De veren, vacht en schubben die verschillende leden van het dierenrijk sieren, zien er misschien heel anders uit, maar ze zijn allemaal gemaakt van hetzelfde basismateriaal. En het blijkt dat er slechts een relatief eenvoudige genetische aanpassing nodig is om de ene in plaats van de andere te produceren.
Door zich te richten op het sonic hedgehog (Shh)-gen, hebben de genetici Michel Milinkovitch en Rory Cooper van de Universiteit van Genève in Zwitserland embryonale kippen aangepast om veren te laten groeien in plaats van schubben op hun normaal gesproken platte voeten.
En de wijziging is permanent. Als ze eenmaal zijn uitgekomen, blijven de ongewoon gevederde poten van de kip levenslang zo.
“We laten zien dat specifieke voorbijgaande pijn van sonic hedgehog (Shh) pathway-signalering bij kip een volledige en permanente overgang veroorzaakt van netvormige schubben naar vleugels naar de ventrale oppervlakken van de voet en tenen”, schrijven de onderzoekers.
“De resulterende buitenbaarmoederlijke veren zijn qua ontwikkeling vergelijkbaar met de veren die het lichaam sieren, met veren die veranderen in regeneratieve, bilateraal symmetrische contourveren bij volwassen kippen.”
Eerder had het laboratorium van Milinkovitch aangetoond dat de verschillende verhoornde huidaanhangsels (haar, veren, enz.) Honderden miljoenen jaren geleden dezelfde evolutionaire oorsprong hebben in het voorouderlijke reptiel dat zich later diversifieerde tot de ongelooflijke verscheidenheid aan dieren die tegenwoordig in de wereld leven.
En bij al deze dieren begint de ontwikkeling van deze structuren als structuren die bekend staan als squamosalen in de huid, die dikker worden en zich vervolgens beginnen te ontwikkelen tot schubben, stekels of welk aanhangsel dat dier dan ook heeft.
Shh speelt een sleutelrol bij de ontwikkeling van deze huidaanhangsels. De signaalroute is met zijn vingers belangrijk in veel embryonale taarten, en bemiddelt bij de ontwikkeling van lichaamsvormen en -structuren, patronen, differentiatie en groei.
Shh is bijvoorbeeld een belangrijke factor in het vleugelpatroon en de differentiatie, de plaatsing van slagpennen bij vogels en de ontwikkeling van haarzakjes bij muizen.
We weten dat sommige kippen, zoals Brahma’s, Sablepoots en Silkies, bevederde poten hebben, maar het genetische mechanisme dat dit veroorzaakt was onbekend. Dus besloten Cooper en Milinkovich het richten op Ss in embryonale kippen te onderzoeken.
Het doelwit van het onderzoek waren vleeskuikens van het merk Ross Chicken Farm, die zeer veerloze, geschubde poten hebben. De onderzoekers injecteerden de aderen van embryonale kippen die zich nog in het ei bevonden met een stof die Shh-signalering bevordert om de groei van veren te induceren in gebieden die normaal bedekt zijn met schilferige huid.
“We gebruikten de klassieke ‘eierwas’-techniek, waarbij een krachtige lens de bloedvaten in de eierschaal verlicht”, legt Cooper uit.
“Hierdoor konden we kippenembryo’s nauwkeurig behandelen met een molecuul dat specifiek de Shh-route activeert, die rechtstreeks in de bloedbaan wordt geïnjecteerd.”
Het werkte. Wanneer kuikens uitkomen, zijn hun meestal kale poten bedekt met jonge veren, vergelijkbaar met die die hun lichaam bedekken. En naarmate de kippen groeiden, groeiden ook de veren.
Ze verloren hun baby en groeiden volwassen vleugels, niet alleen op hun lichaam maar ook op hun benen. Een enkele behandeling van het ei was alles wat nodig was om deze verandering van schubben naar veren te veroorzaken.
Sommige eieren werden behandeld met een controle-oplossing, die niet het actieve molecuul bevatte dat de Shh-routesignalering in de experimentele groep stimuleert.
De kuikens die uit deze eieren kwamen hadden normale pootjes. RNA-sequencing waarbij de twee groepen werden vergeleken, toonde aan dat de veranderingen die in Shh in de experimentele groep waren aangebracht, permanent waren.
De onderzoekers zeggen dat dit implicaties heeft voor ons begrip van hoe dieren evolueerden en diversifieerden. Natuurlijke variaties in Shh-signalering zijn waarschijnlijk een evolutionaire aanjager van de diversiteit van huidaanhangsels, en deze diversiteit was niet bijzonder moeilijk te bereiken.
“Onze resultaten laten zien dat een evolutionaire sprong – van schubben naar vleugels – geen grote veranderingen in de samenstelling of expressie van het genoom vereist”, zegt Milinkovitch.
“Een voorbijgaande verandering in de expressie van één gen, Shh, kan daarentegen een cascade van ontwikkelingsgebeurtenissen veroorzaken die leiden tot de vorming van vleugels in plaats van schubben.”
Het onderzoek is gepubliceerd in Vooruitgang in de wetenschap.
