Люспите, бодлите, перата и космите са примери за кожни израстъци при гръбначните животни, които представляват изключително разнообразна група микрооргани. Въпреки естественото си многообразие от форми, тези израстъци имат общи процеси на ранното си развитие в ембрионален стадий.
Двама изследователи от Женевския университет (UNIGE) са открили как да трансформират трайно люспите, които обикновено покриват краката на пилетата, в пера чрез специфично модифициране на експресията на определени гени.
Тези резултати, публикувани в списание Science Advances, откриват нови перспективи за изучаване на механизмите, които са позволили радикални еволюционни преходи във формата на видовете.
Кожата на сухоземните гръбначни животни е украсена с разнообразни кератинизирани израстъци, като косми, пера и люспи. Въпреки разнообразието от форми в рамките на видовете и между тях, ембрионалното развитие на кожните придатъци обикновено започва по много сходен начин. Всъщност всички тези структури се развиват от клетки, които произвеждат локално удебеляване на повърхността на кожата и експресират определени гени. Един от тези гени, наречен Sonic hedgehog (Shh), контролира сигнален път - комуникационна система, която позволява предаването на съобщения в рамките на клетките и между тях. Shh сигнализацията участва в развитието на различни структури, включително невралната тръба, пъпките на крайниците и кожните израстъци.
Общ предшественик
Лабораторията на Мишел Милинкович (Michel Milinkovitch), професор в катедрата по генетика и еволюция в UNIGE, се интересува от физическите и биологичните процеси, които пораждат разнообразието на кожните израстъци при гръбначните животни. По-специално, неговата група вече е доказала, че космите, перата и люспите са хомоложни структури, което означава, че изпълняват една и съща функция при различни биологични видове и са еволюирали от една и съща структура на общ предшественик на влечугите.
Перата на пилешкия ембрион се използват от учените като моделна система, за да се разбере развитието на кожните придатъци. Макар да е известно, че някои породи пилета, като например породите "Brahma" и "Sablepoot", имат пера на краката и отгоре на стъпалата, генетичната детерминираност на този признак не е напълно изяснена.
Преходна модификация за трайна промяна
Тъй като сигналните пътища, отговорни за тази трансформация, не са напълно определени, екипът на Мишел Милинкович изследва потенциалната роля на пътя Shh.
"Използвахме класическата техника "egg candling", при която мощно фенерче осветява кръвоносните съдове от вътрешната страна на яйчената черупка. Това позволява прецизно третиране на пилешки ембриони с молекула, която специфично активира пътя Shh, инжектирана директно в кръвния поток", обяснява Рори Купър (Rory Cooper), постдокторант в лабораторията на Мишел Милинкович и съавтор на изследването.
Двамата учени отбелязват, че това специфично за етапа третиране е достатъчно, за да предизвика образуването на обилни млади пухови пера в области, които обикновено са покрити с люспи. Забележително е, че тези експериментално създадени пера са сравними с тези, които покриват останалата част от тялото, тъй като те се регенерират и впоследствие самостоятелно се заместват от пера на възрастни.
След сравнение с ембриони, инжектирани с "контролен" разтвор (без активната молекула), анализът на РНК секвенцията показва, че пътят Shh се активира незабавно и трайно след инжектирането на молекулата. Това потвърждава, че активирането на пътя Shh е в основата на превръщането на люспите в пера.
Активирането на пътя на Shh променя съдбата и регионализацията на кожния израстък.
Пробите са третирани с единична интравенозна инжекция или с DMSO (контроли), или с 200 μg SAG, преди последващо фиксиране и изобразяване на различни етапи. Контролните проби са в левите панели. Кредит:UNIGE / Cooper & Milinkovitch
''Нашите резултати показват, че еволюционният скок - от люспи към пера - не изисква големи промени в състава на генома или в експресията. Вместо това краткотрайна промяна в експресията на един ген, Shh, може да доведе до каскада от еволюционни събития, водещи до образуването на пера вместо люспи", обяснява Мишел Милинкович.
Следователно това изследване, първоначално насочено към изучаване на развитието на люспи и пера, има важно значение за разбирането на еволюционните механизми, пораждащи огромното разнообразие от животински форми, наблюдавани в природата.
Справка: Transient agonism of the sonic hedgehog pathway triggers a permanent transition of skin appendage fate in the chicken embryo
Rory L. Cooper and Michel C. Milinkovitch
SCIENCE ADVANCES 17 May 2023 Vol 9, Issue 20 DOI: 10.1126/sciadv.adg9619
Източник: Scales or feathers? It all comes down to a few genes, University of Geneva
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари