Czemu czerwone?

Za czerwoną barwę piór kanarka czerwonego odpowiada przede wszystkim enzym ketolaza karotenoidowa pochodząca od czyżyka czerwonego. Zadaniem ketolazy jest między innymi konwersja żółtych barwników przyswajanych w pokarmie do czerwonych. „Kanarkowa” ketolaza nie jest w stanie wytworzyć czerwonego upierzenia.

Figure thumbnail fx1

 

 

 

 

 

 

 

Dla zainteresowanych cały artykuł poniżej.

Genetic Basis for Red Coloration in Birds

Article (PDF Available)inCurrent Biology 26(11):1-8 · June 2016with587 Reads

Od dawana zastanawiano się jakie geny odpowiedzialne są za czerwony kolor upierzenia kanarków. W 2016 roku opublikowano obszerną pracę naukowo-badawczą pt.” Genetic Basis of Red Coloration in Birds”  w której autorzy typują geny odpowiedzialne za transformację żółtych pokarmowych karotenoidów do czerwonych ketokarotenoidów.
Figure thumbnail fx1Naukowcy zastosowali bardzo ciekawe i nowoczesne podejście badawcze. Punkt wyjścia stanowi fakt, że czerwony kanarek powstał w wyniku skrzyżowania kanarka żółtego oraz czyżyka czerwonego (Spinus cucullata) a następnie trwającego przez wiele generacji krzyżowania uzyskanych hybryd z kanarkiem żółtym w celu poprawy płodności oraz „wyrugo-wania”   cech czyżyka poza czerwonym kolo-rem. W wyniku zestawienia i porównania statystycznego zsekwencjonowanych genomów kanarka czerwonego, żółtego oraz czyżyka ustalono, że przynajmniej dwa regiony genomu odpowiedzialne są za czerwona barwę ptaków. Kolejnym etapem było ustalenie „zawartości” tych regionów czyli określenie produktów genów budujących te regiony. Okazało się, że region NW_007931131 zawiera gen CYP2J19 a region NW_007931203 grupę genów EDC (w tym EDMTFH) odpowiedzialnych za rozwój powłok ciała. Dodatkowe informacje do powyższych wyników genotypowania wniosło skrzyżowanie kanarków żółtych z czerwonymi. Potomek koloru żółtego był heterozygotą w regionie NW_007931131 (1 allel od czyżyka i 1 od kanarka) i homozygotą w regionie NW_007931203 (2 allele od kanarka) a potomstwo heterozygotyczne w przypadku obu regionów było koloru żółtego/pomarańczowego. Pozwala to więc wnioskować, że oba regiony są zaangażowane w wytworzenie czerwonego zabarwienia oraz, że pojedyncza kopia genu czyżyka w regionie NW_007931131 wystarczy do wytworzenia czerwonej barwy podczas gdy region NW_007931203 musi zawierać dwie kopie genu czyżka do uzyskania czerwonej barwy.

Przedstawiona powyżej analiza DNA została potwierdzona także na poziomie ekspresji czyli zbadano w jakim stopniu „sucha” informacja zakodowana w DNA, o której pisałem powyżej jest realizowana na poziomie fenotypowym (np. wytwarzanie enzymów, które przyczyniają się do powstania określonej barwy ptaka).

Autorzy założyli, że wątroba i skóra to dwa najistotniejsze anatomicznie miejsca odpowiedzialne za przekształcanie żółtego barwnika w czerwony, który potrzebny jest do nadania barwy upierzeniu, dlatego porównali ekspresję genów (m.in. CYP2J19 i EDMTFH) u czerwonych i żółtych kanarków w tych własnie miejscach. Zaobserwowano, że  ekspresja genu CYP2J19 jest o wiele wyższa (ponad 1000x)  u kanarków czerwonych niż u żółtych podczas gdy poziom EDMTFH jest zbliżony.

W celu dokładniejszego przeanalizowania poziomu ekspresji ponownie skrzyżowano kanarki czerwone i żółte a następnie przeanalizowano u potomstwa ekspresję poszczególnych alleli opisywanych genów. Autorzy zauważyli, że  100% transkryptów CYP2J19 w skórze i wątrobie było produktem allelu czerwonego kanarka! Poziomy transkryptów EDMTFH z obu alleli były podobne.

