Канарские острова приручены с 15 века и являются потомками дикой канарейки, обитающей на Азорских островах, Мадейре и Канарских островах в северной части Атлантического океана. Как и их дикие предки, одомашненные канарейки поют стереотипные песни в условиях долгого дня (размножения) и более вариативные песни в условиях короткого дня (не в условиях размножения). Канарейка стала предпочтительной моделью для исследования неврологических изменений, влияющих на гормонозависимую песню. Это связано с тем, что у него ярко выраженный репродуктивный сезон с сезонными изменениями в песнях и концентрациях стероидных гормонов, а также разная степень пластичности мозга между сезоном размножения и сезоном отсутствия размножения.
Команда исследователей из отдела поведенческой нейробиологии Манфреда Гара в Институте орнитологии Макса Планка в Зевизене и из Центра секвенирования под руководством Бернда Тиммерманна из Института молекулярной генетики Макса Планка в Берлине вместе с коллегами из Бразилии и Великобритания изучила эволюцию регуляции генов, чувствительных к гормонам, у певчих птиц. Результатом работы стала первая качественная сборка и аннотация генома самки канарейки.
У птиц самки относятся к «гетерогаметному» полу (ZW), и поэтому анализируемая последовательность генома содержит оба типа половых хромосом, говорит Хайнер Куль из Института молекулярной генетики Макса Планка.
Выравнивание полных геномов канарейки и уже идентифицированных геномов по всем таксонам птиц показало, что в глобальном масштабе геномы птиц очень похожи. Однако различия проявились, когда сравнения проводились по более тонкой шкале. Например, на уровне нуклеотидов существуют значительные различия между видами, которые могут влиять на небольшие генетические последовательности, такие как сайты связывания рецепторов стероидных гормонов.
Такие различия в этих регионах могут привести к серьезным различиям в регуляции генов даже между близкородственными видами, – говорит Каролина Франкл-Вилчес из Института орнитологии Макса Планка.
После этого глобального анализа ученые сосредоточили свое внимание на генных сетях, которые имели три характеристики – демонстрировали обогащение или недостаточную представленность в профилях экспрессии контролирующих композицию регионов HVC и RA, демонстрировали сезонность и были чувствительны к тестостерону.
Чтобы проверить, являются ли гормоночувствительные элементы среди этих генов специфичными для канарейки, они также изучили гены зебрового вьюрка, потому что этот вид не развил чувствительную к гормонам экспрессию песен. Среди всех генов, экспрессируемых HVC, включая сезонные гены и гены, индуцированные тестостероном, многие были строго специфичными для канареек.
Этот анализ выявляет конкретные эволюционные изменения в различных частях певческой системы, которые контролируют сезонное певческое поведение. Таким образом, у канарейки те гены, которые чувствительны к тестостерону и эстрогену, а также участвуют в перестройке нейронов, могут иметь решающее значение для повторной дифференцировки основного нейронального субстрата, такого как HVC, что приводит к формированию сезонного паттерна песни.
Настоящее исследование демонстрирует необходимость высококачественной сборки генома для выявления эволюции генов в сравнительных исследованиях, – говорит координатор исследования Манфред Гар из Института орнитологии Макса Планка.