Ученые выяснили, почему куры бывают таких разных цветов

Фото из открытых источников

Красная джунглевая курица Юго-Восточной Азии имеет один основной облик. Ее деревенские потомки носят почти все остальные. Домашние куры бывают сплошного черного, снежно-белого, пятнистого, полосатого окраса, а также десятков промежуточных вариантов. Вся эта цветовая гамма проявилась очень быстро – за короткий промежуток времени с тех пор, как люди начали разводить этих птиц.

Долгое время причина этого оставалась неясной. Теперь команда из Колледжа ветеринарной медицины и биомедицинских наук Техасского университета A&M (VMBS) выяснила, что это связано с одним геном, который ведет себя необычно. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Куры стали идеальной площадкой для проверки подобных вопросов. После тысяч лет селекции их гены сохранили необычайно подробную летопись эволюционных изменений. Цвет перьев определяется рецептором MC1R. Он расположен на пигментных клетках и работает как переключатель.

Увеличьте мощность, и клетка начнет вырабатывать черный и коричневый пигмент. Уменьшите мощность, и та же клетка начнет вырабатывать красный и желтый пигмент.

«В ходе этого исследования была обнаружена сверхбыстрая эволюция гена MC1R, который играет решающую роль в пигментации у кур и других позвоночных, включая человека», — сказал профессор Лейф Андерссон из Ветеринарного колледжа.

Один и тот же ген регулирует цвет шерсти у свиней, собак и мышей. Он также помогает задавать тон волос и кожи у человека. Команда извлекла последовательность гена MC1R из 10 026 образцов, полученных от диких красных джунглевых кур, а также от 9710 домашних кур 393 пород и линий.

Такая широкая сеть улавливает закономерности, которые не удалось бы обнаружить при небольшой выборке. Большинство диких джунглевых кур по-прежнему сохраняли простые, исконные варианты окраски, в то время как у домашних птиц их стало гораздо больше.

«Это позволило нам получить полную картину генетического разнообразия в локусе MC1R у кур», — сказал Андерссон. «Мы продолжаем использовать этот набор данных для дальнейшего анализа других генов».

Ранее считалось, что одна мутация связана с одним цветовым признаком. У чёрной птицы наблюдалось одно изменение, у красной — другое, каждое из которых действовало независимо. Цифры, полученные при изучении кур, не соответствовали этой версии. Всего девять распространенных мутаций привели к появлению 18 различных вариантов гена.

«Обычно, когда мы обнаруживаем вариант гена, вызывающий определенный признак с простым моногенным наследованием, мы, как правило, находим единственную мутацию, вызывающую фенотип», — сказал Андерссон. «Здесь мы показываем, что множественные мутации с различным влиянием на функцию белка вызывают вариации в фенотипах пигментации».

Секрет появления дополнительных версий заключается в процессе, называемом генной конверсией. Между версиями гена копируются короткие участки ДНК, соединяя мутации, которые изначально возникли по отдельности; этот обмен, по-видимому, провоцируется необычно высоким содержанием G и C в экзоне.

Подобная рекомбинация делает больше, чем просто перемещает мутации. Она позволяет нескольким изменениям распространяться на гораздо большее количество вариантов, чем предполагает общее количество.

«Можно сказать, что результатом этих рекомбинаций является то, что один плюс один равно четырем, а не просто двум», — сказал Андерссон. «Если две разные мутации происходят в разных позициях гена, рекомбинация может породить совершенно новые комбинации, создавая четыре различных варианта вместо двух».

«Эволюционные изменения обычно представляют собой медленный процесс, но здесь мы показываем, что множество мутаций было отобрано за относительно короткий промежуток времени», — сказал Андерссон. «Различные варианты генов обусловлены накоплением новых мутаций и комбинаторным процессом, в котором различные комбинации мутаций приводят к различным вариантам пигментации».

Большинство этих изменений, по-видимому, произошли лишь после того, как люди одомашнили птиц. Этот период охватывает примерно 10 000 лет, что по эволюционным меркам — мгновение.

Не каждая мутация выполняет одну и ту же функцию. В лаборатории команда воссоздала каждый вариант и наблюдала, как это меняет поведение рецептора. Некоторые изменения заблокировали переключатель, поэтому приемник продолжал подавать сигналы без каких-либо подсказок. Они располагались позади самых темных птиц, таких как длиннохвостые черные и березовые.

Другие смягчали сигнал или изменяли место контакта рецептора с белком-партнером. Эти более мягкие изменения соответствовали более светлому оперению, таким птицам, как бурые, лютиковые и пшеничные. В одной из распространенных версий одновременно присутствовали три таких изменения. Финальный цвет отражал все три эффекта, объединенные вместе.

Наиболее выраженный эффект наблюдался у птиц, не имеющих никакой окраски. Чисто белое оперение бывает двух типов: доминантный белый и рецессивный белый, каждый из которых определяется разными генами. MC1R не создает ни одного из этих белых узоров. Он по-прежнему смещает баланс в их сторону.

У птиц с доминантным белым геном наблюдались варианты MC1R, которые обеспечивают выработку большого количества черного пигмента. У птиц с рецессивным белым геном чаще встречались варианты, которые подавляют выработку этого пигмента. Иными словами, ген, отвечающий за яркие цвета, также влияет на то, насколько чисто птица становится белой. Здесь он выступает в роли модификатора, усиливая или ослабляя действие другого гена.

Полученные результаты выходят далеко за рамки птицеводства. Для заводчиков генетика предоставляет возможность поддерживать стандарты окраски пород на стабильном уровне из поколения в поколение.

«Важным направлением будущих исследований станет изучение того, насколько распространен этот механизм перетасовки в животном мире», — сказал Андерссон. «Это явление чаще встречается в некоторых частях генома и у некоторых видов?»