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单个基因的变异驱动不同的鸽子羽毛图案

在一项新的研究中,由犹他大学生物学家领导的研究小组发现,单个基因的不同版本,称为NDP(Norrie Disease Protein),在鸽子的颜色模式和人类的视力缺陷之间存在意想不到的联系。这些基因变异很可能是由来自不同鸽种的人类繁殖成鸽子,现在在生活在城市环境中的野生野生种群中具有进化优势。

U生物学家分析了国内摇滚鸽(Columba livia)的基因组,以确定控制鸽翼羽毛四种基本颜色模式的突变。他们比较了默认的祖先“条形”图案,它以翼尖附近的水平黑色条纹命名,与较暗的“格子”图案,最暗的“T-check”图案和最轻的“无条纹”图案相比较。

他们发现NDP基因附近的DNA序列在酒吧鸟类和T检查和检查鸟类之间是非常不同的。此外,一些T-check和checker鸽子在基因附近有更多的DNA拷贝,导致羽毛中的色素更多。在所有情况下,基因序列本身都没有改变。相比之下,色素最少的无条纹鸟类在基因序列本身中存在突变,这可能会影响其功能。

“这是相当古怪的。它是相同的基因,但它以不同的方式被修改以获得完全不同的结果,”U的生物学教授,该论文的高级作者Mike Shapiro说。

这是NDP首次与色素变异有关。鸽子育种者报告说,无犬鸟类已有数十年的视力问题。这项研究发现,无遗传鸽中发现的完全相同的NDP突变也存在于遗传性失明的两个人类家族中,这表明这部分NDP基因在眼睛发育中很重要。

以前的研究表明,较暗的格子和T-check鸟在城市环境中具有优势;他们有更长的繁殖季节,并且许多年轻人出巢。新的U研究发现,与检查和T检查模式相关的遗传变化可能是由于人类用非洲斑点鸽(Columba guinea)(一种撒哈拉以南非洲常见的野生鸽)繁殖国内原鸽而引起的。在鸽子驯化很久之后,几百年前,一种版本的NDP基因被引入国内鸽子。这意味着令人惊叹。

“人类可能已将一种特性转移到另一种他们驯化过的其他物种,而这种特性现在已经出现在野外,现在它特别有利于人类创造的栖息地,”夏皮罗说。“这很疯狂。”

该研究于2018年7月17日在线发表在eLife杂志上。

人为驱动的多样性

自从5000多年前驯养这种原鸽以来,人类已经培育了350多种不同颜色,图案,形状和大小的鸽子。这些不起眼的街头小鸟在战斗中帮助了亚历山大大帝,并帮助查尔斯达尔文在“物种起源”中解释了自然和人工选择。今天,业余爱好者通过在世界各地的育种比赛中争夺现金奖和荣耀来推动物种内的大部分多样性。

研究人员与美国西部持续时间最长的赛鸽俱乐部 - 犹他州鸽子俱乐部和全国鸽子协会合作,获取必要的血液样本,以研究驱动多种色素沉着模式的分子机制。在20世纪初,遗传学家首先记录了四种基本颜色模式可能是由染色体上单个区域或基因座的变异决定的。爱好者可能已经知道更长时间的基础遗传学。

“如果你将两种不同的组合结合在一起,鸽子育种者会知道鸟的样子。在不了解所涉及的分子的情况下,他们知道哪些物理特征是显性的,哪些是隐性的,”U和领导的博士候选人Anna Vickrey说。该论文的作者。

Vickrey及其同事对四个品种的基因组进行了测序,测试了可能调节不同颜色模式的候选基因。他们发现无犬的鸽子在NDP基因序列中有突变,阻碍了色素的产生。然后,他们确定深色羽毛的鸟类有更多可能的调节DNA序列的拷贝,其在检查者和t检查鸟类中拨打NDP的表达。

“看到色素基因表达多少的变化,以及一套物理特征中基因序列的变化都是独一无二的。这绝对令人兴奋,”Vickrey说。

“事实证明,你所拥有的DNA区域有多少副本决定了你的翅膀有多深。所以,这是一种通过简单地复制DNA片段来进化色素沉着等特征的机制。它不是真正从头开始进化的东西,它正在服用你得到了什么,制作了更多副本,“夏皮罗补充道。

人际关系

尽管在鸟类世界中未知,但NDP基因在人类中得到了很好的研究。基因中的数十个突变导致失明,耳聋,精神分裂症以及运动和智力问题。然而,无栏鸽的变异只会影响他们的色素沉着和视力。日本至少有两个在NDP中具有相同突变的家庭只有遗​​传性失明。它指出至少部分基因对视力很重要。

“我们之前发现这种基因并没有与色素沉着特征有关。它与眼病有着非常有趣的联系,因此暗示色素沉着和眼睛发育之间的共同联系,值得跟进,”夏皮罗说。

研究人员正在与U的莫兰眼科中心合作,研究无腹鸽视网膜背后的静脉和动脉,以深入了解NDP突变对眼睛发育的影响。

此外,检查员和T-check鸽子似乎还有其他生殖和生理变化,让他们在城市栖息地中茁壮成长。生物学家正在调查相关特征是否会增加NDP不仅改变色素沉着模式的可能性,还会改变其他重要的健康特征。

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