Wspomniany wcześniej gen EDMTFH koduje  istotne białko strukturalne o niepoznanej roli. Gen CYP2J19 z kolei, koduje enzym o nazwie ketolaza karotenoidowa, która bezpośrednio odpowiedzialna jest za przekształcanie żółtych barwników pokarmowych w czerwone.

Figure 1. Red Feather Coloration Is Mediated by Carotenoid Ketolation (A) Yellow common canaries (Serinus canaria) lack red ketocarotenoids in their feathers. (B) Red factor canaries have ketocarotenoid-pigmented plumage. This breed is the product of hybridization between the yellow common canary and the red siskin (Spinus cucullata) [7]. (C and D) Rare mutant northern cardinal males (Cardinalis cardinalis; C) lack the red ketocarotenoid-containing feathers worn by wild-type males of the species (D) [8]. (E and F) Male house finches (Haemorhous mexicanus) have feather coloration ranging from yellow (E) to red (F). Plumage redness is proportional to the abundance of ketocarotenoids [9, 10]. (G) Nonbreeding male scarlet tanagers (Piranga olivacea) have yellow plumage. (H) Breeding males grow red ketocarotenoid-based plumage [5, 11]. (I) Examples of the metabolic conversions used by birds to produce ketocarotenoids from yellow dietary precursors via the action of a carotenoid ketolase. Photo credits: Rebecca J. Koch (A and B), Jim McCormac (C), and Geoffrey E. Hill (D–H).  

Jeżeli założy się że skóra jest miejscem produkcji ketokarotenoidów u czerwonych kanarków a gen gen CYP2J19 rzeczywiście koduje wspomnianą ketolazę to można oczekiwać zwiększonej ekspresji tego genu w mieszku pióra czerwonych kanarków w porównaniu z żółtymi. Zostało do potwierdzone badaniami. W mieszkach piór czerwonych kanarków ekspresja CYP2J19 jest na istotnie wyższym poziomie w porównaniu z kanarkami żółtymi. Dodatkowo ekspresja genu CYP2J19 znacząco koreluje z rozłożeniem ketokarotenoidów w rosnącym piórze (rycina).

Jak opisano powyżej, gen CYP2J19 występuje w postaci dwóch alleli (odmian) mianowicie, tej pochodzącej od kanarka oraz tej od czyżyka. Dlaczego allel pochodzący od czyżyka przyczynia się do tworzenia czerwonej barwy a od kanarka nie?  Oba allele kodują przecież ketolazę? Autorzy przypuszczają, że różnice spowodowane są mechanizmem regulacji działania alleli genu CYP2J19. Możliwe, że allel genu CYP2J19 kanarka jest hamowany w obrębie skóry i wątroby w wyniku czego poziom ketolazy jest zbyt niski aby przetworzyć karotenoidy żółte w czerwone. Argumentem potwierdzającym tą hipotezę jest występowanie transkryptów CYP2J19 oraz astaksantyny (powstaje z żółtej zeaksantyny) w siatkówce oka ptaków w jednakowych ilościach  bez względu na kolor ptaka.

Genetic Basis for Red Coloration in Birds

Article (PDF Available)inCurrent Biology 26(11):1-8 · June 2016with587 Reads

DOI: 10.1016/j.cub.2016.03.076

3 myśli nt. „Czemu czerwone?

  1. Bardzo mi się podoba, że w przytaczasz źródło natywnego artykułu. Ja się swoją drogą zastanawiam, skąd pochodzi barwa kanarka białego recesywnego?

    • Nie wiem. Kolorystyka ptaków to bardzo złożony problem. Mnóstwo teorii, mało faktów. Recesywny jest całkiem biały. Ale jeżeli ptak jest biały to znaczy, że w jego piórach nie jest zdeponowany żaden pigment, ani lipochromowy ani melaninowy. Barwa biała powstaje poprzez odbijanie wszystkich promieni świetlnych od struktur pióra. Poczytam więcej na ten temat i postaram się opisać na stronie.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *