і придатки шкіри.

Спільний предок

Лабораторія Мішеля Мілінковіча, професора кафедри генетики та еволюції факультету природничих наук UNIGE, зацікавлена ​​у фізичних і біологічних процесах, які породжують різноманітність придатків шкіри у хребетних. Зокрема, його група раніше продемонструвала, що волосся, пір’я та луска є гомологічними структурами, успадкованими від спільного предка рептилій.

Пір’я курячого ембріона використовуються вченими як модель системи для розуміння розвитку придатків шкіри. Хоча відомо, що деякі породи курей, такі як різновиди «Брахма» та «Сейблпут», демонструють оперення на ногах і тильні поверхні стоп, генетичний детермінізм цієї риси не повністю зрозумілий.

Перехідна модифікація для постійних змін

Оскільки сигнальні шляхи, відповідальні за цю трансформацію, не були повністю визначені, група Мішеля Мілінковича дослідила потенційну роль шляху Shh. «Ми використали класичну техніку «підсвічування яєць», коли потужний факел освітлює кровоносні судини всередині яєчної шкаралупи. Це дозволило нам точно обробляти курячі ембріони молекулою, яка спеціально активує шлях Тсс, вводячи її безпосередньо в кров», — пояснює Рорі Купер, докторант у лабораторії Мішеля Мілінковіча та співавтор дослідження.

Двоє вчених помітили, що цього одноетапного специфічного лікування достатньо, щоб викликати утворення великої кількості молодого пухового пір’я на ділянках, які зазвичай були б покриті лусочками. Примітно, що ці експериментально створені пір’я можна порівняти з тими, що покривають решту тіла, оскільки вони є регенеративними й згодом автономно замінюються пір’ям дорослих особин.

Після порівняння з ембріонами, яким вводили «контрольний» розчин (без активної молекули), аналіз секвенування РНК показав, що шлях Shh одночасно і постійно активується після ін’єкції молекули. Це підтверджує, що активація шляху Shh лежить в основі перетворення луски на пір’я.

«Наші результати показують, що еволюційний стрибок — від луски до пір’я — не потребує великих змін у складі чи експресії геному. Натомість тимчасова зміна в експресії одного гена, Shh, може спричинити каскад подій розвитку, що призведе до утворення пір’я замість луски», — каже Мішель Мілінкович. Таким чином, це дослідження, спочатку зосереджене на вивченні розвитку луски та пір’я, має важливе значення для розуміння еволюційних механізмів, що породжують величезну різноманітність форм тварин, які спостерігаються в природі.