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Cell:美学者揭示基因对鹦鹉羽毛颜色的影响

摘要 : 2017年10月5日,国际著名学术杂志《Cell》杂志在线发表了美国斯坦福大学医学院Carlos D. Bustamante研究员的一篇研究论文,研究报道了基因表达模式是如何让鹦鹉变换羽毛颜色的。

2017年10月5日,国际著名学术杂志《Cell》杂志在线发表了美国斯坦福大学医学院Carlos D. Bustamante研究员的一篇研究论文,研究报道了基因表达模式是如何让鹦鹉变换羽毛颜色的。

当谈到绚丽多姿的色彩时,鸟类显然是自然界中的佼佼者。许多色彩鲜艳的鸟从食物中获得色素,但鹦鹉却并非如此。现在,研究人员报告了一项对虎皮鹦鹉的研究,提到有新证据解释这些鸟是如何产生其特有的黄色、蓝色和绿色羽毛的。

“过去150年间的人工选择,让虎皮鹦鹉出现了大量影响颜色的简单孟德尔遗传性状,因此,虎皮鹦鹉是研究鹦鹉色彩的绝佳模式动物。”文章第一作者Thomas Cooke说,“此次,我们在虎皮鹦鹉的生长羽毛中鉴定出了一种非典型的高表达基因,它能生产鹦鹉身上的黄色素。”

之前研究显示,虎皮鹦鹉身上有一类未在其他脊椎动物中发现的表现为红色到黄色的色素——psittacofulvins。而且,人们还发现一些不能产生黄色素的长尾小鹦鹉的羽毛也有黄色到绿色到蓝色的颜色变换。然而,参与鹦鹉羽毛颜色的基因和生化途径一直不得而知。

在新研究中,该研究组使用了全基因组关联图谱鉴定了一个包含蓝色突变的遗传区域,该区域富含几个基因,但不确定哪种基因起主要作用。为了缩小范围,研究人员测序了234只活虎皮鹦鹉(其中105只为蓝色)和澳大利亚15个博物馆鹦鹉标本的DNA。他们指出,蓝色鹦鹉携带单突变基因MuPKS,编码了一个鲜为人知的聚酮合成酶。而且,实验显示,MuPKS在绿黄鹦鹉羽毛上出现高量表达,但是蓝鹦鹉羽毛中MuPKS的一个单氨基酸被替换了。

之后,研究人员克隆了MuPKS基因,并将其插入酵母基因组以检查酵母是否会产生黄色颜料。结果正如所料。这些实验证明,基因表达模式赋予了鹦鹉变换的羽色。

原文链接:

Genetic Mapping and Biochemical Basis of Yellow Feather Pigmentation in Budgerigars

原文摘要:

Parrot feathers contain red, orange, and yellow polyene pigments called psittacofulvins. Budgerigars are parrots that have been extensively bred for plumage traits during the last century, but the underlying genes are unknown. Here we use genome-wide association mapping and gene-expression analysis to map the Mendelian blue locus, which abolishes yellow pigmentation in the budgerigar. We find that the blue trait maps to a single amino acid substitution (R644W) in an uncharacterized polyketide synthase (MuPKS). When we expressed MuPKS heterologously in yeast, yellow pigments accumulated. Mass spectrometry confirmed that these yellow pigments match those found in feathers. The R644W substitution abolished MuPKS activity. Furthermore, gene-expression data from feathers of different bird species suggest that parrots acquired their colors through regulatory changes that drive high expression of MuPKS in feather epithelia. Our data also help formulate biochemical models that may explain natural color variation in parrots.

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