Los científicos de la Universidad de Utah identificaron dos genes que hacen que algunas razas de palomas desarrollen patas emplumadas conocidas como manguitos, mientras que otras tienen patas escamadas. Los mismos genes o genes similares podrían explicar las patas escamadas en pollos y otras aves, y proporcionar información sobre cómo obtuvieron algunos dinosauriosplumas antes de que se convirtieran en pájaros.
El estudio encontró que en las palomas con plumas en las extremidades posteriores o en los pies, se llama un gen de desarrollo de las extremidades posteriores Pitx1 es menos activo de lo normal, mientras que se llama un gen de desarrollo de la extremidad anterior Tbx5 está activo en los pies, donde normalmente no lo está
En otras palabras, "los elegantes pies emplumados de las palomas son parcialmente alas", dice el biólogo Mike Shapiro, autor principal del estudio publicado hoy por la revista eLife .
En palomas mutantes con plumas en los pies, "la extremidad posterior es claramente reconocible como una pierna, pero ha adquirido más características de extremidad anterior", dice. "No es una transformación completa de una pierna en un ala. Más bien, componentes de lalas piernas son más parecidas a alas, incluidas las plumas y un hueso de pierna más grande ".
Shapiro y sus colegas encontraron que el Pitx1 y Tbx5 los genes en sí mismos no son diferentes en razas con y sin manguitos para los pies. En cambio, aprendieron que las "secuencias reguladoras" no genéticas de ADN cerca de los genes actúan como interruptores para rechazar la actividad del gen de las extremidades posteriores Pitx1 y aumentar la actividad del gen de la extremidad anterior Tbx5 en los embriones de palomas con plumas de pie.
"Nuestros experimentos muestran que estos interruptores funcionan de manera diferente en aves con patas emplumadas en comparación con las que tienen patas normales y escamadas", dice Shapiro.
Los dos genes se conocían previamente en todos los animales vertebrados, y están vinculados a las extremidades y otros defectos en las personas. El nuevo estudio mostró cómo "proporcionan un mecanismo por el cual se pueden controlar las regiones escamosas y emplumadas de la piel", dice Shapiro.
De palomas, dinosaurios y madrugadores
La mayoría de las aves tienen escamas en los pies y dedos de los pies y plumas en otros lugares. Algunas, como los búhos nevados, las águilas reales y las ptarmigans, tienen plumas en los pies. Solo los pollos y las palomas domésticas, con 146 y más de 350 razas, respectivamente, tienense reproduce con y sin plumas de pie en una sola especie.
"Un cambio importante que ocurrió en la evolución de las aves de los dinosaurios fue el reemplazo de escamas por plumas en todo el cuerpo", dice Shapiro. "Las palomas nos dan una oportunidad inusual de comprender los mecanismos genéticos y de desarrollo que podrían controlar este cambio porquehay razas de palomas con y sin plumas de pie "
Algunos dinosaurios tenían plumas en los pies, que pueden haber sido comunes en los terópodos carnívoros, incluidas las aves rapaces y Tyrannosaurus rex .
"No sabemos si Pitx1 y Tbx5 se involucró específicamente en dinosaurios con patas de plumas, pero esto nos da un mecanismo genético y de desarrollo que podría haberlo hecho ", agrega." No tenemos una forma directa de saber cómo ocurrió ese cambio en los dinosaurios. Sin embargo, vemos unmuchas similitudes anatómicas sorprendentes entre las patas y patas emplumadas de los dinosaurios y las palomas con patas y patas emplumadas. Por lo tanto, las palomas podrían darnos algunas ideas sobre cómo la piel sabe desarrollar escamas o plumas ".
"Según lo que encontramos en las palomas, el cambio de escamas a plumas puede ser genéticamente muy simple", dice. "Esto puede darnos algunas pistas no solo sobre cómo las palomas consiguen patas emplumadas, sino quizás sobre cómo perdieron las aves antiguasplumas de pie "
El nuevo estudio fue financiado por la National Science Foundation, Burroughs Wellcome Fund y los Institutos Nacionales de Salud.
Shapiro realizó el estudio con el investigador postdoctoral Eric Domyan de la Universidad de Utah; el estudiante de doctorado en genética humana Zev Kronenberg; los estudiantes graduados de biología Anna Vickrey, Rebecca Bruders y Sydney Stringham; el estudiante universitario Michael Guernsey; y los profesores de genética humana Gabrielle Kardon y Mark Yandell.los coautores estuvieron en la Universidad de Georgia.
