생물학자들은 앵무새 색상 다양성의 배후에 있는 유전적 '스위치'를 밝혀냈다

리우데자네이루의 카니발에서 해적의 어깨까지: 앵무새는 전 세계 사람들에게 색의 대명사입니다. 저널 Science 에 게재된 새로운 연구에서 홍콩 대학의 과학자들은 BIOPOLIS-CIBIO(포르투갈)의 과학자들이 이끄는 국제 팀과 함께 앵무새의 DNA에서 광범위한 색상을 제어하는 ​​'스위치'를 처음으로 발견했습니다.

홍콩대학교(HKU) 생물과학부의 공동 저자인 사이먼 영 와 신 교수는 "앵무새는 여러 면에서 독특한 새로, 특히 생생한 색상의 다양성을 만들어내는 방식에서 그렇다"고 말했다.

"앵무새는 색깔에 관해서는 각자의 방식을 따릅니다." BIOPOLIS-CIBIO의 로베르토 아보레 박사이자 이 연구의 공동 1저자는 이렇게 덧붙였습니다. 다른 새들도 노란색과 빨간색 깃털을 내지만 앵무새는 psittacofulvins(앵무새를 뜻하는 고대 그리스어 'psittakós'와 붉은 노란색을 뜻하는 라틴어 'fulvus'에서 유래)라는 고유한 색소를 진화시켰습니다. "앵무새는 이 색소를 다른 색소와 결합하여 생생한 노란색, 빨간색, 초록색을 만들어내며, 이 동물은 자연에서 가장 다채로운 동물 중 하나입니다." 그는 언급했습니다.

앵무새는 전 세계 수백만 가정에서 흔히 볼 수 있는 애완동물이며, 그 색깔과 지능 때문에 인기가 많습니다. 하지만 화려함에도 불구하고, 이 새들이 어떻게 독특한 색상 팔레트를 만들어내는지 잘 알려지지 않았습니다. BIOPOLIS-CIBIO의 수석 저자인 미구엘 카네이로 교수는 "이것은 과학자와 새 애호가 모두에게 큰 미스터리입니다."라고 설명하며, "그리고 그것은 자연에서 다양성이 어떻게 발생하는지에 대한 모든 생물학의 핵심 질문과 관련이 있습니다."라고 덧붙였습니다.

과학자들은 이러한 근본적인 질문에 답하기 위해 모든 주요 앵무새 계통에서 깃털의 노란색과 빨간색이 다른 새에서는 발견되지 않는 두 가지 특정 색소에 해당한다는 것을 보여주는 것으로 시작했습니다. "문헌에 프시타코풀빈의 두 가지 화학적 형태가 존재한다는 몇 가지 징후가 있었지만, 우리가 처음으로 결과에서 본 것을 믿기 어려웠습니다. 나란히, 낮처럼 맑았습니다. 유전적 데이터를 통해서야 모든 것이 완벽하게 이해되기 시작했습니다." 프라하 찰스 대학교 과학부의 또 다른 공동 1저자인 진드르지흐 브레차 박사가 말했습니다.

더 깊이 파고들기 위해 과학자들은 자연적으로 발생하는 붉은색 또는 노란색 형태를 가진 종에 초점을 맞추었는데, 이는 자연에서 극히 드문 현상입니다. "황갈색 로리는 뉴기니의 정글이 원산지이지만, 포르투갈에 있는 우리 연구실에서 몇 마일만 운전하면 되었는데, 지역의 공인된 사육자들이 이 종의 색상 유전학을 연구할 샘플을 얻는 데 도움을 주었기 때문입니다." 연구를 공동으로 이끈 코임브라 대학교의 페드로 미구엘 아라우조는 "우리 연구의 해결책은 거의 바로 옆에 있었습니다!"라고 덧붙였습니다.

과학자들은 로리의 색상 차이를 제어하는 ​​단백질이 하나뿐이라는 것을 발견했습니다. 로리는 알데히드 탈수소효소(ALDH)의 일종으로, 복잡한 유기체의 해독에 필수적인 '도구'입니다. 예를 들어, 인간의 간에서 알코올을 제거하는 데 기여합니다. BIOPOLIS-CIBIO의 공동 1저자인 소라이아 바보사 박사는 "앵무새 깃털은 이 단백질을 '빌려' 빨간색을 노란색 프시타코풀빈으로 변환하는 방법을 찾았습니다."라고 설명합니다. 과학자에 따르면, "이것은 다이얼처럼 작동하여 단백질의 활동이 높을수록 덜 강렬한 빨간색으로 변환됩니다."

과학자들은 다른 앵무새 종에서 깃털 색상을 제어하는 ​​이 단백질의 일반적인 역할을 이해하기 위해 녹색(즉, 노란색 프시타코풀빈 함유)과 빨간색 깃털 패치를 모두 보이는 종인 분홍 얼굴의 러브버드를 연구했습니다. "분홍 얼굴의 러브버드는 빨간색과 노란색 프시타코풀빈 함유 깃털 패치의 색상 차이를 결정하는 유전자를 연구하는 데 탁월한 시스템을 제공하는 친숙한 앵무새입니다." HKU의 생물 과학부에서 Alison Cloutier 박사와 연구 조수 Emily Shui Kei Poon을 포함한 팀을 이끈 Simon Yung Wa Sin이 언급했습니다. 그들은 러브버드에서 동일한 알데히드 탈수소효소 유전자가 노란색 프시타코풀빈 함유 깃털에서 높은 수준으로 발현되지만 빨간색 깃털에서는 발현되지 않는다는 것을 발견했습니다. Simon은 "이 유전자가 높은 수준으로 발현되면 프시타코풀빈이 빨간색에서 노란색으로 변합니다."라고 설명합니다.

과학자들은 이 간단한 다이얼 메커니즘을 보여주기 위해 훨씬 더 친숙한 앵무새인 앵무새를 이용했고, 세계 최초로 깃털 성장 중에 개별 세포가 어떻게 다른 유전자를 켜거나 끄는지 탐구하여 이 해독 단백질을 사용하여 색소 전환을 제어하는 ​​소수의 세포를 정확히 찾아냈습니다. 과학자들이 앵무새 색상 유전자를 사용하여 효모를 유전자 조작했을 때 최종 검증이 이루어졌습니다. "놀랍게도, 우리의 변형 효모는 앵무새 색상을 생성하여 이 유전자가 앵무새가 깃털의 노란색과 빨간색 양을 제어하는 ​​방법을 설명하기에 충분하다는 것을 보여주었습니다." 세인트루이스(미국)의 워싱턴 대학교 교수인 조셉 C. 코르보 교수는 말합니다.

이 연구는 생명공학의 최첨단 개발이 자연의 신비를 푸는 데 점점 더 많이 사용되고 있는 방식을 보여줍니다. "이제 우리는 이러한 놀라운 색상이 해독 단백질을 '빌려' 새로운 기능을 하는 간단한 다이얼과 같은 '분자 스위치'를 통해 야생 동물에서 어떻게 진화할 수 있는지 이해합니다."라고 Carneiro는 결론지었습니다. 이러한 발견은 과학자들이 진화를 단순한 혁신을 통해 복잡성을 달성할 수 있는 과정으로 새로운 다채로운 그림으로 그리는 데 도움이 됩니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241115125034.htm