Перья и рыбья чешуя сформированы похожими генами

Чтобы увидеть, разделяет ли колючая рыба сигнальные пути, обнаруженные в других организмах, ученые собрали образцы во время брачного безумия на берегах Японии. Исследователи сообщили, что один набор генов способствует развитию позвоночника толстолобика, чешуи рыбок данио, шерсти мыши и куриных перьев. Новое исследование, проведенное на японской травяной рыбе (Takifugu niphobles), подтверждает недавние выводы о том, что одни и те же сигнальные пути сформированы похожими генами позвоночных, но представляет собой первую попытку продемонстрировать это у таких малоизвестных видов.

Строительные блоки

Строительные блоки этих структур в значительной степени сохраняются у позвоночных. Даже эти колючки из этой действительно странной, производной группы рыб, рыб-куропаток, по-прежнему используют тот же набор генов, который делает волосы, перья, чешую рыбы и кожные зубцы акул. Pufferfish принадлежат к отряду Tetraodontiformes, группе рыб, которые могут похвастаться разнообразными придатками кожи от колючих чешуек до покрытой металлом брони. Считалось, что это новое украшение возникло из типичных форм рыбьей чешуи, но никто не знал, когда и какими механизмами. Заметив, что у некоторых рыб Tetraodontiformes растут чешуйки с одним колючим концом, исследователи выдвинули гипотезу, что связанные придатки могут пройти через ступенчатую стадию, прежде чем принять свою окончательную форму. Изучая рыбу, они обнаружили, что это не так. Чтобы наблюдать за развитием позвоночника, доктор Фрейзер и его коллеги отправились в Японию во время короткого сезона размножения T. niphobles. В течение двух месяцев лета взрослые рыбы отправляются на берег, дико покачиваясь, выпуская яйца и сперму на песок. Исследователи собирали самцов и самок с пляжа Арай в префектуре Канагава и оплодотворяли тысячи яиц на местной морской станции.

Анализ экспрессии генов

Исследование Pufferfish подтверждает, что придатки кожи управляются похожим геном у всех животных. У зародышей начали расти шипы на подмышках примерно через 12 дней после оплодотворения, не проходя стадию, похожую на чешую. Независимо от того, насколько различны конечные придатки, исследователи предсказали, что все они будут управляться одной и той же генетикой, учитывая то, что, как было установлено, контролирует развитие кожных покровов других животных. Действительно, анализ экспрессии генов показал, что один и тот же набор сигнальных путей, наблюдаемый у перьев, чешуек и волосков, также стимулировал развитие позвоночника. Исследователи использовали эти пути, и смогли изменить общее количество и расположение шипов у мутантной рыбы. Авторы также использовали CRISPR-Cas9 для разрушения сигнального пути Eda, который, как известно, помогает определить размер, форму и расстояние между придатками кожи у различных видов позвоночных. Eda оказалась критически важной для нормального развития позвоночника у пушистых рыб, и исследователи предполагают, что изменения пути могут способствовать эволюции придатка.