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黄色和蓝色如何在鹦鹉中变绿

当谈到壮观的色彩展示时,鸟类在自然界中显而易见。许多色彩鲜艳的鸟从他们吃的食物中获取颜料,但鹦鹉的情况并非如此。现在,研究人员报告了一项关于熟悉的宠物商店长尾小鹦鹉(也称为虎皮鹦鹉)的研究,有新的证据可以解释这些鸟类如何产生特有的黄色,蓝色和绿色羽毛。

研究人员说,10月5日“细胞”杂志上发表的研究结果有望为鹦鹉的进化研究增添一个重要的维度。

“鹦鹉是研究鹦鹉颜色的一个很好的系统,因为过去150年来人工选择导致大量简单的孟德尔遗传特征影响着色,”斯坦福大学的第一作者托马斯库克说。“我们在虎皮鹦鹉身上发现了一种未表征的基因,它在羽毛中高度表达,能够合成鹦鹉的黄色色素。”

一个多世纪以来,科学家们研究了虎皮鹦鹉的颜色。他们知道鹦鹉会产生鹦鹉螺,这是一种红色到黄色的色素,在任何其他类型的脊椎动物中都找不到。他们还知道,在一些长尾小鹦鹉中无法产生黄色色素会使鸟类从黄色和绿色变为蓝色。但目前尚不清楚涉及哪些基因和生化途径。

为了在新研究中找到答案,由斯坦福大学的Carlos Bustamante领导的团队首先使用全基因组关联作图来识别含有蓝色突变的区域。该地区包含几个基因,因此尚不清楚它们中的哪一个是负责任的。

为了进一步缩小范围,研究人员测定了234个虎皮鹦鹉的DNA,其中105个为蓝色。他们还对来自澳大利亚的15个博物馆标本进这些研究指出了一种突变基因(MuPKS),它在蓝鸟中编码一种鲜为人知的聚酮化合物酶。

在另一项关键实验中,研究人员比较了绿色和黄色与蓝色虎皮鹦鹉的羽毛基因表达。这些研究表明MuPKS在两种颜色品种的鸟类中高度表达,但在蓝色斑点中的保守残基处存在单个氨基酸取代。

研究人员接下来克隆了MuPKS基因并将其插入酵母中,以确定酵母是否会开始产生黄色色素。他们做到了。

研究人员表示,发现MuPKS中的突变导致这种明显的颜色变化是令人惊讶的。这是因为在几乎所有的鸟类中都发现了类似的基因。不同的是,鹦鹉家族以外的鸟类如鸡和乌鸦不会在它们的羽毛中表达这种酶。结果,它们不是黄色的。这一发现表明导致鹦鹉鲜艳色彩的关键进化变化是基因表达模式。

“据推测,除了色素沉着外,这种基因在非鹦鹉中也有一定的功能,但我们不知道它可能是什么,”库克说。

研究人员的另一个惊喜是,一旦羽毛完全形成,这种酶在羽毛的一部分中表达最高。它表明这些细胞必须产生颜色并在它们死亡之前将其沉积在相邻的细胞中。

颜色在鸟类如何相互作用中起着重要作用,包括它们如何选择配偶。研究人员表示,随着他们更多地了解这些酶的控制方式,这些研究结果可以应用于世界各地的许多鹦鹉,从澳大利亚的深红色玫瑰花到阿根廷的穴居鹦鹉。

“看到DNA水平的变化是不同种类鹦鹉内部和之间颜色差异的基础,这将是有趣的,”库克说。

研究人员得到了美国国立卫生研究院的支持。

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