«Деревянные певчие птицы – невероятно красочная и разнообразная группа птиц, насчитывающая в общей сложности более сотни видов», – сказала Марселла Байз, научный сотрудник Пенсильванского университета и первый автор статьи. "Эти виды возникли очень быстро в ходе эволюции в том, что биологи называют радиационным видом. Чтобы лучше понять это излучение, мы изучили генетические регионы, связанные с окраской оперения у особенно яркой подгруппы певчих птиц."
Исследовательская группа секвенировала геномы всех 34 видов древесных певчих из рода Setophaga и создала филогенетическое дерево, которое проясняет, как каждый вид связан друг с другом.
Затем они сосредоточились на девяти близкородственных парах «сестринских видов»."Каждая пара является результатом разделения одного вида на два. Наблюдение за сходными эволюционными процессами в каждой из пар позволило исследователям лучше понять общую радиацию.
Документ с описанием их результатов появится сегодня (30 ноября).) в журнале Current Biology.
«В большинстве случаев сложно добраться до генов, лежащих в основе процесса диверсификации, потому что может быть трудно связать определенные гены с конкретными признаками, такими как цвета», – сказал Дэвид Тьюс, доцент кафедры биологии Университета Пенсильвании и руководитель исследовательской группы. «Но многие виды певчих птиц легко скрещиваются, давая гибридное потомство со смесью черт родительских видов, поэтому мы ранее могли связать определенные цветовые узоры с лежащими в их основе генетическими регионами. В этом исследовании мы сосредоточились на двух генах окраски, но смогли изучить их у всех видов этого большого рода, чтобы дать нам окно в остальную часть излучения."
Первый ген, сигнальный белок агути (ASIP), участвует в производстве пигмента меланина, который лежит в основе коричневого и черного оперения у этих певчих птиц.
В пределах каждой пары родственных видов, где были различия в количестве или местонахождении черного или коричневого в их оперении, команда предсказуемо обнаружила генетические различия около ASIP.
«Мы создали эволюционное древо, основанное исключительно на области гена ASIP, которое более четко показывает, как ген изменился по всему роду», – сказал Байз. "Паттерны этого генного дерева отражают паттерны филогенетического дерева, основанные на том, что мы видим во всем геноме. Это означает, что различия, которые мы видим в ASIP, возникли в результате мутаций, возникших независимо у разных видов. Однако дерево генов из второго гена, BCO2, показало совсем другой паттерн, который не совпадал со всем деревом генома, что свидетельствует о различных процессах."
Второй ген, бета-каротин оксигенат 2 (BCO2), участвует в производстве каротиноидных пигментов, которые приводят к ярко-желтому, красному и оранжевому оперению. Исследователи предполагают, что процесс, называемый интрогрессией – обмен генами между видами, которые развились отдельно, – может объяснить, почему характер генетических изменений BCO2 не согласовывался с общим излучением группы.
«Интрогрессия может произойти, когда два отдельных вида гибридизуются, и гибридное потомство продолжает спариваться с одним из исходных видов», – сказал Байз. "Через несколько поколений генетический материал одного вида может быть включен в другой. Сигнал об этой древней интрогрессии может сохраняться в геномах живых людей – например, как тесты на происхождение могут выявить, сколько у вас генов неандертальцев.
В этом случае мы неожиданно обнаружили доказательства древней интрогрессии в BCO2 у двух далеких родственных певчих птиц этого рода."
Исследователи обнаружили свидетельства интрогрессии с участием желтой камышевки и камышевки магнолии, а также с участием степной и желточной камышевки – всех видов с яркой каротиноидной окраской в перьях.
Однако они отмечают, что с текущими данными трудно сказать направленность переноса гена.
«Одна из возможностей состоит в том, что версия BCO2 из камышевки магнолии внедрилась в желтую камышевку, и эта« новая для них »версия вызвала более широкое отложение каротиноидов в перьях желтой камышевки», – сказал Тэйвз. "Забавно думать, что именно древняя интрогрессия сделала желтую камышевку такой желтой!"
Это один из первых примеров переноса каротиноидных генов среди позвоночных.
В совокупности результаты этого исследования предполагают, что как интрогрессия, так и более стандартный способ эволюции, при котором мутации происходят и передаются от родителей к потомству, сыграли роль в создании разнообразия окрасов в этом роде и, возможно, помогли реализовать крайние возможности. диверсификация певчих птиц.
В будущем исследователи надеются связать определенные мутации в этих генах с изменениями окраски оперения и составить карту молекулярных путей, участвующих в производстве пигментов.
Они также хотели бы расширить свое исследование на все 110 видов певчих птиц.
«Есть вероятность, что это может быть интрогрессия полностью из другого рода», – сказал Тэйвс. "Распространение на других певчих птиц позволило бы нам изучить эту возможность и более широко понять излучение этих очаровательных птиц."