Половой диморфизм канареек связали с работой единственного гена

Половой диморфизм у мозаичных канареек определяется работой гена BCO2, который эта порода унаследовала от огненных чижей. У самок он экспрессируется сильнее, что приводит к ускоренной деградации пигментов в перьях и делает их менее яркими. Как отмечают авторы исследования в статье для журнала Science, их открытие показывает, что сложные межполовые различия в окраске птиц могут регулироваться всего одним или несколькими генами.

У многих птиц представители разных полов отличаются цветом оперения. Самцы обычно имеют яркую окраску, которая служит рекламой для самок и предупреждением для конкурентов. В то же время самки окрашены скромнее, благодаря чему привлекают меньше внимания хищников, особенно во время насиживания.

Генетические основы полового диморфизма у птиц пока изучены недостаточно хорошо. Исследовать эту тему подробнее решила команда специалистов во главе с Мигелем Карнейро (Miguel Carneiro) из Университета Порту. Они сосредоточили свое внимание на необычной породе канареек (Serinus canaria) — мозаичной. 

Для большинства домашних канареек и их диких предков, которые до сих пор живут на островах Атлантического океана, половой диморфизм не характерен. Однако у мозаичной породы самцы заметно отличаются от самок: у первых больше красных участков в оперении, в частности, есть красная «маска» на голове. Это объясняется тем, что в перьях самцов выше концентрация каротиноидных пигментов. 

Половой диморфизм мозаичные канарейки унаследовали от южноамериканских огненных чижей (Spinus cucullatus). Когда этих птиц скрещивают с обычными канарейками, получаются особи, которые независимо от пола окрашены в ярко-красные цвета. Еще одно скрещивание дает птиц с мозаичным фенотипом и отличиями в окраске между самцами и самками.

Чтобы вычленить гены чижей, ответственные за половой диморфизм у их потомков, исследователи проводили обратное скрещивание, формируя пары между птицами мозаичной породы и обычными канарейками. Кроме того, они полностью отсеквенировали геномы мозаичных канареек, а также представителей обычных пород и дикой популяции. 

Анализ позволил выявить три кандидата на роль регуляторов полового диморфизма — это гены PTS, BCO2 и TEX12. Сравнив их экспрессию в перьях самцов и самок мозаичных канареек, исследователи обнаружили, что у последних заметно повышена экспрессия одного из них, BCO2. Данный ген производит фермент β-каротиноксигеназу 2, который локализуется в митохондриях и участвует в разложении каротиноидов. 

Таким образом, неяркая окраска самок мозаичных канареек связана с тем, что в их перьях быстрее идет распад пигментов. Исследователи предполагают, что усиленная активность BCO2 в их организме определяется более высокой концентрацией женских половых гормонов эстрогенов. Впрочем, им еще только предстоит обнаружить регуляторные элементы, связывающие работу BCO2 с гормональным фоном.

Анализ генома канареечного вьюрка (S. serinus) — родственника канареек, у которого половой диморфизм выражен ярче — подтвердил важную роль BCO2 в формировании различий между окраской самцов и самок. Впрочем, у другого близкого вида с сильным половым диморфизмом, мексиканской чечевицы (Haemorhous mexicanus), различий в экспрессии этого гена между полами найдено не было. Это значит, что BCO2 — далеко не единственный ген, определяющий разницу в окраске между самцами и самками разных птиц, но у мозаичных канареек за половой диморфизм отвечает именно он.

У некоторых птиц самцы и самки не только окрашены по-разному, но и линяют в разное время. Например, у капюшонных вильсоний (Setophaga citrina) самцы линяют на две недели раньше самок и ради этого порой даже бросают гнезда с птенцами. Впрочем, как показало недавнее исследование, самки отлично справляются с выкармливанием птенцов и в одиночку.

Сергей Коленов