Genes que ayudan a definir alas y patas
"Los genes que encontramos que controlan las patas emplumadas determinan la identidad de las extremidades anteriores frente a las posteriores", dice Shapiro, y ya eran conocidos por otras funciones además de su nuevo papel en el desarrollo de las plumas del pie :
Shapiro y sus colegas demostraron que para obtener plumas en las patas traseras o patas de las palomas, la señal normal de las patas traseras Pitx1 baja, haciendo que la pierna sea menos parecida a una pata trasera, y la señal de la pata delantera de Tbx5 sube, haciendo que la pierna se parezca más a un ala.
"En palomas cuando Tbx5 se expresa en la pierna, la pierna adquiere algunas características de las extremidades anteriores o en forma de alas, incluidas las plumas ", dice." En algunas razas con patas emplumadas, el peroné o la espinilla externa se vuelve mucho más grande "y más como un hueso en elala.
Encontrar genes de plumas de pie
Shapiro y sus colegas hicieron experimentos de cría en los que cruzaron palomas apagadas llamadas pomeranias con palomas de patas escamosas conocidas como Scandaroons. Luego cruzaron a la descendencia.
"En los nietos, algunas aves tenían patas escamosas, otras tenían grandes manguitos y otras estaban en el medio, con una gama de escamas y plumas", dice. "Usualmente tenían ambas. Esto nos dijo que muy pocos genes estaban involucrados eneste rasgo, como esperábamos ". Si la mayoría de las aves fueran intermedias, eso indicaría que muchos genes estaban involucrados.
"Luego buscamos asociaciones entre las secuencias de ADN y la cantidad de plumas en los pies en los nietos", dice Shapiro. "Encontramos que solo dos regiones en el genoma tenían asociaciones significativas con las plumas en los pies".
"Cuando los nietos heredaron versiones de esos tramos de ADN que provenían del abuelo emplumado, entonces tenían más y más grandes plumas", agrega. "Cuando heredaron los tramos de ADN del abuelo escalado, tuvieron menos yplumas más pequeñas. Eso nos dijo que estos dos lugares en el genoma tuvieron un gran efecto en el desarrollo de plumas versus escamas en los pies ".
Luego, "comparamos las secuencias completas del genoma de 15 razas con patas de plumas con los genomas de 28 razas con patas de escamas", dice Shapiro. "Encontramos que los mismos dos lugares en el genoma diferían entre las patas de escamas y las de plumas"razas de patas. Esto también identificó regiones más pequeñas del genoma como las ubicaciones de los genes ".
Luego, los investigadores probaron cómo se expresaban o activaban los genes en esas regiones en embriones de paloma, permitiéndoles identificar Pitx1 y Tbx5 como los genes que activan o desactivan el desarrollo de las plumas del pie
Confirmaron que con otros experimentos observaron cómo se activaba cada gen en los embriones de paloma de los cruces entre palomas capuchinas holandesas de patas escamosas y palomas de golondrina de hadas con plumas pesadas en las patas.
El estudio mostró que la transformación de escamas en plumas en las palomas no implica cambios locales en las escamas para que se conviertan en plumas, sino más bien "un cambio total en la identidad de las extremidades", dice Shapiro. "Estos genes son reguladores maestros que controlan el desarrollode extremidades anteriores versus extremidades posteriores "
El estudio no identificó la ubicación exacta de los cambios regulatorios en el ADN en palomas con patas de plumas, pero "sabemos aproximadamente dónde están", dice Shapiro.
Shapiro dice que mientras el Tbx5 y Pitx1 los genes determinan si el pie de una paloma está emplumado o escamado, "no explican toda la variación. Los manguitos son de diferentes tamaños, por lo que otros genes probablemente juegan un papel en cuánto tiempo y cuán densas son las plumas".
Shapiro y sus colegas también examinaron pollos con patas de plumas y encontraron ese gen de la extremidad anterior Tbx5 se activó en sus patas tal como está en los pies de las palomas. Sin embargo, a diferencia de las palomas, el gen de la pata trasera Pitx1 no parecía jugar un papel en pollos con plumas de pie, al menos en la etapa embrionaria que se estudió.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Utah . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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