Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Biologi

Ved hjælp af moderne genomik til at gøre alligatorskæl til fuglelignende fjer

Normale embryonale skalaer (venstre) sammenlignet med det aflange fjerlignende vedhæng efter genetisk manipulation (højre). Kredit:USC

Ved første øjekast, de fleste mennesker ville ikke tro, at alligatorer eller fugle var evolutionære fætre. Men faktisk, krybdyr er de nærmeste levende slægtninge til fugle, og alle stammer fra archosaurerne, de "herskende krybdyr", der engang dominerede Jorden for 250 millioner år siden.

Archosaurer gav anledning til dinosaurernes alder og, til sidst, fugle og krybdyr som deres eneste levende efterkommere.

For nylig, mange overgangsdinosaurfossiler med fuld eller delvis fjerdragt er blevet afdækket. Forskere spekulerer i, at disse primitive "proto-fjer" af fjerede dinosaurer kan have udviklet sig til at hjælpe endotermi, tiltrække kammerater, gav dem en evne til bedre at overgå rovdyr, og til sidst glide og flyve.

Men præcis hvordan den ydre hud og underliggende væv specificerer fjer kontra skalaer - og i sidste ende udviklingen af ​​flyvning - er forblevet et mysterium.

Imidlertid, denne rige evolutionære arv bør stadig være indlejret i alt levende fugle- og krybdyr -DNA.

For forskere som regenerativ medicinlæge Dr. Cheng-Ming Choung, professor i patologi ved Keck School of Medicine i USC, feltet er nu modent til plukning med de fremskridt inden for moderne genomik, der kan finpudse de molekylære spor, der er ansvarlige for fjerens udvikling og flugt.

Og i en ny undersøgelse offentliggjort i den avancerede online -udgave af Molekylærbiologi og evolution , Chuong har ført et internationalt team til at identificere en overflod af nye gener, der er involveret i skala og fjerudvikling.

"Vi har nu en potentiel molekylær forklaring på disse hypoteser om manglende links, "sagde Chuong.

De har også demonstreret evnen til at gøre skalaer til fjer, ved at tænde og slukke vigtige molekylære kredsløb på kritiske stadier af vækst og udvikling i skala.

"Disse resultater viser, at forskellige forstyrrelser forårsager forskellige skalaer til fjerkonvertering, indebærer, at skalaer har evnen til at danne fjer givet de korrekte molekylære signaler, "sagde Chuong.

Til undersøgelsen, holdet udførte en komplet RNA -transkriptom- og DNA -genomisk analyse af udviklende kyllinger og alligatorer for at identificere deres genekspressionsforskelle og de centrale gener i skala eller fjerdannelse.

Næste, de placerede disse unikke kyllingefjergener i alligatoræg, forsigtigt tænde eller slukke dem under deres voksende hud for at genvække en gammel programmering, der kan gøre skalaer til fjer.

"Vores analyser førte til identifikationen af ​​fem morpho-regulerende moduler, der er afgørende for moderne fjerdannelse, "sagde Chuong." Vi foreslår, at disse moduler oprindeligt kan udvikle sig som forskellige strategier for bedre tilpasning. Til sidst, den integrerende kombination af fem morpho-regulerende moduler opnår den meget succesrige fjerarkitektur i dag, tillader Ave -klassen at gøre krav på det meste af den åbne himmel som deres økologiske niche. "

Disse nøglekredsløb fører til spirende og forlængelse af vedhæng, follikel med stamceller og dermal papille for at tillade cyklisk regenerering, barbrygningsdannelse med forskellige forgreningsformer, og specifik fjer keratin differentiering.

Nogle molekyler kunne kun fremkalde et af de fem kriterier, f.eks., Sox2 -genet kan tænde fjer spirende og fuldstændigt hæmmer dannelse af skalaer, mens Grem1 kan fremkalde barb-lignende forgrening.

"Andre molekyler, såsom retinsyre eller Sox18, har en større evne til at få scutate-skalaer til at danne fjerlignende hudtilføjelser, "sagde Chuong." Disse fjerlignende vedhæng viser alle fem kriterier, der definerer fjer, antyder, at de handler på et højere hierarkisk niveau i denne evolutionære vej. "

Disse mesterregulatorer kan have været de allerførste gener, der tilpassede sig under den gamle archosaur -evolution og opnåede en nyfunden evne til fremstilling af nutidens komplekse fjer.

"Spændende nok, nogle af disse fænotyper ligner de usædvanlige filamentagtige tillæg, der findes i fossiler af fjerede dinosaurer. "

Inspireret af den "flyvende drage, "Ping Wu vil udfordre alligatorskalaer til at danne fjer. Ved tvunget udtryk for spirut og beta-catenin, gener, de fandt ud af at hjælpe med at konvertere kyllingeskæl til fjer, de er i stand til at forårsage dannelse af aflange skæl i alligatorens embryonale hud.

Undersøgelsen tilføjer betydeligt til den voksende liste over gener og molekyler, der vides at fremkalde fjerlignende strukturer hos fugle og har etableret et kraftfuldt nyt system i alligatorer for at teste og yderligere undersøge udviklingen af ​​flyvning.


Varme artikler